Aula de Mecânica dos Solos 30 04 2020

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ESTUDO DAS TENSÕES NO SOLO 
 
Dos conhecimentos da mecânica básica, entendemos a tensão como o mecanismo de 
aplicação de esforços mecânicos sobre um determinado sólido, tendo como efeito final a sua 
deformação. Dessa forma, o conceito de tensão é fisicamente representado pela relação entre 
as forças aplicadas sobre uma área de contato. Na Mecânica dos Solos, o conceito é o mesmo 
e, nele, as tensões no solo são interpretadas por meio da relação entre as forças internas e 
externas aplicadas sobre um solo por sua área de contato. Segue abaixo um fluxograma do 
mecanismo das tensões e deformações de um material sólido: 
 
Aplicações da Engenharia > Esforços Mecânicos > Solicitações > Tensões 
 > Deformações 
 
Nessa análise de tensões na Mecânica dos Solos, pode-se imaginar que os esforços aplicados 
sobre o solo, em geral são provenientes dos diversos carregamentos oriundos das aplicações 
da Engenharia Civil, tais como o peso de uma edificação. É importante saber que, quando 
aplicamos um esforço sobre a superfície de um solo, teremos, como consequência, a 
distribuição desta tensão ao longo de seu perfil. Desta particularidade, deve-se, então, 
acrescer os esforços provenientes de seu peso próprio à análise de tensões nos solos. 
Diferentemente dos sólidos, os solos são constituídos de partículas minerais (sólidos) 
entremeadas por vazios (ar e/ou água). Dessa forma, o entendimento do mecanismo de 
tensões nos solos difere do concebido para a mecânica dos sólidos. Os solos, os esforços são 
transmitidos partícula a partícula, sendo, a depender do tipo de solo, resistente por esse 
contato e também pela água. 
O mecanismo de transmissão dos esforços, de partícula a partícula, é bastante complexo e 
dependente do tipo de mineral. Para os solos granulares, a transmissão dos esforços se faz 
pelo contato direto entre as partículas minerais do solo. Já para os solos finos, a transmissão 
dos esforços dá-se por meio da água adsorvida ( é a adesão de moléculas de um fluido -
o adsorvido - a uma superfície sólida – adsorvente) quimicamente à superfície do 
argilomineral. Para ambos os tipos de solo, a transmissão de esforços ocorre nos contatos, 
porém em áreas muito reduzidas em relação à área total envolvida. 
Quando um solo é submetido a esforços mecânicos, tais solicitações geram um estaco de 
tensão, que, por consequência, tendem a deformá-lo e modificar seu volume e sua forma 
inicial. Nesse sentido, o nível de deformação do solo dependerá de suas propriedades 
mecânicas e do carregamento aplicado. Pode-se dizer que “o estado de tensões no maciço 
depende do peso próprio do solo, da intensidade da força aplicada e da geometria do 
carregamento”. Como dito anteriormente, a transmissão das tensões ocorre em áreas muito 
reduzidas, quando comparadas à área de aplicação dos esforços. Analisando-se uma seção 
transversal hipotética no perfil do solo e sendo esta paralela à superfície de aplicação da 
solicitação no contato das partículas com tal “plano”, tem-se esforços decompostos em 
componentes normais e tangenciais. A somatória das componentes normais ao plano, dividida 
pela área total que abrange as partículas em que estes contatos ocorrem, é definida como 
tensão normal. Já a somatória das forças tangenciais, divididas pela área, é referida como 
tensão cisalhante. 
 
Tensão Vertical 
A tensão vertical total atuante em maciços terrosos advém da composição de esforços 
provenientes do peso próprio das camadas de solos (tensões geostáticas) bem como da 
ocorrência de carregamentos externos aplicados a superfície. 
 
Pressão Neutra (poro-pressão) 
A pressão neutra ou poro-pressão em um solo corresponde a pressão desenvolvida na água 
dos vazios do solo, emfunção das cargas externas e internas. 
 
Tensões Totais em um solo 
Como já descrito anteriormente, a tensão total vertical atuando em um ponto do solo, abaixo 
da superfície, é dado pelo peso dos carregamentos sobrejacentes, considerando-se o solo, a 
água e os possíveis carregamentos externos. Assim, pode-se calcular a tensão total do solo a 
partir de seu peso específico (seco ou saturado), do peso específico da água (a partir do nível 
freático) e dos possíveis carregamentos externos. A seguir, apresentam-se as diversas 
configurações para entendimento do desenvolvimento das tensões totais do solo: 
 
- Tensão total em um solo homogêneo: a tensão total aumenta com a profundidade e peso 
específico até um ponto qualquer no perfil do solo; 
 
- Tensão total em solo com diferentes camadas: a tensão total em um ponto qualquer no perfil 
do solo é calculada por meio da soma dos pesos das camadas sobrejacentes; 
 
- Tensão total em solo abaixo de uma lâmina d´água: a tensão total em um ponto qualquer no 
perfil de um solo situado abaixo de uma lâmina de água é calculada por meio da soma do peso 
do solo (do ponto considerado até a superfície de contato com a água) e o peso da água da 
camada considerada. A tensão total no solo poderá variar de acordo com mudanças no nível 
de água e/ou escavação no solo; 
- Tensão total em solo com carregamento externo: a tensão total em um ponto qualquer no 
perfil de um solo onde, na superfície do terreno, haja um carregamento externo é calculada 
por meio da soma do peso do solo e do carregamento externo. Para os casos onde o 
carregamento externo seja extenso como, por exemplo, em aterros de barragem, o aumento 
da tensão total no solo poderá ser considerado constante com a profundidade e de magnitude 
igual ao peso do carregamento. Para os casos de carregamentos pontuais como, por exemplo, 
em sapatas de edificações, a tensão total no solo irá decrescer com o aumento da 
profundidade e com o distanciamento horizontal a partir do limite da geometria de aplicação 
do carregamento externo. 
 
Princípios das tensões efetivas: 
 
Segundo Terzaghi que estabeleceu uma das principais premissas da Mecânicas dos Solos, 
sobretudo para o entendimento de seu comportamento mecânico, denominado princípio das 
tensões efetivas. Deste princípio temos que, quando um solo se apresentar na condição 
saturada (os poros preenchidos por água), a tensão normal total em um plano qualquer deve 
ser considerada como a soma de duas parcelas, a saber: 
- Tensão efetiva: tensão transmitida pelos contatos entre as partículas do solo; 
- Pressão neutra: pressão atuante na água existente nos poros do solo. 
 
Distribuição de tensões no solo: 
 
Uma vez apresentado o conceito de desenvolvimento do estado de tensões no solo, resta 
analisar a sua distribuição. Para atingir esse objetivo, em analogia às diversas aplicações 
geotécnicas da Engenharia Civil, considera-se um carregamento aplicado na superfície de um 
terreno. Desta solicitação, tensões são induzidas no maciço terroso, tendo, como consequênci, 
a ocorrência de deformações na estrutura do solo, o acréscimo da tensão promovido por 
eventuais estruturas assentes no terreno devem ser consideradas e calculadas. Esta 
necessidade visa atestar a estabilidade da estrutura de fundação e/ou dos efeitos destes 
carregamentos, por ela induzidos, em obras na vizinhança. 
Assim, a aplicação de uma sobrecarga ao terreno produz modificações nas tensões até então 
existentes (tensões geostáticas). Tais modificações ocorrem em todos os pontos do maciço 
solicitado. Assim, o modo como as tensões aplicadas se distribuem em um maciço terroso é 
chamado, na Mecânica dos Solos, de distribuição de tensões no solo. Vale ressaltar que o 
mecanismo de distribuição de tensões no solo também é valido para situações opostas à 
condição de aplicação de sobrecarga ao terreno, como ocorre, por exemplo, nos casos de 
escavação e remoção do solo. Tal situação cria uma condição de “alívio de tensões”. 
Sabe-se, na Mecânica dos Solos, que um carregamento aplicado na superfície do terreno induz 
acréscimo de tensões que se distribuem até certa profundidade no perfil do solo,
tanto na área 
subjacente à área de contato carga-terreno como nas áreas laterais. Segundo especialistas, “a 
somatória dos acréscimos das tensões verticais, nos planos horizontais, em qualquer 
profundidade, é sempre constante, os acréscimos das tensões imediatamente abaixo da área 
carregada diminuem à medida que a profundidade aumenta, porque a área atingida aumento 
com a profundidade”. Assim, a intensidade do acréscimo de tensões no solo tende a diminuir 
tanto com a profundidade como lateralmente, à medida que aumenta a distância horizontal 
do ponto da área de carregamento. A figura abaixo ilustra a distribuição de tensões típicas em 
um perfil do solo com a profundidade.