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Entenda o motivo da Teoria do Sistema de Camadas Elásticas (TSCE) ser tão importante para a Pavimentação

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Quando as deflexões são calculadas em um pavimento utilizando as equações de boussinesq (1885), as medidas obtidas em campo são bem diferentes daquelas calculadas. Isso ocorre pois a solução de boussinesq não considera o efeito da rigidez das camadas do pavimento.

O Prof Donald Burmister foi o responsável por desenvolver a teoria conhecida como teoria de sistema de camadas elásticas (TSCE), sendo essa desenvolvida em 3 artigos distintos. Em 1943 foi publicado o artigo “The Theory of Stresses and Displacements in Layered Systems and Application to the Design of Airport Runways” no Highway Research Board (HRB), onde foi formulada a solução para 2 camadas do pavimento e sua aplicação para análise de pavimentos aeroportuários. Em 1945 foi publicado no Journal of Applied Physics o artigo “The General Theory of Stresses and Displacements in Layered Soil Systems”com a teoria geral para aplicação em um sistema de duas camadas. Por fim em 1958 foi publicado o artigo “Evaluation of pavement systems of the WASHO Road Test by layered systems methods” com a expansão do método para o sistema de 3 camadas, considerando o revestimento, base e o subleito.

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O Início da Mecânica dos Pavimentos: Conheça as Equações de Boussinesq

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Qualquer pessoa que queira estudar a mecânica dos materiais precisa estudar a teoria da elasticidade, não é mesmo? Pois bem, Joseph Boussinesq (1842-1929), discípulo do Engenheiro Francês Saint-Venant que trouxe grandes contribuições para a teoria da elasticidade como o princípio de Saint-Venant, foi quem desenvolveu uma solução geral da teoria da elasticidade de meios semi finitos homogêneos. A qual é uma teoria muito importante para o estudo de tensões e deformações em pavimentos, quando estes são constituídos de apenas uma camada.

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Os 3 tipos de Recalque na Mecânica dos Solos

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Figura 1 – Torre de Pisa. Fonte: http://analise-do-irreal.blogspot.com

A compressão é causada pela ação de expulsão da água ou do ar dos espaços vazios do solo, aumentando seu grau de compactação e causando o deslocamento das partículas de solo. Esse deslocamento do solo é chamado de recalque ou assentamento do solo, podendo causar diversos problemas em obras, causando trincas e podendo até levar a ruptura dependendo da estrutura. Dessa forma, precisamos determinar a compressibilidade do solo a qual e pode ser dividido em 3 categorias:

  • Recalque Elástico ou Imediato (Immediate or Elastic Settlement): É a deformação elástica dos solos secos, úmidos ou saturados.
  • Recalque por adensamento primário (Primary Consolidation Settlement): É resultado da alteração do volume em solos coesivos saturados.
  • Recalque por adensamento secundário (Secondary consolidation Settlement): É resultado do ajuste plástico da estrutura do solo.

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Aprenda a dimensionar Filtros na Mecânica dos Solos

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A percolação que ocorre em solos pode levar grãos finos para um material mais grosso, com o tempo esse carreamento pode resultar na colmatação dos vazios e consequentemente em problemas dependendo do tipo de obra.

Com isso, a distribuição granulométrica dos materiais grossos deve ser adequada para evitar a colmatação. Essa escolha e adequação da granulometria dos materiais grossos é chamada de filtro.

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Percolação em Solos: Aprenda a calcular a vazão em redes de fluxo

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A percolação da água é importante para determinar estabilidade de estruturas como barragens e contenções de solo, sendo que muitas vezes a percolação não é unidirecional e por isso utiliza-se de redes de fluxo.

A rede de fluxo tem como base as equações de continuidade de Laplace, o qual estabelece a condição de percolação de um regime permanente em determinado ponto da massa de solo. A equação de Laplace em um meio isotrópico, ou seja, um meio que apresenta propriedades físicas independente da direção, representa duas curvas, sendo elas:

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Como verificar a estabilidade dos taludes com o Método de Fellenius

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O cálculo da estabilidade de taludes é um assunto abordado em disciplinas de graduação, geralmente com o nome de Obras de Terra. Diversos são os métodos de cálculo disponíveis para essa verificação na mecânica dos solos, sendo muitas vezes uma escolha do engenheiro e calculista qual deles utilizar. Na prática de escritórios de engenharia são utilizados softwares que facilitam o cálculo e nesse artigo vamos tratar sobre um dos métodos empregados  e citar softwares utilizados em escritórios de geotecnia.

O método de Fellenius juntamente com o método de bishop são chamados de métodos das fatias, sendo os mais utilizados para o estudo da estabilidade de taludes. O método de fatias consiste em:

  • Dividir o talude em fatias de base com material único.
  • As tensões da base são geradas pelo peso da fatia.
  • calcula-se o equilíbrio do conjunto pela equação de equilíbrio em relação ao centro do círculo.

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Por que realizar o Ensaio Triaxial?

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Figura 1 – Corpo de Prova para ensaio triaxial. http://www.ufjf.br

O ensaio de compressão triaxial é um dos métodos mais confiáveis para determinar os parâmetro de resistência ao cisalhamento, sendo utilizado um corpo de prova com diâmetro de 36mm e comprimento de 76mm. Dessa forma, o Triaxial é também um dos ensaios mais importantes e necessários em grandes obras para garantir segurança e qualidade em uma Obra geotécnica.

No processo de execução do ensaio triaxial o corpo de prova é envolvido por uma fina membrana de borracha e colocado dentro de uma câmara preenchida com água ou glicerina, conforme a Figura 2.

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A Importância do Fator de Segurança para Estabilidade de Taludes

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Os taludes são superfícies de solo que formam um ângulo com o plano horizontal, e podem ser tanto naturais quanto artificiais. Essas superfícies estão sujeitas a alguns tipos de rupturas, sendo elas por queda, por tombamento ou por escorregamento.

  • Ruptura por Queda (Fall): Ocorre devido o desprendimento do solo ou fragmentos de rochas dos taludes.
  • Tombamentos (Topples): É o movimento de rotação da massa de solo ou rochas no eixo abaixo do centro de gravidade.
  • Escorregamento (Slide): É o movimento descendente da massa de solo que ocorre na superfície de ruptura. A Figura 1 ilustra o escorregamento.

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O Conceito de Resistência ao Cisalhamento do Solo

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A resistência ao cisalhamento do solo é definida como a resistência interna por área específica que a massa de solo pode oferecer para resistir a ruptura e deslizamentos ao longo de um plano.

Em 1990, Mohr apresentou uma teoria que afirma que a massa de solo atinge a ruptura devido a combinação entre tensões normais e tensões de cisalhamento, ou seja, não é devido a tensões máximas normais ou de cisalhamento isoladas.

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Entenda o conceito de Tensões in situ na Mecânica dos solos

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O cálculo de tensões e deformações é importante em todas as área da engenharia, na mecânica dos solos não seria diferente. As tensões in situ são as tensões em que o solo está submetido a determinada profundidade em situações normais. A tensão é função da profundidade, do peso específico do solo e da água.

A tensão total em uma profundidade “x” da Figura 1 é definida pela Equação 1.

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