Introdução

É prática comum dimensionar os elementos da superestrutura e infraestrutura separadamente. Nessa abordagem simplista, o solo é considerado como apoio indeslocável e a sua influência sobre a superestrutura é desprezada. De forma similar, as cargas nos apoios fixos são utilizadas para o dimensionamento da infraestrutura, sendo desprezada a rigidez da superestrutura. 

A abordagem tradicional pode trazer resultados satisfatórios, especialmente em caso de solos com baixa deformabilidade. Há diversas situações, entretanto, em que essa abordagem pode ser equivocada ou inviável. Nesses casos, deve ser considerada a interação solo-estrutura (ISE), definida pela NBR 6122 [1] como processos de análise estrutural que consideram conjuntamente as deformabilidades da infraestrutura e superestrutura.   

O advento dos métodos numéricos e sua aplicação no campo da análise estrutural fez com que abordagens mais sofisticadas na representação da interação solo-estrutura passassem a ser adotadas, de forma mais realista e precisa quanto ao comportamento das estruturas. Contudo, representar essa interação pode ser uma tarefa bastante complexa.  

O solo é um meio heterogêneo proveniente da decomposição de rochas pela ação de agentes físicos ou químicos, contendo ou não matéria orgânica decomposta, com líquido e gás nos espaços vazios entre as partículas sólidas. Dada sua natureza, a composição e, consequentemente, suas propriedades físicas e mecânicas podem ser bastante variáveis ao longo do perfil estatigráfico e de difícil determinação. 

A Kot possui uma equipe de engenharia civil com experiência na modelagem e análise de estruturas cujo emprego da interação solo-estrutura é o mais indicado, ou até mesmo indispensável, fornecendo soluções confiáveis de engenharia para seus clientes. 

Interação solo-estrutura e suas aplicações  

O mecanismo de interação solo-estrutura pode ser empregado em diversos tipos de estruturas. Algumas das aplicações são: 

1. Análise de fundações; 

2. Análise de estruturas de contenção; 

3. Análise dinâmica de estruturas assentadas sobre o solo; 

4. Análise de estruturas subterrâneas, como túneis; 

5. Análise de caminhos de rolamento; 

6. Análise de estruturas submetidas a cargas variáveis significativas, tais como silos, pontes, reservatórios e espessadores; 

7. Análise de estruturas sensíveis a deformações ou apoiadas em solos de grande deformabilidade.

Interação solo-estrutura e impactos no comportamento de estruturas 

A consideração equivocada ou desconsideração do mecanismo de interação solo-estrutura pode trazer consequências negativas do ponto de vista econômico, operacional e de segurança das estruturas.  

A compatibilidade entre os deslocamentos do solo e da estrutura pode ocasionar, em caso de recalques (deslocamentos verticais) diferenciais excessivos, redistribuição de esforços nos elementos da superestrutura e nas cargas que chegam à fundação. Como consequência, a presença de componentes subdimensionados na estrutura, o que torna a estrutura mais suscetível à ocorrência de fissuras e deformações inesperadas ao longo de sua vida útil. Em condição crítica, o resultado é a ruína de elementos da estrutura em virtude de cargas não previstas no dimensionamento. 

Além de impactos estruturais, deslocamentos no solo podem acarretar impactos operacionais em estruturas como máquinas de pátio. Desalinhamentos verticais e horizontais no caminho de rolamento (Figura 1) resultam em maior necessidade de manutenção e podem levar, inclusive, a perda de estabilidade da máquina devido à redistribuição de cargas. 

A interação solo-estrutura também influencia na resposta dinâmica de uma estrutura. A rigidez e amortecimento do solo variam conforme sua composição. Uma mesma estrutura apresentará comportamentos distintos a depender do tipo de solo sobre o qual é assentada. Esse aspecto é especialmente importante quando se trata de estruturas submetidas a fontes excitadoras como moinhos e bases de britadores (Figura 2). 

Interação solo-estrutura em projetos e modelagem 

As abordagens mais comuns de representação da interação solo-estrutura (ISE) são aplicação de modelos de meio discreto e contínuo. O enfoque a ser adotado deverá ser definido com base em aspectos relativos ao comportamento da estrutura a ser analisada, propriedades dos materiais e condições de carregamento externo. 

Nos modelos de meio contínuo, o maciço de solo é considerado como um meio elástico contínuo e modelado através de elementos bidimensionais ou tridimensionais. Esse método é uma aproximação conceitual da representação física do solo infinito. Apesar de ser uma representação mais realista do comportamento do solo, é uma abordagem mais complexa. Uma das aplicações é a modelagem e análise estruturas subterrâneas como túneis, como pode ser visto na Figura 3.  

Nos modelos de meio discreto, a interação solo-estrutura é representada conforme o modelo proposto por Winkler, por meio de uma série de molas independentes com comportamento elástico linear na qual a rigidez dessas molas caracteriza uma constante de proporcionalidade entre a pressão aplicada e o deslocamento do solo, denominada coeficiente de reação [2]. Essa representação é amplamente utilizada na modelagem de fundações superficiais e blocos de estacas. A Figura 4 mostra um modelo de radier com interação solo-estrutura por meio de molas 

A representação da interação solo-estrutura utilizando molas é a abordagem mais adotada, em razão de sua simplicidade. O principal empecilho desse modelo é a determinação do coeficiente de rigidez das molas, uma vez que é o único parâmetro para idealização do comportamento do solo. O coeficiente de rigidez depende não apenas da natureza do solo, mas também das dimensões da área carregada.  

Destaca-se que, independentemente do tipo de abordagem escolhida, a análise de estruturas que apresentam interface com o solo exige um conhecimento adequado do comportamento e propriedades do solo.  

Conclusão 

A interação solo-estrutura (ISE) consiste na compatibilização dos deslocamentos entre a estrutura e o solo. Esse mecanismo está atrelado ao comportamento e, consequentemente, a resposta estática e dinâmica de uma estrutura frente a solicitações. A interação solo-estrutura é um mecanismo de grande importância para estruturas do segmento industrial dada a sua natureza não convencional.  

A representação realista do solo pode ser bastante complexa, principalmente devido às incertezas associadas ao comportamento e propriedades do solo. A consideração equivocada da interação solo-estrutura pode levar ao comprometimento de operação e segurança de uma estrutura.   

A Kot possui um time de profissionais qualificados em análises, incluindo ISE (interação solo-estrutura), pronto para fornecer soluções confiáveis e personalizadas de engenharia. Entre agora mesmo em contato com nossos especialistas.

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Referências 

1. Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 6122. Projeto e execução de fundações, 2022. 

2. CAMPOS. J. C. Elementos de fundação em concreto. Oficina de Textos, São Paulo,2015.