Tensões nos Solos. Tensões nos solos Deve-se partir do conceito de tensões, para a aplicação da...
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Mecânica dos Solos Tensões nos Solos
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
Tenses nos solos Deve-se partir do conceito de tenses, para a
aplicao da Mecnica dos Slidos Deformveis aos solos. Podemos
considerar que os solos so constitudos de partculas e que foras
aplicadas a eles so transmitidas de partcula a partcula, alm das
que so suportadas pela gua dos vazios.
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A maneira na qual as foras que so transmitidas entre as
partculas muito complexa e depende do tipo de mineral. Nas
partculas maiores como os gros de silte e areias, a transmisso
feita atravs do contato direto de mineral a mineral. Nas partculas
de mineral argila, devido serem elas um nmero muito grande as foras
em cada contato so muito pequenas e a transmisso pode acontecer
atravs da gua quimicamente adsorvida. Tenses nos solos
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Em grande parte dos problemas de engenharia de solos, necessrio
o conhecimento do estado de tenses em pontos do subsolo, antes e
depois da construo de uma estrutura qualquer. As tenses na massa de
solo so causadas por cargas externas ou pelo prprio peso do solo.
Tenses nos solos
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As tenses que ocorrem nos solos so devido ao peso prprio e s
cargas que so aplicadas nele. Conforme podemos ver o perfil do solo
na figura 1 onde o nvel do terreno (NT) horizontal no h
carregamento externo (cargas aplicadas e distribudas) prxima a
regio considerada e a natureza do solo no varia horizontalmente,
caracterizando uma situao de tenses geostticas. Tenses nos
solos
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Figura 1 - Perfil Geotcnico
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Quando a superfcie de um terreno for horizontal aceita-se que
em um elemento de solo situado abaixo do NT a uma profundidade z,
no haver tenses cisalhantes em planos verticais e horizontais,
portanto estes sero os planos principais de tenses. Tenses nos
solos
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Em uma situao de tenses geostticas, portanto, a tenso normal
vertical inicial( ) no ponto A pode ser obtida considerando o peso
do solo acima do ponto A dividido pela rea. onde: P = (peso do
prisma) V = (volume do prisma) A = (rea do prisma) = peso especfico
natural do solo Tenses nos solos
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Se o solo acima do ponto A for estratificado, isto , composto
de n camadas, o valor de dado pelo somatrio de, onde i varia de 1 a
n. Tenses nos solos
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Na figura 2 abaixo veremos um solo composto de vrias camada
horizontais e a tenso ser o somatrio do efeito das diversas
camadas. Tenses nos solos Figura 2- Tenses totais verticais no
subsolo. Pinto (2000)
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Imaginemos agora um que o ponto A esteja abaixo de um lenol
fretico, sendo que em relao ao NT a profundidade z a. A teno total
no ponto A ser a soma dos efeito das camadas superiores. A presso
que a gua far no solo ser independente da porosidade deste. A
presso depender da profundidade do ponto A em relao ao nvel
fretico. Presso neutra e tenses efetivas.
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Perfil geotcnico. Solo saturado
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Sendo que a presso da gua : = presso neutra ou poro-presso =
peso especfico da gua, tomado igual a 10 kN/m 3 = 1g/cm 3 =
profundidade em relao ao nvel da gua. Presso neutra e tenses
efetivas.
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Terzaghi notou a diferena da natureza das duas foras atuantes e
chegou a concluso que a tenso total num plano qualquer deve ser
considerada como a soma das suas parcelas: 1 a tenso efetiva( ) que
a tenso transmitida pelos contatos entre as partculas. 2 a presso
neutra ( ) ou poro-presso a presso da gua. Presso neutra e tenses
efetivas.
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Terzaghi estabeleceu o Princpio das Tenses Efetivas, que pode
ser expresso em duas partes: 1) A tenso efetiva, para solos
saturados, pode ser expressa por: 2) Todos os efeitos mensurveis
resultantes de variaes de tenses nos solos, como compresso,
resistncia ao cisalhamento so devido a variaes de tenses efetivas.
Presso neutra e tenses efetivas.
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Atravs de uma esponja cbica, com 10 cm de aresta, colocada num
recipiente como mostra a figura 3, poderemos visualizar o conceito
de tenso efetiva. Presso neutra e tenses efetivas.
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Na posio (a), com gua at a superfcie superior, as tenses
resultam do seu peso e da presso da gua; ela est em repouso. Presso
neutra e tenses efetivas. Fig. 3 - Simulao para o entendimento do
conceito de tenso efetiva (PINTO, 2000)
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Quando se coloca um peso de 10N sobre a esponja, as tenses no
interior da esponja sero majoradas e a presso aplicada ser de
1kPa(10N/0,01 m 2 ). O acrscimo de tenso foi efetivo, pois a
esponja se deformar expulsando gua do seu interior. Presso neutra e
tenses efetivas. Fig. 4 - Simulao para o entendimento do conceito
de tenso efetiva (PINTO, 2000)
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Se o nvel da gua fosse elevado de 10cm, a presso atuante sobre
a esponja seria tambm de 1kPa( 10 kN / m 3 x 0,1 m), e as tenses no
interior da esponja seriam majoradas deste mesmo valor. Mas a
esponja no se deforma. A presso da gua atua tambm nos vazios da
esponja e a estrutura slida no sente a alterao das presses. Presso
neutra e tenses efetivas.
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O acrscimo de presses foi neutro. Presso neutra e tenses
efetivas. Fig. 5 - Simulao para o entendimento do conceito de tenso
efetiva (PINTO, 2000)
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No solo ocorre o mesmo fenmeno. Se aplicado um carregamento na
superfcie do terreno, as tenses efetivas aumentam, o solo se
comprime e parte da gua expulsa de seus vazios, mesmo que
lentamente. Se o nvel de uma lagoa se eleva, o aumento da tenso
total provocado pela elevao igual ao aumento da presso neutra nos
vazios e o solo no se comprime. Presso neutra e tenses
efetivas.
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No perfil do subsolo a seguir o nvel de gua est na cota -1,0m.
As tenses totais so calculadas como foi mostrado anteriormente. As
presses neutras so resultantes da profundidade, crescendo
linearmente. As tenses efetivas so as diferenas. Se o nvel dgua for
rebaixado, as tenses totais pouco se alteram, porque o peso
especfico do solo permanece o mesmo Presso neutra e tenses
efetivas.
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A presso neutra diminui e consequentemente, a tenso efetiva
aumenta. Presso neutra e tenses efetivas. Fig. 6 - Tenses totais,
neutras e efetivas no solo (PINTO, 2000)
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Clculo da tenses efetivas com o peso especfico aparente
submerso. No exemplo anterior o acrscimo de tenso efetiva da cota
-3m at a cota -7m, o resultado do acrscimo da tenso total menos o
acrscimo da presso neutra. Presso neutra e tenses efetivas.
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O acrscimo da tenso efetiva tambm pode ser calculado por meio
do peso especfico submerso do solo. Presso neutra e tenses
efetivas.
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Fenmenos Capilares Em alguns solos ocorre a capilaridade, que a
ascenso da gua entre os interstcios de pequenas dimenses deixados
pelas partculas slidas, alm do nvel do lenol fretico. A altura
alcanada depende da natureza do solo.
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Fenmenos Capilares Na figura a seguir verifica-se que o solo no
se apresenta saturado ao longo de toda altura de ascenso capilar,
mas somente at um certo nvel, denominado nvel de saturao. Fig. 7 -
Distribuio da umidade do solo (Caputo, 2000)
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A altura capilar que a gua alcana em um solo se determina,
considerando sua massa como um conjunto de tubos capilares,
formados pelo seus vazios, sendo que estes tubos so irregulares e
informes. Fenmenos Capilares Fig. 8 - Conjunto de tubos capilares
(Caputo, 2000)
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Fenmenos Capilares O peso de gua num tubo com raio r e altura
de ascenso capilar h c : Considerando a tenso superficial T atuado
em toda a superfcie de contato gua tubo, a fora resultante igual
a:
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igualando-se as expresses tem-se: ou para fins prticos: (com d
em cm) onde d o dimetro dos poros. Fenmenos Capilares
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Portanto nos solos arenosos e pedregulhosos onde os poros so
maiores, a altura de ascenso capilar est entre 30cm e 1 m, nos
solos siltosos e argilosos a altura de ascenso capilar pode chegar
a dezenas de metros, devido os poros destes solos serem menores.
Fenmenos Capilares
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O fenmeno de capilaridade influencia no clculo da tenso efetiva
( ), pois gua nos vazios do solo, na faixa acima do lenol fretico,
mas com ele comunicada, est sob uma presso abaixo da atmosfrica. A
presso neutra negativa. Neste caso a tenso efetiva ser maior que a
tenso total. A presso neutra negativa provoca uma maior fora nos
contatos dos gros, aumentando a tenso efetiva. Fenmenos
Capilares
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No exemplo a seguir vemos que o solo superficial uma areia
fina, cuja a ascenso capilar deve ser superior a um metro. A gua
tende a subir por capilaridade e toda faixa superior poder estar
saturada, com gua em estado capilar. Fenmenos Capilares Fig. 9 -
Tenses no subsolo, considerando as tenses capilares (PINTO,
2000)
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Como podemos ver a presso neutra varia linearmente, desde zero
na cota do nvel dgua at o valor negativo na superfcie,
correspondente diferena de cota. Portanto a camada superior de 1 m
no est seca, a tenso efetiva passa a ser de 10kN/m 2 e no nula.
Como a resistncia das areias diretamente proporcional tenso
efetiva, a capilaridade confere a este terreno uma sensvel
resistncia. Fenmenos Capilares
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CAPUTO, Homero Pinto. Mecnica dos Solos e suas Aplicaes. 6 ed.
Rio de Janeiro: Livros Tcnicos e Cientficos Editora, 2000. 234 p.
PINTO, Carlos de Souza. Curso Bsico de Mecnica dos Solos, em 16
Aulas. 1 ed. So Paulo: Oficina de Textos, 2000. 247 p. Referncias
Bibliogrficas