Tensões no Solo
1 Tensões totais
As tensões totais que ocorrem nos solos são aquelas decorrentes do seu peso próprio e/ou de cargas aplicadas.
2 Pressão neutra
Abaixo do nível d’água (solo saturado), parte da tensão aplicada a um solo é suportada pelas partículas sólidas e parte é suportada pela água. Ou seja, temos uma parcela da tensão normal atuando nos contatos interpartículas e a outra parcela atuando como pressão na água situada nos vazios.
A pressão que atua na água intersticial é chamada de pressão neutra (u) ou poropressão.
3 Tensões efetivas
A tensão que atua nos contatos interpartículas é denominada tensão efetiva e é ela que responde pelo comportamento mecânico do solo. Uma vez que a tensão total () atuante no solo é a soma da parcela transmitida à água (u) com a parcela transmitida às partículas (’), chega-se à seguinte expressão para o cálculo das tensões efetivas.
4 Tensão horizontal
Até agora foram vistas apenas as tensões verticais iniciais (totais e efetivas). Entretanto, é necessário determinar também o valor da tensão atuante horizontal. A obtenção da tensão horizontal parte da definição do coeficiente de empuxo (k). Se não ocorrem deformações na massa de solo, tem-se o coeficiente de empuxo no repuso (ko).
Ko=
’h
’v
O valor de Ko é obtido em ensaios de laboratório, onde são simuladas condições iniciais de carregamento, ou em ensaios in situ.
5 Capilaridade
Capilaridade é a propriedade que os líquidos apresentam de atingirem, em tubos de pequeno diâmetro, pontos acima do nível freático. Na Mecânica dos Solos, o nível freático é tomado como origem do referencial para as pressões neutras, de forma que, no nível freático a pressão neutra é igual a zero.
Os vazios do solo, devido à sua magnitude (muito pequenos), se comportam como tubos capilares, apesar de serem muito irregulares e interconectados. A altura até a qual a água se elevará, por capilaridade, é inversamente proporcional ao diâmetro dos poros. Dessa forma, deduz-se que nos solos finos (siltosos e argilosos) a altura capilar será maior do que nos solos grossos (pedregulhosos e arenosos).
Nos solos, a ocorrência de zonas saturadas acima do nível freático é devida ao fenômeno da capilaridade. Essa água irá formar meniscos que, em contato com os grãos irão gerar pressões, tendendo a comprimi-los. Essas pressões de contato são pressões neutras negativas e somam-se às tensões totais.
’ = - (-u)= +u
A estimativa da altura de ascensão capilar em um solo pode ser dada pela fórmula empírica de Hazen:
hc=
C
e.D10
Onde D10 é o diâmetro efetivo, “e” é o índice de vazios do solo e C é uma constante dada que varia entre 0,1 e 0,5cm2.
Exemplo: Qual a altura de ascensão capilar de um solo com D10 igual 0,2mm, índice de vazios igual 0,8 e C igual a 0,2cm2?
Exemplo:Calcular as tensões verticais e horizontais, totais e efetivas nos pontos A a D do perfil geotécnico da figura abaixo.w=10kN/m3 e k0=0,7 (para todas as camadas).
NT
NA
2m
A
3m
B
2,5m
C
4m
D
=17kN/m3
=18kN/m3
=20kN/m3
=19kN/m3
Exemplo: Calcular ’v e ’h nos pontos A, B, C e D do perfil geotécnico abaixo.
2m
3m
4m
5m
NA
=17kN/m3Ko=0,5=19kN/m3
Ko=0,5
=15kN/m3
Ko=0,8
=20kN/m3
Ko=0,6
Exemplo: Um terreno é constituído de uma camada de areia fina fofa, com = 17kN/m3, com 3m de espessura, acima de uma camada de areia grossa compacta, com = 19kN/m3 e espessura de 4m, apoiada sobre um solo de alteração de rocha, como mostra a figura. O nível de água se encontra na superfície. Calcule as tensões verticais (total e efetiva) no contato entre a areia grossa e o solo de alteração, 7m de profundidade.
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Exemplo: No terreno do exercício anterior, se ocorrer uma enchente que eleve o nível de água até a cota 2m acima do terreno, quais seriam as tensões de contato entre a areia grossa e o solo de alteração de rocha?
Exemplo: Recalcule as tensões efetivas dos dois exemplos anteriores empregando os pesos específicos submersos.
6 Tensões devidas a uma carga aplicada na superfície do terreno - Propagação de tensões no solo
Ao se aplicar uma carga na superfície de um terreno, numa área bem definida, os acréscimos de tensão numa certa profundidade não se limitam à projeção da área carregada. Os acréscimos das tensões abaixo da área carregada diminuem à medida que a profundidade aumenta, porque a área atingida aumenta com a profundidade.
6.1 Bulbo de tensões
Unindo-se os pontos no interior do subsolo em que os acréscimos de tensão são de mesmo valor (um mesmo percentual da tensão aplicada na superfície), têm-se linhas (isóbaras) que são chamadas bulbos de tensões.
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| Tensões no Solo |
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| Tensões no Solo |
6.2 Método 2:1
Costuma-se arbitrar que as tensões se propagam segundo uma inclinação 2:1. Assim, a tensão v atuante a uma profundidade qualquer z pode ser calculada pela seguinte expressão.
v= P/[ . (D+z)2/4]
6.3 Solução de Boussinesq
v=
3 . P.
2..z2 . [1+(r/z)2]5/2
Exemplo: Uma construção industrial apresenta uma planta retangular com 12m de largura e 48m de comprimento e vai aplicar ao terreno uma pressão uniformemente distribuída de 50 kPa. Determinar o acréscimo de tensão vertical a 6m e a 18m de profundidade, pelo método 2:1.
Exemplo: Para o exemplo anterior, determinar a tensão vertical na mesma profundidade, num raio de 20m a partir do ponto de aplicação da carga.
Exemplo: Pelo método 2:1, a que distância mínima poderia ser construído um outro prédio, semelhante ao do exemplo anterior, para que a 18m de profundidade não haja superposição de tensões?
Fonte:bah.com.br