Uma equipe de cientistas do Instituto de Ciência Industrial (IIS) da Universidade de Tóquio descobriu recentemente o mecanismo por trás do fenômeno do solo e da areia se tornarem mais fortes quando são atingidos repetidamente. Esta descoberta tem implicações importantes para a compreensão e previsão do comportamento do solo e da areia em diversas aplicações de engenharia, incluindo construção de estradas, estabilização de encostas e engenharia sísmica.

Quando uma força é aplicada ao solo ou à areia, as partículas se reorganizam para formar um empacotamento mais denso, resultando em maior resistência. Este fenômeno é conhecido como adensamento do solo. No entanto, o mecanismo exato pelo qual golpes repetidos aumentam a densificação do solo não foi bem compreendido.

Para investigar isso, a equipe de pesquisa do IIS conduziu uma série de experimentos usando uma máquina de teste de impacto especialmente projetada. Eles lançaram uma bola de aço de diferentes alturas sobre uma amostra de areia e mediram a força necessária para penetrar na areia. A equipe observou que a resistência à penetração aumentava com a energia do impacto, indicando que a areia ficava mais forte à medida que era atingida com mais força.

Para obter informações sobre os mecanismos subjacentes, a equipe realizou mais experimentos usando câmeras de alta velocidade e tomografia computadorizada (TC) de raios X. As gravações da câmera de alta velocidade revelaram que o impacto da bola de aço gerou ondas de choque de alta velocidade que se propagaram pela areia. Essas ondas de choque induziram o rearranjo e a densificação das partículas, resultando no aumento da resistência do solo.

As tomografias computadorizadas de raios X forneceram imagens detalhadas da estrutura interna da amostra de areia antes e depois do impacto. As imagens confirmaram o rearranjo das partículas de areia e mostraram a formação de regiões mais densas dentro da amostra. Estas regiões mais densas contribuíram para o aumento global da resistência do solo.

As descobertas da equipe fornecem informações valiosas sobre o comportamento do solo e da areia sob cargas de impacto repetidas. A compreensão deste mecanismo é essencial para projetar e otimizar estruturas que interagem com o solo ou areia, como fundações, aterros e bases de estradas. Ao considerar os efeitos do carregamento de impacto repetido, os engenheiros podem garantir a segurança e a integridade dessas estruturas em diversas aplicações.

Os resultados da pesquisa foram publicados na prestigiada revista "Nature Communications" e representam um avanço significativo na nossa compreensão da mecânica dos solos e da engenharia geotécnica.