Tensões nos Solos Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira – FEIS/UNESP

Departamento de Engenharia Civil

Geotecnia

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Tensões no Solo

• Solo são constituídos de partículas (granulometria): logo forças aplicadas são transmitidas de partícula-partícula, além das que são suportadas pela água dos espaços vazio (poros);

• Forma como as forças são transmitidas de partícula-partícula depende do tipo de mineral (variedade de minerais):

• Partículas maiores (areias, siltes) onde as dimensões ortogonais são aproximadamente iguais essa transmissão se dá diretamente de mineral-mineral;

• Nas argilas (maioria delas) as forças em cada contato são muito pequenas e a transmissão pode ocorrer através da água quimicamente adsorvida;

• De qq modo essa transmissão se faz nos pontos de contatos, logo em área muito reduzida em relação ao total da área envolvida.

Tensões no Solo

Rocha

Minerais

(material de origem variado) Variedade

Associado a condições variadas (intemperies+relevo+tempo+organismos)

Solos + variados ainda

Fração partícula/Contato

Superfície especifica/Contato

• Diversos grãos transmitirão força a placa (p) as quais podem ser decompostos em normais e tangenciais à superfície da placa.

Tensões no Solo

Tensões no solo

• A somatória dos componentes normais ao plano (verticais) dividido pela área total que abrange as partículas em que o contato ocorre é definida como tensão normal.

• A somatória das forças tangenciais/pela área é referida como tensão de cisalhamento.

Não tem padrão de contato

• Logo as tensões assim definidas são muito menores que as tensões que ocorrem no contato real entre partículas:

• Considera toda área sem haver contato em toda área.

• Áreas de contato reais estão em torno de 1% da área total considerada;

• Mas o conceito de tensão = aplicado a um meio contínuo: portanto não se cogita se um ponto no sistema particulado está ocupado por um grão ou vazio;

Tensões no Solo

Tensões devido ao peso do solo

• Tensões: aplicação de cargas e próprio peso do solo

• O peso do solo não pode ser desconsiderado.

• Quando a superfície de um terreno é horizontal aceita-se (intuitivamente) que a tensão atuante a uma certa profundidade seja normal ao plano;

• Desconsiderando a tensão de cisalhamento,

como se as forças tangenciais se anulassem.

• No plano A o peso atuante/área indica a tensão vertical.

• γn = peso específico

• V= volume

• Z= prof. do solo

Tensões devido ao peso do solo

• Geralmente o solo pode ser constituído de várias camadas horizontais. A tensão vertical resulta da somatória do efeito dessas várias camadas;

Tensões devido ao peso do solo

Pressão Neutra e Tensões Efetivas

• Tensão no pano B = resultado das somas dos efeitos das camadas superiores (Zw – nível do lençol freático).

• A água no interior dos vazios, abaixo do nível da água estará sob uma pressão que independe da porosidade (saturado) e dependerá apenas da sua profundidade em relação

ao nível freático;

Logo no plano considerado, a pressão

da água (u) é representada:

Peso especifico da água

• Terzaghi trabalhando com as diferentes naturezas dos elementos envolvidos constatou que a Tensão Normal Total num plano qualquer deve ser considerado como a soma de 2 parcelas:

• 1) Tensão transmitida entre partículas = Tensão efetiva

• 2) Pressão da água = Pressão neutra

• Princípio das tensões efetivas de Terzaghi divida em 2 partes:

• 1) Tensão efetiva para solos saturados

• 2) Todos efeitos mensuráveis resultantes de variações de tensão nos solos (compressão, distorção, resistência ao cisalhamento) que são devido às variações de tensão efetivas.

Pressão Neutra e Tensões Efetivas

• As deformações nos solos apresentam importantes diferenças da maioria dos outros materiais:

• Correspondem com variação de forma e também de volume (resultante do deslocamento de partículas e redução dos vazios)

• Logo admite-se que as deformações do solo sejam devido somente as variações de tensão efetiva (partícula/partícula);

• Pressão exercida pela agua não deforma o solo.

Pressão Neutra e Tensões Efetivas

• Se a tensão total for aumentada com igual aumento da pressão da água, ocorrerá compressão, mas não deformação pois a agua atua em toda sua superfície.

• As forças serão transmitidas, mas não há deformação pelo acréscimo dessa força (pressão neutra) que reflete o sentido de inexistência do efeito mecânico dessa parcela de tensão total;

• Pressão (peso) Solo se comprime, há deformação (redução do volume), expulsão de água, e consequente aumento de pressão efetiva.

• Pressão (água) apesar de haver aumento da tensão total não há aumento da tensão efetiva.

Problemas com o tempo Solos diversos

• Pressão Neutra resulta da profundidade (linearmente);

• As tensões efetivas são as diferenças;

• As Tensões Efetivas são as responsáveis pelo comportamento mecânico do solo (deformabilidade e resistência) dependem desse componente.

Pressão Neutra e Tensões Efetivas

Agua capilar nos solos

• A água nos vazios do solo, na faixa acima do freático está a uma pressão abaixo da pressão atmosférica (pressão negativa);

• Se (u) for negativo a tensão efetiva será maior que a tensão total (em casos de capilaridade);

• A pressão negativa provoca uma força maior nos contatos dos grãos e aumenta a tensão efetiva.

• Pressão neutra pode aumentar a tensão efetiva.

• A ascensão por capilaridade depende da granulometria que influencia no diâmetro dos vazios (tubos capilares).

• Pedregulhos: poucos centímetros • Areias: 1 a 2 metros • Siltes: 3 a 4 metros • Argilas: + podem atingir mais de 10 metros de altura

• A saturação por capilaridade (100%) pode acontecer, mas geralmente em função da característica de cada tipo de solo, apenas certas % do solo fica saturadas por capilaridade.

Agua capilar nos solos

2mm 2mm 2mm

Bibliografia

• PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 Aulas, Oficina de textos, São Paulo. 2002. 247p.

Atividade

a) Calcule as tensões verticais no contato entre areia grossa e o solo de alteração. Considere o solo todo saturado. N.A. = cota 0m;

b) Se ocorrer uma enchente que eleve o nível d’água Até a cota +2,5m acima do terreno, calcule qual seriam as Tensões no contanto entre areia grossa e o solo de Alteração de rocha? c) Determine as tensões na profundidade 0,7m, considerando N.A. na cota = 1m (conforme a figura) e que que a areia acima do N.A. está saturada por capilaridade.