Modelos de previsão de comportamento de módulo de resiliência e deformação permanente de uma areia descartada de fundição (ADF)

Abstract

A areia descartada de fundição (ADF) é caracterizada como um resíduo produzido pelas indústrias metalúrgicas. Este material tem como principal destino os aterros sanitários, em razão da assunção equivocada de que possui constituintes tóxicos. No entanto, diversos estudos apontam que a ADF não é perigosa e tem as características necessárias para ser utilizada em variadas obras de infraestrutura. No âmbito da pavimentação, os parâmetros de módulo de resiliência (MR) e deformação permanente (DP) são imprescindíveis em métodos mecanístico-empíricos de dimensionamento. Neste trabalho, busca-se a caracterização da ADF com base nos resultados de ensaios triaxiais dinâmicos realizados previamente de modo a qualificar o seu uso em estruturas de pavimentos. Diversos modelos de previsão de comportamento plástico e resiliente são reportados na literatura. Por meio de um software de análise estatística, foi avaliado o coeficiente de determinação (R²) para verificação de adequabilidade dos modelos aos dados experimentais. Em termos do MR, a ADF apresentou valores adequados para aplicação em obras de infraestrutura e comportamento típico de solos granulares, cujo modelo de melhor ajuste foi o de Macêdo (1996). Foi feita a introdução da energia de compactação (EC) e do peso específico aparente seco na formulação original, a qual resultou em valores similares ao melhor modelo. Em relação à DP, a ADF demonstrou diminuição dos deslocamentos e deformações permanentes e resilientes com o aumento da EC e aumento das deformações com maiores razões de tensões. O modelo mais adequado foi o de Guimarães (2009) devido à incorporação nativa do estado de tensões. Foi proposta uma nova formulação com base em Monismith, Ogawa e Freeme (1975) através da inclusão das tensões p e q para introduzir o estado de tensões ao modelo, cujo desempenho foi superior aos demais. A ADF apresentou comportamento de nível B quanto ao shakedown, em que o acomodamento plástico ou a ruptura com a progressão do número de ciclos é incerta. No entanto, inferiu-se que maiores razões de tensões contribuem com a evolução das DPs. A medição do MR a partir de ensaios de DP foi considerada válida ao avaliar a média dos últimos 100 mil ciclos, porém, é desaconselhada para aplicações que exigem alta confiabilidade em função da tendência de minoração dos valores. Constata-se, portanto, que a ADF é um material adequado para aplicação em grandes obras de infraestrutura, em especial a pavimentação.

The wasted foundry sand (WFS) is characterized as a waste produced by metallurgical industries. This material is primarily destined for landfills due to the mistaken assumption that it contains toxic constituents. However, several studies indicate that WFS is safe and has the necessary characteristics for use in various infrastructure projects. Resilience modulus (RM) and permanent deformation (PD) are essential in mechanistic-empirical design methods in pavement engineering. This study aims to characterize WFS based on the results of dynamic triaxial tests previously conducted to qualify its use in pavement structures. Sundry models predicting plastic and resilient behavior are reported in the literature. Through statistical analysis software, the coefficient of determination (R²) was evaluated to verify the suitability of the models to the experimental data. Regarding RM, WFS exhibited suitable values for application in infrastructure projects and the typical behavior of granular soils, with the best-fitting model being that of Macêdo (1996). Incorporating compaction energy and dry apparent specific weight into the original formulation resulted in values similar to the best model. Concerning PD, WFS showed a decrease in displacements and permanent and resilient deformations with increasing compaction energy and an increase in deformations with a greater stress ratio. The most suitable model was Guimarães (2009) due to the native incorporation of the stress state. A new formulation based on Monismith, Ogawa, and Freeme (1975) was proposed by including p and q stresses to introduce the stress state into the model, whose performance was superior to others. WFS exhibited level B behavior regarding shakedown, where plastic accommodation or rupture with the progression of the number of cycles is uncertain. However, it was inferred that higher stress ratios contribute to the progression of PDs. The measurement of RM from PD tests was considered valid when evaluating the average of the last 100 thousand cycles but is not recommended for applications requiring high reliability due to the tendency to underestimate values. It is evident, therefore, that WFS is a suitable material for application in large infrastructure projects, especially in pavement construction.