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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2021.tde-19042022-163000
Document
Auteur
Nom complet
Rony Souza dos Santos
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2021
Directeur
Jury
Ribeiro, Rogério Pinto (Président)
Menezes, Denise Balestrero
Motta, Rosângela dos Santos
Titre en portugais
Lastro ferroviário de granitos e rocha básica em regiões tropicais: relações entre petrografia, propriedades físico-mecânicas e de alterabilidade
Mots-clés en portugais
Alterabilidade
Análises petrográficas
Câmara UV
Ensaios tecnológicos
Imersão em etilenoglicol
Lastro ferroviário
Micro-Deval
Propriedades das rochas
Resumé en portugais
A importância da correta escolha do tipo de rocha para compor um lastro ferroviário está em reduzir os onerosos custos de manutenção, causados pela sua degradação devido ao tráfego e o intemperismo. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é avaliar, de modo comparativo, a evolução dessa degradação de três materiais rochosos, sendo dois granitoides e um microgabro que, eventualmente, poderiam ser empregados como lastro, pela proximidade das pedreiras com o traçado de uma ferrovia a ser construída entre São Paulo e entorno de Campinas, região sudeste do Brasil. Essas rochas apresentam propriedades mecânicas excelentes e com base em análises petrográficas detalhadas, foram submetidas a ensaios de alterabilidade com água, imersão em soluções de sulfato de sódio e de etilenoglicol, todos com secagem água-estufa. Quanto ao ensaio de etilenoglicol, mostrou-se que deve ser obrigatório na caracterização de qualquer rocha básica. No caso do microgabro, não é indicado para a função de lastro de ferrovia em regiões de clima tropical, devido a facilidade de alteração de seus minerais nestas condições climáticas. Em relação aos ensaios de abrasão por Micro-Deval mostraram-se importantes para a caracterização de abrasividade da rocha em estado saturado uma vez que o ensaio de abrasão Los Angeles submete as partículas ao impacto, descaracterizando a abrasividade da rocha e sendo realizado a seco. Já o Slake Durability Index, realizado com ciclos de saturação em etilenoglicol e secagem em estufa evidenciou intensa degradação das partículas rochosas do microgabro. Desta forma, estes ensaios mostraram-se importantes para o estudo da degradação dos agregados rochosos e são capazes de prever o comportamento dos materiais para obras de engenharia, notadamente na utilização em lastros de ferrovias. Rochas com baixa tenacidade tendem a criar materiais mais finos devido a quebra dos contatos das partículas gerando a colmatação nos vazios dos lastros. Assim, o ensaio de resistência ao choque (Impacto Treton) mostra-se importante na qualificação da tenacidade da rocha do lastro mesmo apresentando alta resistência mecânica. Porém, a sua preparação e graduação pode não retratar fielmente a tenacidade à fratura do material ensaiado, tornando-se oportuno a construção de aparatos de maior porte para ensaios de lastros de ferrovias ou a utilização de ensaios não usuais no Brasil, bem como o Impact Fragmentation e Aggregate Crushing Value Test mencionados neste trabalho. Adicionalmente, foram realizados mil horas de ciclagens por condensação e emissão de raios UV através do equipamento Weather-Ometer, evidenciando uma notável modificação macroscópica em respeito ao aspecto de coloração e das características superficiais dos minerais máficos especialmente no microgabro. Através da Espectroscopia de Reflectância, corroborou-se juntamente com uma descrição de petrografia detalhada a presença de argilominerais expansivos. Cabe destacar, no entanto, que os materiais pétreos utilizados como agregado para lastro de ferrovias ficam sujeitos à exposição constante das intempéries, estando sob maior influência do meio em termos da decomposição dos minerais por reações químicas. Portanto, estudos envolvendo alterabilidade se tornam tão importantes quanto os de caracterização geomecânica das rochas visando este tipo de uso.
Titre en anglais
Railway ballast using granites and basic rock in tropical regions: relationships between petrography, physical-mechanical and alterability properties
Mots-clés en anglais
Alterability
Immersion in ethylene glycol
Micro-Deval
Petrographic analysis
Railroad ballast
Rock properties
Technological testing
UV chamber
Resumé en anglais
The importance of the right choice of rock for railway ballast is to reduce the costly maintenance costs, caused by degradation due to traffic and weathering. Thus, the objective of this study was to comparatively evaluate the evolution of this degradation in three rocky materials, two granitoids and a microgabbro that, eventually, could be used as ballast, given the short distance of the quarries to the route of a railroad to be built between São Paulo and the surroundings of Campinas, southeastern Brazil. These rocks have excellent mechanical properties and, based on detailed petrographic analysis, were subjected to water alterability tests, immersion in sodium sulfate and ethylene glycol solutions, all after oven drying. As for the ethylene glycol test, it should be mandatory for characterization of any basic rock. In the case of microgabbro, it is not indicated for use in railroad ballast in tropical regions, due to the ease of alteration of minerals in these climatic conditions. Regarding the Micro-Deval abrasion tests, they proved to be important for characterization of rock abrasiveness in saturated state, once the Los Angeles abrasion test subjects the particles to impact, decharacterizing the abrasiveness of the rock and is carried out dry. The Slake Durability Index, carried out with cycles of saturation in ethylene glycol and oven drying, showed intense degradation of rocky microgabbro particles. In this way, these tests proved to be important for the analysis of the degradation of rock aggregates and are capable of predicting the behavior of materials for engineering works, notably for use as railway ballast. Rocks with low tenacity tend to create thinner materials due to the breakage of particle contacts causing clogging of ballast voids. Thus, the Treton toughness index (impact test) proved to be important for qualification of the ballast rock tenacity, even with high mechanical strength. However, its preparation and graduation may not faithfully indicate the fracture tenacity of the material tested, making it opportune to build larger apparatuses for testing railroad ballasts or the use of unusual tests in Brazil, as well as the Impact Fragmentation and Aggregate Crushing Value Test mentioned in this study. Additionally, 1,000 hours of cycling by condensation and emission of UV rays were carried out using the Weather-Ometer equipment, evidencing a notable macroscopic change in terms of color and the surface characteristics of mafic minerals, especially in the microgabbro. Through Reflectance Spectroscopy, the presence of expansive clay minerals was corroborated together with a detailed petrographic description. Importantly, stone materials used as aggregates in railway ballast are subjected to constant exposure to weather, being under stronger influence of the environment in terms of chemical mineral decomposition. Therefore, studies involving alterability become as important as the geomechanical characterization of rocks aimed at this use.
 
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Date de Publication
2022-04-20
 
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