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Mecânica dos Solos Tensões nos Solos Tensões Geostáticas

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MECÂNICA DOS SOLOS
1
Tensões em Meios Particulados
2
INTRODUÇÃO
Nos solos, as forças internas atuam nos contatos entre partículas sólidas;
Entretanto, evidentemente, o estudo das tensões em cada contato entre partículas na massa de solo é muito complexo (depende do tipo de mineral);
No caso de solos argilosos, tem-se a água adsorvida;
Portanto, faz-se necessário entender o conceito de tensão (comentado nas
últimas aulas), tal como se aplica aos solos;
As tensões geradas na massa de solo resultam de seu peso próprio e de
cargas aplicadas na superfície do terreno.
3
Tensões Devidas ao Peso Próprio
4
INTRODUÇÃO
Na análise do comportamento de solos, as tensões devidas ao peso próprio das camadas têm valores consideráveis e, portanto, não devem ser ignoradas;
Quando a superfície do terreno é horizontal, aceita-se, intuitivamente, que a tensão atuante em um plano horizontal em certa profundidade seja normal ao plano. Não há tensão de cisalhamento nesse plano (trata-se de um dos planos principais);
Estatisticamente, as componentes da força tangencial em cada contato tendem a se contrapor, de modo a anular a resultante das forças de cisalhamento.
Tensões Devidas ao Peso Próprio
5
Em um plano horizontal acima do N.A. (plano A), mostrado na Figura a seguir, atua o peso de um prisma de solo definido por este plano;
O peso do prisma, dividido pela área da seção, indica a tensão vertical;
Quando o solo é constituído de camadas aproximadamente horizontais, a 𝜎𝑣
resulta do somatório do efeito de diversas camadas.
𝐴
𝜎	= 𝛾 ∙ 𝑉 = 𝛾 ∙ 𝑧
𝑣	𝐴
Exemplo
6
Na análise anterior, foi considerado um plano horizontal acima do N.A., onde o solo estava, por hipótese, completamente seco;
Para determinar a 𝜎𝑣 no plano B (abaixo do N.A.), situado na profundidade 𝑧𝐵, é considerada a soma do efeito das camadas superiores.
Tensões Devidas ao Peso Próprio
7
Poropressão (𝒖) e Tensão Efetiva (𝝈′)
8
A água nos poros estará sob pressão, a qual independe da porosidade do solo;
Esta água sob pressão, denominada poropressão, depende apenas de sua profundidade em relação ao N.A.;
Diante da diferença de natureza das forças atuantes, Karl Terzaghi constatou que a tensão vertical total (normal) que age em um plano qualquer deve ser considerada como a soma de duas parcelas:
Tensão efetiva: tensão gerada pelas forças transmitidas pelos contatos entre partículas sólidas;
Poropressão ou pressão neutra: pressão que atua na água presente nos poros.
𝑢𝐵 = (𝑧𝐵 − 𝑧𝑤) ∙ 𝛾𝑤
A tensão efetiva, para solos saturados, pode ser expressa pela expressão abaixo;
Todos os efeitos mensuráveis resultantes de variações de tensões nos solos, como compressão, distorção e resistência ao cisalhamento, por exemplo, são devidos à variação de tensões efetivas.
As deformações no solo (sistema particulado), têm uma característica bastante distinta das deformações nos outros materiais com que os engenheiros estão acostumados a lidar;
No concreto, por exemplo, as deformações correspondem a mudanças de forma ou volume, em que todos os elementos deslocam-se de maneira contínua, de modo a manter suas posições relativas;
Nos solos, as deformações correspondem a mudanças de forma ou volume do conjunto, resultantes do deslocamento relativo de partículas.
𝜎′ = 𝜎 − 𝑢
Poropressão (𝒖) e Tensão Efetiva (𝝈′)
9
Poropressão (𝒖) e Tensão Efetiva (𝝈′)
10
para	o
O	princípio	das	tensões	efetivas,	o	qual	é	muito	importante entendimento do comportamento de solos, merece atenção especial;
Se a tensão total em um plano aumentar, sem que a pressão de água aumente, as forças transmitidas pelos contatos entre partículas sólidas se alteram; As posições relativas das partículas mudam e ocorre deformação do solo (aumento da tensão efetiva).
Poropressão (𝒖) e Tensão Efetiva (𝝈′)
11
Poropressão (𝒖) e Tensão Efetiva (𝝈′)
12
A tensão efetiva é responsável pelo comportamento mecânico do solo;
Somente	mediante	análises	de	tensões	efetivas	consegue-se	estudar, cientificamente, os fenômenos de resistência e deformabilidade dos solos;
Deve-se notar que a poropressão, até aqui, é a pressão de água provocada pela posição do ponto (no solo) em relação ao N.A.;
Cargas aplicadas na superfície do terreno provocam acréscimos de poropressão, os quais podem levar à ruptura do solo;
Além disso, a percolação de água através dos poros do solo também interfere nas poropressões e, consequentemente, nas tensões efetivas;
Estas ocorrências tornam fundamental a compreensão do conceito de tensões efetivas.
Capilaridade
13
A água possui um comportamento diferenciado na superfície em contato com o ar, em virtude da orientação das moléculas que nela se posicionam, ao contrário do que ocorre no interior da água, onde as moléculas estão envoltas por outras moléculas de água em todas as direções;
Em consequência, a água apresenta tensão superficial, a qual é associada, por analogia, a uma tensão de membrana, pois os seus efeitos são semelhantes;
Quando a água, ou outro líquido, fica em contato com um corpo sólido, as forças químicas de adesão fazem com que a superfície livre da água forme uma curvatura que depende do tipo de material e de seu grau de limpeza. No caso do vidro limpo, a superfície curva fica tangente à superfície do vidro.
Capilaridade
14
Um bom exemplo do efeito destas características é o comportamento da água no interior de tubos capilares. Quando um tubo é colocado em contato com a superfície livre da água, esta sobe pelo tubo até atingir uma posição de equilíbrio;
A	ascensão	da	água	resulta	do	contato	entre	vidro-água-ar	e	da	tensão superficial da água.

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