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Dissertação de Mestrado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Guilherme Barbosa de Castro
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Motta, Rosângela dos Santos (Presidente)
Guimarães, Antonio Carlos Rodrigues
Silva, Luiz Francisco Muniz da
Título em português
Avaliação da influência das condições geotécnicas e climáticas no comportamento hidromecânico de um subleito ferroviário.
Palavras-chave em português
Ferrovias (Infraestrutura)
Infiltração superficial
Influência climática
Método dos elementos finitos
Monitoramento
Solo não saturado
Umidade do solo
Resumo em português
A subestrutura ferroviária é uma parte importante da via permanente, pois seu comportamento pode afetar significativamente o desempenho global da via, impactando em manutenção e custos. O fato é que os materiais da subestrutura, como o subleito, estão no estado não-saturado na maior parte do tempo, e suas propriedades hidromecânicas dependem diretamente do grau de saturação e dos valores de sucção. Além disso, o estado não-saturado do solo é regido pelas ações atmosféricas e climáticas, o que torna fundamental a análise da influência de características ambientais e geotécnicas, tais como a precipitação, evaporação, tipo de solo e drenagem na resposta estrutural do subleito. Países de clima tropical/subtropical, como o Brasil, possuem elevada taxa de precipitação anual, e, por isso, merecem atenção especial quando se trata da interação via-clima. Mudanças da umidade ou sucção ou da taxa de infiltração no interior do subleito podem impactar significativamente no seu estado de tensões. O principal objetivo desta pesquisa foi avaliar a influência da variação da umidade e sucção no comportamento hidromecânico de um subleito ferroviário, localizado na região costeira do estado de São Paulo, considerando-se as características geotécnicas e climáticas locais. A interação via-clima foi investigada através de análises numéricas em elementos finitos (MEF) de infiltração saturada/não-saturada, aplicando-se parâmetros determinados em laboratório e monitoramento de campo. Para as simulações numéricas foi utilizado o software SEEP/W, enquanto no monitoramento de campo foram empregados sensores de matriz granular para medição do potencial matricial no solo. A caracterização mecânica do solo de subleito se baseou em resultados de módulo de resiliência obtidos por ensaios triaxiais cíclicos, em diferentes condições e ciclos de umidade e sucção. As simulações numéricas apresentaram importantes variações da sucção no solo em função das condições geotécnicas e climáticas, verificando-se a significância dos aspectos climáticos no comportamento hidráulico e mecânico do subleito da via férrea.
Título em inglês
Evaluation of the influence of geotechnical and climatic conditions on a subgrade hydro-mechanical behavior.
Palavras-chave em inglês
Climate influence
Railways (Infrastructure)
Soil moisture
Surface seepage
Unsaturated soil
Resumo em inglês
The track substructure is an important part of a railway that requires attention when considering its whole global mechanical performance. Improving the long-term resistance to deformation behavior and therefore reducing maintenance problems during the operation of a track is always presented between engineers and researchers. The fact is that the substructure materials, such as the subgrade, are mostly in unsaturated state, and their hydro-mechanical properties are directly dependent on saturation degree and suction values. Besides, unsaturated state of the soil is controlled by atmospheric actions and climate conditions. Considering this, it is fundamental to analyze the influence of the environmental and geotechnical characteristics such as precipitation, evaporation, soil type, and drainage in the subgrade structural response. Countries with tropical/subtropical climate, such as Brazil, which have a high average annual precipitation rate, deserve special attention concerning climate-track interaction in railway performance. A little variation in the water content or infiltration rate into the subgrade may affects significantly their stress state. The main objective of this paper is to evaluate the influence of the water content and suction changes on mechanical behavior of a track substructure in a Brazilian coastal region, at São Paulo state, considering geotechnical characteristics and local climate. The climate-track interaction was evaluated through field monitoring and finite element numerical analysis with parameters obtained in the laboratory for all the materials involved. Numerical simulations were performed using SEEP/W software and the field monitoring was realized through granular matrix sensors (GMS). Soil mechanical characterization was based on resilient modulus values determined through cyclic triaxial tests in different moisture/suction conditions. Numerical results showed an important variation of soil suction over time in function of geotechnical and climate data. In the simulated scenario, considering tropical local climate it was observed the importance of climate aspects in the hydraulic and mechanical behavior of the geotechnical components of the railway track.
 
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Data de Publicação
2019-07-23
 
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