Aula 03 Tensões nos solos

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TENSÕES NOS SOLOS
Os solos são constituídos de partículas e as forças aplicadas nele são transmitidas partícula a partícula, além das que são suportadas pela água nos vazios. Esse fenômeno é muito complexo, principalmente no caso de argilas. É de mais fácil interpretação no caso de solos granulares.
Tensões em meio particulado
TENSÕES NOS SOLOS
Sendo possível colocar uma placa Q entre os grãos do solo, diversos grãos transmitirão forças à placa. Sendo impossível desenvolver modelos matemáticos com base em inúmeras forças a ação dessas forças será descrita através do conceito de tensões.
Tensões em meio particulado
TENSÕES NOS SOLOS
A somatória dos componentes normais ao plano dividida pela área total dos contatos é definida como tensão normal :
Tensões em meio particulado
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A somatória dos componentes tangenciais ao plano dividida pela área total dos contatos é definida como tensão cisalhante:
Tensões em meio particulado
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Tensões em meio particulado
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Tensões em meio particulado
TENSÕES NOS SOLOS
Nos solos as tensões devidas ao peso próprio tem valores consideráveis e não são desprezadas. Sendo o terreno horizontal a tensão atuante em uma certa profundidade é normal ao plano. Não há tensão cisalhante nesse plano.
Tensões devido ao peso próprio ou geostáticos
TENSÕES NOS SOLOS
Num plano horizontal acima do nível d’ água atua o peso do prisma definido por esse plano. O peso do prisma, dividido pela área indica a tensão vertical: 
Tensões devido ao peso próprio ou geostáticos
TENSÕES NOS SOLOS
Quando o solo é constituído de camadas a tensão vertical resulta do somatório do efeito das diversas camadas: 
Tensões devido ao peso próprio ou geostáticos
TENSÕES NOS SOLOS
Considerou-se até agora um plano acima do lençol freático em que o solo está totalmente seco. A tensão total no plano B abaixo do nível d’água, será a soma do efeito das camadas superiores. A água no interior dos vazios, abaixo do lençol freático, estará numa pressão que depende somente da sua profundidade em relação ao nível d’água. A pressão da água u será:
Pressão neutra e tensões efetivas
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Pressão neutra e tensões efetivas
		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.
		
TENSÕES NOS SOLOS
Pressão neutra e tensões efetivas
		Terzaghi, engenheiro austriaco considerado o pai da mecânica dos solos, estabeleceu em 1925 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”.
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Pressão neutra e tensões efetivas
As deformações em sistemas particulados, caso dos solos, tem características muito distintas de outros materiais. No concreto por exemplo, as deformações correspondem a mudanças de forma e volume, com os elementos se deslocando de forma contínua, mantendo suas posições relativas. Nos solos as deformações são resultantes do deslocamento relativo entre as partículas como mostra a figura.
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Pressão neutra e tensões efetivas
A compressão das partículas, individualmente, é desprezível comparadas as deformações decorrentes dos deslocamentos das partículas, uma em relação as outras. Por esta razão entende-se que as deformações nos solos sejam devidas somente as variações de tensões efetivas, que correspondem as parcelas de te tensão referente as forças transmitidas grão a grão.
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Pressão neutra e tensões efetivas
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Pressão neutra e tensões efetivas
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Pressão neutra e tensões efetivas
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Pressão neutra e tensões efetivas
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Pressão neutra e tensões efetivas
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Pressão neutra e tensões efetivas
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Capilaridade nos solos
		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. 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.
		
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Capilaridade nos solos
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Capilaridade nos solos
	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.
		O peso de água num tubo com raio r e altura de ascensão capilar hc é : 
	 Considerando a tensão superficial T atuando em toda a superfície de contato água –tubo, a força resultante é igual a:
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Capilaridade nos solos
	igualando-se as expressões tem-se:
	
 	
	Portanto a altura de ascensão capilar é inversamente proporcional ao raio do tubo. A tensão superficial da água a 20ºC é de 0,073 N/m². Conclui-se pela equação acima que a altura de ascensão capilar para tubos com 1mm de diâmetro é de 3cm. Para 0,1mm 30 cm, para 0,01mm 3,0 m.
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Capilaridade nos solos
		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.
		O fenômeno de capilaridade influência no cálculo da tensão efetiva ( ), pois a 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.
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Capilaridade nos solos
		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. 
TENSÕES NOS SOLOS
Capilaridade nos solos
		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/m2 e não nula. Como a resistência das areias é diretamente proporcional à tensão efetiva, a capilaridade confere a este terreno uma sensível resistência.