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Tensões nos Solos. Tensões nos solos Deve-se partir do conceito de tensões, para a aplicação da Mecânica dos Sólidos Deformáveis aos solos. Podemos considerar.

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1 Tensões nos Solos

2 Tensões nos solos Deve-se partir do conceito de tensões, para a aplicação da Mecânica dos Sólidos Deformáveis aos solos. Podemos considerar que os solos são constituídos de partículas e que forças aplicadas a eles são transmitidas de partícula a partícula, além das que são suportadas pela água dos vazios.

3 A maneira na qual as forças que são transmitidas entre as partículas é muito complexa e depende do tipo de mineral. Nas partículas maiores como os grãos de silte e areias, a transmissão é feita através do contato direto de mineral a mineral. Nas partículas de mineral argila, devido serem elas um número muito grande as forças em cada contato são muito pequenas e a transmissão pode acontecer através da água quimicamente adsorvida. Tensões nos solos

4 Em grande parte dos problemas de engenharia de solos, é necessário o conhecimento do estado de tensões em pontos do subsolo, antes e depois da construção de uma estrutura qualquer. As tensões na massa de solo são causadas por cargas externas ou pelo próprio peso do solo. Tensões nos solos

5 As tensões que ocorrem nos solos são devido ao peso próprio e às cargas que são aplicadas nele. Conforme podemos ver o perfil do solo na figura 1 onde o nível do terreno (NT) é horizontal não há carregamento externo (cargas aplicadas e distribuídas) próxima a região considerada e a natureza do solo não varia horizontalmente, caracterizando uma situação de tensões geostáticas. Tensões nos solos

6 Figura 1 - Perfil Geotécnico

7 Quando a superfície de um terreno for horizontal aceita-se que em um elemento de solo situado abaixo do NT a uma profundidade “z”, não haverá tensões cisalhantes em planos verticais e horizontais, portanto estes serão os planos principais de tensões. Tensões nos solos

8 Em uma situação de tensões geostáticas, portanto, a tensão normal vertical inicial( ) no ponto “A” pode ser obtida considerando o peso do solo acima do ponto “A” dividido pela área. onde: P = (peso do prisma) V = (volume do prisma) A = (área do prisma) = peso específico natural do solo Tensões nos solos

9 Se o solo acima do ponto “A” for estratificado, isto é, composto de “n” camadas, o valor de é dado pelo somatório de, onde “i” varia de 1 a n. Tensões nos solos

10 Na figura 2 abaixo veremos um solo composto de várias camada horizontais e a tensão será o somatório do efeito das diversas camadas. Tensões nos solos Figura 2- Tensões totais verticais no subsolo. Pinto (2000)

11 Imaginemos agora um que o ponto “A” esteja abaixo de um lençol freático, sendo que em relação ao NT a profundidade é z a. A tenção total no ponto “ A” será a soma dos efeito das camadas superiores. A pressão que a água fará no solo será independente da porosidade deste. A pressão dependerá da profundidade do ponto “A” em relação ao nível freático. Pressão neutra e tensões efetivas.

12 Perfil geotécnico. Solo saturado

13 Sendo que a pressão da água é: = pressão neutra ou poro-pressão = peso específico da água, tomado igual a 10 kN/m 3 = 1g/cm 3 = profundidade em relação ao nível da água. Pressão neutra e tensões efetivas.

14 Terzaghi notou a diferença da natureza das duas forças atuantes e chegou a conclusão que a tensão total num plano qualquer deve ser considerada como a soma das suas parcelas: 1 – a tensão efetiva( ) que é a tensão transmitida pelos contatos entre as partículas. 2 – a pressão neutra ( ) ou poro-pressão é a pressão da água. Pressão neutra e tensões efetivas.

15 Terzaghi estabeleceu o Princípio das Tensões Efetivas, que pode ser expresso em duas partes: 1) “A tensão efetiva, para solos saturados, pode ser expressa por: 2) Todos os efeitos mensuráveis resultantes de variações de tensões nos solos, como compressão, resistência ao cisalhamento são devido a variações de tensões efetivas”. Pressão neutra e tensões efetivas.

16 Através de uma esponja cúbica, com 10 cm de aresta, colocada num recipiente como mostra a figura 3, poderemos visualizar o conceito de tensão efetiva. Pressão neutra e tensões efetivas.

17 Na posição (a), com água até a superfície superior, as tensões resultam do seu peso e da pressão da água; ela está em repouso. Pressão neutra e tensões efetivas. Fig. 3 - Simulação para o entendimento do conceito de tensão efetiva (PINTO, 2000)

18 Quando se coloca um peso de 10N sobre a esponja, as tensões no interior da esponja serão majoradas e a pressão aplicada será de 1kPa(10N/0,01 m 2 ). O acréscimo de tensão foi efetivo, pois a esponja se deformará expulsando água do seu interior. Pressão neutra e tensões efetivas. Fig. 4 - Simulação para o entendimento do conceito de tensão efetiva (PINTO, 2000)

19 Se o nível da água fosse elevado de 10cm, a pressão atuante sobre a esponja seria também de 1kPa( 10 kN / m 3 x 0,1 m), e as tensões no interior da esponja seriam majoradas deste mesmo valor. Mas a esponja não se deforma. A pressão da água atua também nos vazios da esponja e a estrutura sólida não “sente” a alteração das pressões. Pressão neutra e tensões efetivas.

20 O acréscimo de pressões foi neutro. Pressão neutra e tensões efetivas. Fig. 5 - Simulação para o entendimento do conceito de tensão efetiva (PINTO, 2000)

21 No solo ocorre o mesmo fenômeno. Se é aplicado um carregamento na superfície do terreno, as tensões efetivas aumentam, o solo se comprime e parte da água é expulsa de seus vazios, mesmo que lentamente. Se o nível de uma lagoa se eleva, o aumento da tensão total provocado pela elevação é igual ao aumento da pressão neutra nos vazios e o solo não se comprime. Pressão neutra e tensões efetivas.

22 No perfil do subsolo a seguir o nível de água está na cota -1,0m. As tensões totais são calculadas como foi mostrado anteriormente. As pressões neutras são resultantes da profundidade, crescendo linearmente. As tensões efetivas são as diferenças. Se o nível d’água for rebaixado, as tensões totais pouco se alteram, porque o peso específico do solo permanece o mesmo Pressão neutra e tensões efetivas.

23 A pressão neutra diminui e consequentemente, a tensão efetiva aumenta. Pressão neutra e tensões efetivas. Fig. 6 - Tensões totais, neutras e efetivas no solo (PINTO, 2000)

24 Cálculo da tensões efetivas com o peso específico aparente submerso. No exemplo anterior o acréscimo de tensão efetiva da cota -3m até a cota -7m, é o resultado do acréscimo da tensão total menos o acréscimo da pressão neutra. Pressão neutra e tensões efetivas.

25 O acréscimo da tensão efetiva também pode ser calculado por meio do peso específico submerso do solo. Pressão neutra e tensões efetivas.

26 Fenômenos Capilares Em alguns solos ocorre a capilaridade, que é a ascensão da água entre os interstícios de pequenas dimensões deixados pelas partículas sólidas, além do nível do lençol freático. A altura alcançada depende da natureza do solo.

27 Fenômenos Capilares Na figura a seguir verifica-se que o solo não se apresenta saturado ao longo de toda altura de ascensão capilar, mas somente até um certo nível, denominado nível de saturação. Fig. 7 - Distribuição da umidade do solo (Caputo, 2000)

28 A altura capilar que a água alcança em um solo se determina, considerando sua massa como um conjunto de tubos capilares, formados pelo seus vazios, sendo que estes tubos são irregulares e informes. Fenômenos Capilares Fig. 8 - Conjunto de tubos capilares (Caputo, 2000)

29 Fenômenos Capilares O peso de água num tubo com raio r e altura de ascensão capilar h c é : Considerando a tensão superficial T atuado em toda a superfície de contato água –tubo, a força resultante é igual a:

30 igualando-se as expressões tem-se: ou para fins práticos: (com d em cm) onde d é o diâmetro dos poros. Fenômenos Capilares

31 Portanto nos solos arenosos e pedregulhosos onde os poros são maiores, a altura de ascensão capilar está entre 30cm e 1 m, nos solos siltosos e argilosos a altura de ascensão capilar pode chegar a dezenas de metros, devido os poros destes solos serem menores. Fenômenos Capilares

32 O fenômeno de capilaridade influencia no cálculo da tensão efetiva ( ), pois água nos vazios do solo, na faixa acima do lençol freático, mas com ele comunicada, está sob uma pressão abaixo da atmosférica. A pressão neutra é negativa. Neste caso a tensão efetiva será maior que a tensão total. A pressão neutra negativa provoca uma maior força nos contatos dos grãos, aumentando a tensão efetiva. Fenômenos Capilares

33 No exemplo a seguir vemos que o solo superficial é uma areia fina, cuja a ascensão capilar deve ser superior a um metro. A água tende a subir por capilaridade e toda faixa superior poderá estar saturada, com água em estado capilar. Fenômenos Capilares Fig. 9 - Tensões no subsolo, considerando as tensões capilares (PINTO, 2000)

34 Como podemos ver a pressão neutra varia linearmente, desde zero na cota do nível d’água até o valor negativo na superfície, correspondente à diferença de cota. Portanto a camada superior de 1 m não está seca, a tensão efetiva passa a ser de 10kN/m 2 e não nula. Como a resistência das areias é diretamente proporcional à tensão efetiva, a capilaridade confere a este terreno uma sensível resistência. Fenômenos Capilares

35 CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. 6 ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora, p. PINTO, Carlos de Souza. Curso Básico de Mecânica dos Solos, em 16 Aulas. 1 ed. São Paulo: Oficina de Textos, p. Referências Bibliográficas


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