Fotoelasticidade para análise de tensões em descontinuidades de rocha
Em primeiro lugar, o estudo das descontinuidades de rocha é necessário para a compreensão do comportamento de deformação, resistência e permeabilidade dos maciços rochosos. Frequentemente essas estruturas geológicas governam as condições de estabilidade e deformabilidade das estruturas. Há uma técnica experimental utilizada para analisar a distribuição de tensões e avaliar o comportamento das irregularidades ao longo do material. Ela pode ser utilizada por meio da confecção de modelos que serão submetidos a solicitações mecânicas. Os dados adquiridos são extrapolados para um perfil de descontinuidade real, com boa reprodução da morfologia da superfície. Tal técnica é denominada de Fotoelasticidade. No texto de hoje, falaremos sobre a fotoelasticidade para análise de tensões em descontinuidades de rocha. Quer saber mais sobre? Leia nosso texto do blog!
O que são descontinuidades de rocha?
Inicialmente, o termo descontinuidade se refere a qualquer quebra mecânica ou fratura presente em um maciço rochoso. Nesse sentido, tal fenômeno pode ser de origem natural ou artificial devido ao desmonte da rocha por explosivos. Dessa forma, as descontinuidades apresentam algumas características que implicam em seu comportamento geotécnico dos maciços fissurados. Essas são: orientação, espaçamento, persistência, rugosidade, enchimento, abertura, percolação nas descontinuidades e o estado de meteorização das paredes.
Logo, as descontinuidades coordenam o comportamento mecânico do maciço, já que são as estruturas menos resistentes. Para entender melhor o comportamento do maciço rochoso antes, durante e após a escavação, é necessário um estudo da intensidade das fraturas e como elas se comportam ao longo do material. O estudo e controle da estabilidade de taludes têm crescido muito nas últimas décadas, pois a qualidade e a confiabilidade dos resultados de uma análise de estabilidade são muito importantes, pois proporcionam economia para a empresa e segurança todos os envolvidos.
O que é a Fotoelasticidade?
De antemão, os materiais possuem, de forma geral, uma propriedade denominada de elasticidade. Quando são aplicadas forças a um corpo no regime elástico, ele sofre uma deformação que irá desaparecer quando as cargas aplicadas cessarem. Isso ocorre desde que as mesmas não ultrapassem o limite de resistência elástica do material. Quando estruturas ou componentes possuem descontinuidades, tais como trincas, os campos de tensões existentes apresentam certas singularidades. Nesse caso, a teoria da elasticidade não é suficiente para prever o comportamento estrutural do material sob ação de esforços, a fim de se determinar o instante de ruptura da estrutura.
Assim, a fotoelasticidade foi, provavelmente, a técnica de análise de tensões mais utilizada nas décadas de 60 e 70. A partir dos anos 80, houve um declínio da sua aplicação, especialmente pelo aparecimento e difusão das técnicas de análises numéricas, aliadas ao aumento da capacidade dos computadores. Entretanto, este mesmo aumento da capacidade computacional permitiu o desenvolvimento de técnicas, tais como análise de imagens (PDI), reconhecimento de padrões de imagens, aquisição e análise de dados.
Portanto, existem várias vantagens ao se utilizar do método fotoelástico. Dentre elas, a identificação imediata da distribuição geral das tensões em um corpo carregado. Em simultâneo, tem-se a visualização dos pontos mais solicitados no material. Isso permite uma análise quantitativa e a determinação da direção dessas tensões, além de permitir a simulação de variadas condições de carregamento. Para a análise fotoelástica, o experimento é realizado com um equipamento denominado Polariscópio de Transmissão ou reflexão e, por meio dele, são geradas imagens nas quais obtém-se informações sobre as tensões atuantes devido a ação de esforços mecânicos no material.
Análise de descontinuidade de rochas:
Utiliza-se a fotoelasticidade para investigar a distribuição de tensões em descontinuidades com diferentes graus de rugosidade, reproduzidas em modelos fabricados artificialmente em resina epóxi. Assim, é possível avaliar a contribuição das irregularidades na distribuição de tensões sob carregamentos no material rochoso. Para garantir a acurácia dos dados, obtém-se também um modelo de perfil de descontinuidade real. Esse com boa reprodução da morfologia da superfície, que é capaz de evidenciar a viabilidade do estudo de rugosidades naturais por meio da modelagem física.
Nesse sentido, os ensaios realizados no modelo da descontinuidade de biotita-xisto permitem verificar a real distribuição das tensões em sua superfície e a sua variação com as solicitações. Com os dados obtidos, determina-se o coeficiente de rugosidade do modelo e, ao compara-lo com a amostra real, nota-se valores bem próximos e fidedignos. Dessa maneira, a obtenção da morfologia detalhada da superfície da descontinuidade pela utilização de modelos fotoelásticos mostra-se confiável e capaz de fornecer informações adicionais de seu comportamento. Essa técnica apresenta algumas limitações. Exemplo disso são as escalas reduzidas dos modelos e as condições de análise de tensão plana, enquanto que o problema é de natureza tridimensional e de grande escala.
Autora: Raquel Gomes
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