Uma nova classificação de solo, e ferramentas para implementá-lo, ajuda a compreender as propriedades do terreno que sustenta os projetos de geoengenharia.

Embora a maioria de nós não dê importância ao solo, pesquisadores do Laboratório de Geoengenharia de Energia da KAUST literalmente conhecem os solos de dentro para fora. Sua pesquisa tem implicações importantes para diversos projetos geotécnicos, incluindo mineração, Extração de petróleo, fundações de pontes e torres, estruturas costeiras e offshore, analisando túneis e ralos, e projetar uma infraestrutura resiliente a terremotos.

Professor J. Carlos Santamarina, O pós-doutorado Junbong Jang (agora no United States Geological Survey) e o estudante de doutorado Junghee Park projetaram um novo sistema de classificação para os solos do mundo que permitirá aos engenheiros prever com mais precisão suas propriedades e comportamento com base em métricas simples.

Atualmente, a maioria dos estudos geotécnicos mundiais usa o Sistema Unificado de Classificação de Solo (USCS), que tem suas raízes na construção de aeródromos da Segunda Guerra Mundial. Desde então, foi refinado, mas não totalmente atualizado. Enquanto isso, dados de solo se acumularam extensivamente e, Santamarina explica, "levou a uma compreensão mais profunda das propriedades e do comportamento dos sedimentos, "sugerindo a necessidade de uma reavaliação completa do sistema.

Um novo estado da matéria

Temos a tendência de considerar a matéria sólida, líquido ou gás. Contudo, materiais particulados, como solos, pode agir de forma diferente para qualquer um desses estados. Santamarina descreve solos, enigmaticamente, como "inerentemente não linear, não elástico, poroso, permeável e efetivamente dependente do estresse. "

O USCS define os tipos de solo por tamanho de partícula e plasticidade, ou como eles se deformam quando misturados com água. Contudo, solos podem compreender misturas complexas de partículas de tamanhos diferentes, e, além disso, os espaços entre as partículas não estão vazios, mas cheios de líquido, gás ou ambos. Santamarina se entusiasma, "A coexistência desses materiais dá origem a fenômenos emergentes fascinantes e respostas intrigantes, como liquefação. "

O novo sistema revisado de classificação de solo1, 2 leva em consideração não apenas o tamanho do grão, mas a forma e fornece uma representação mais precisa das zonas de transição entre os tipos de solo. Dá mais importância ao papel das menores partículas do solo, conhecido como multas, e a química do fluido circundante, que influencia muitos fenômenos geotécnicos. Crucialmente, o novo sistema de classificação permite aos engenheiros distinguir a fração do solo que é principalmente responsável por carregar qualquer peso colocado sobre eles e a fração do solo que controla o fluxo do fluido.

A classificação do solo é um processo relativamente simples de determinar um conjunto de parâmetros usando dispositivos de bancada prontamente disponíveis em laboratórios de solo em todo o mundo. Estes podem então ser inseridos nas equações detalhadas nas publicações da equipe KAUST, ou analisado usando uma planilha ou aplicativo de telefone celular, ambos disponíveis em seu site. O resultado, para qualquer solo, é uma descrição de duas partes que incorpora propriedades mecânicas e de fluxo de fluido; por exemplo, 'S (F)' significa um solo com propriedades mecânicas controladas pela areia, mas com permeabilidade determinada por seu componente finos.

Um esforço contínuo

A resposta à publicação da classificação revisada foi encorajadora e colaborativa. Quando a equipe publicou a primeira parte, cobrindo multas, "pesquisadores de todo o mundo reagiram e contribuíram com dados excepcionais para fortalecer a classificação, "diz Santamarina." Esperamos uma resposta semelhante para a segunda parte. "

Ele continua, "A realidade dos solos é mais complexa do que os sistemas idealizados criados em laboratório ou em um computador." Um banco de dados de solo complementar construído no KAUST permite que os usuários façam estimativas robustas das propriedades hidromecânicas dos solos naturais. Na verdade, o pesquisador do laboratório da Santamarina está voltado para um conjunto em constante evolução de ferramentas de análise e projeto de engenharia. A classificação, diz Santamarina, é apenas "um primeiro passo em direção a um sistema integrado de banco de dados de laboratório de TI sendo desenvolvido com colaboradores em todo o mundo."

Nenhuma classificação pode ser exaustiva:solos feitos de grãos incomuns, como diatomáceas ou cinzas volantes, sempre apresentará desafios especiais que os engenheiros precisam estar cientes. Contudo, a classificação visa ser robusta o suficiente para ser usada com sucesso, mesmo por aqueles sem experiência de campo.

A equipe está atualmente trabalhando em uma publicação que ampliará a aplicação e interpretação da classificação na prática.

Este trabalho multidisciplinar - baseado em conceitos da geologia, física e química e orientado em disciplinas que vão desde civil até geoengenharia ambiental e energética - se beneficia do que Santamarina chama de ambiente de pesquisa excepcional e experiência disponível na KAUST para gerar ferramentas com aplicações muito mais distantes.