Tensões Nos Solos

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Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 
 
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Mecânica dos Solos A 
Tensões nos solos 
CONCEITOS DE TENSÕES NUM MEIO 
PARTICULADO 
 A propagação de tensões no solo depende de como 
este solo é solicitado 
 As tensões dentro de uma massa de solo são causadas: 
 Aplicação de cargas externas 
 Próprio peso do solo (tensões geostáticas) 
 O padrão de distribuição dessas tensões varia 
considerando – se a superfície do solo horizontal 
 Transmissão de forças nas partículas do solo: 
 Se faz nos contatos 
 Áreas muito reduzidas em relação à área total 
envolvida 
 Área de contato: Q = 0,03% . P (pontinhos na linha Q) 
 A somatória das componentes normais ao plano: 
t𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 = Σ𝑁 
 A somatória das forças tangenciais ao plano: 
t𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑐𝑖𝑠𝑎𝑙ℎ𝑎𝑛𝑡𝑒 = Σ𝑇 
 Tensão é verdade para um meio contínuo, porém o 
solo não é meio contínuo 
 Existem planos de tensões (abordado na disciplina 
Mec. Solos B) 
 No momento interessam as tensões atuantes em planos 
horizontais no interior do subsolo: mudança de camada 
 Tensões no solo  aproximação de meio 
contínuo 
 
TENSÕES DEVIDAS AO PESO PRÓPRIO DO 
SOLO 
 Tensões no solo: devidas ao peso próprio, e à 
cargas aplicadas no solo (abordado na disciplina 
Mec Solos B) 
 Na superfície horizontal considera – se que não 
exista tensão de cisalhamento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Não havendo tensões cisalhantes em planos 
horizontais ou verticais, dentro da massa de solo, 
a tensão geostática vertical, em qualquer 
profundidade, pode ser obtida, considerando a 
massa do solo acima da profundidade Z analisada 
 Se o peso específico do solo variar conforme a 
profundidade devido às camadas do solo, tensão 
geostática vertical será: 
𝜎𝑣 = Σ (𝛾𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑥 𝑍) 
 
 Onde: 
 solo = peso específico do solo 
 Z = altura da camada 
 
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𝜎𝑣 =
 𝛾𝑛 . 𝑉
𝐴
 
 
 Quando o solo é constituído de camadas 
aproximadamente horizontais a tensão vertical resulta 
da somatória do efeito das diversas camadas 
(sondagem) 
 Por exemplo, para um solo seco: 
 
Camada -3,0 m: 
Tensão total = 16 kN/m³ x 3 m = 48 kN/m² 
Camada -5,0m: 
Tensão total = 16 x 3 + 21 x (5-3) = 92 kN/ m² 
PRESSÃO NEUTRA E CONCEITO DE TENSÕES 
EFETIVAS 
 Se o solo estiver abaixo do nível da água 
 A água no interior dos vazios do solo, estará sob uma 
pressão que independe da porosidade do solo 
 
 Pressão neutra () 
𝜇 = (𝑧𝑏 − 𝑧𝑤) . 𝛾𝑤 
 A tensão normal total em um plano será a soma 
de duas parcelas: 
 A tensão transmitida pelos contatos entre as 
partículas 
 E a pressão da água (pressão neutra ou 
poropressão) 
 
 
 
 
 
PRINCÍPIO DAS TENSÕES EFETIVAS 
 A tensão efetiva para solos saturados pode ser 
expressa por: 
 Todos os efeitos mensuráveis resultantes de 
variações de tensões nos solos, como 
compressão, distorção e resistência ao 
cisalhamento são devidos à variações de tensões 
efetivas 
 
 
 A variação da tensão ou pressão intergranular é 
responsável pela alteração na estrutura sólida de 
um solo e consequente alteração na sua 
resistência 
 Solos saturados: 
 A soma das tensões efetivas mais a pressão da 
água em certa profundidade, será igual a tensão 
total 
 
 
 
 
 
 A tensão efetiva está ligada intimamente com o 
comportamento do solo, pois com o aumento da 
tensão efetiva, as partículas do solo ficarão mais 
densas 
 Os princípios das tensões efetivas são: 
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 A tensão efetiva é igual à tensão total menos a 
pressão neutra: 
 
 
 A tensão efetiva controla a compressão e a 
resistência do solo 
 No solo submerso, a tensão total no elemento do solo 
será: 
 
 
 
 A pressão neutra é a pressão hidrostática: 
 
 
 
 Tensão efetiva no solo na profundidade Z será: 
 
 
 
 Apenas se desenvolvem pressões neutras abaixo do 
N. A 
 
 
 Deformações nos solos são diferentes de outros 
materiais – no concreto os elementos se deslocam de 
maneira contínua (área de contato é maior) 
 
 Princípio das tensões efetivas e pressões neutras: 
conceito extremamente importante em Mecânica dos 
Solos 
TENSÕES VERTICAIS 
 Considerando uma amostra do solo numa cota 
z: 
 
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AÇÃO DA ÁGUA CAPILAR NO SOLO 
 Quanto maior a curvatura do líquido maior a diferença 
de pressões (água sempre acha o caminho mais fácil) 
 Conceito de tubos capilares e altura de ascensão capilar 
 
 Peso de água em tubo de raio (r) e altura de ascensão 
capilar (hc) 
𝑃 = (𝜋 . 𝑟2. ℎ𝑐) . 𝑦𝑤 
 A força resultante na superfície de contato água – tubo 
𝐹 = 2 . (𝜋 . 𝑟 . 𝑇) 
 Igualando as forças, obtêm – se: 
𝒉𝒄 =
𝟐 . 𝑻
𝒓 . 𝒚𝒘
 
 
 Como exemplo de uso da altura da ascensão da 
água a 20°C 
𝒉𝒄 =
𝟐 . 𝑻
𝒓 . 𝒚𝒘
 T20°C = 0,0728 N/m² 
 
 
 
 
 
EFEITOS 
 Alguns exemplos: 
 Pavimentos: sobem com a elevação do lençol 
por efeito da ascensão capilar 
 Barragens: efeito de sifonamento interno 
 Paredes: elevação da água provocando 
problemas no revestimento 
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PRESSÕES NA ÁGUA EM MENISCOS CAPILARES 
 Poros dos solos: pequenos tubos capilares desiguais 
 A pressão da água fica “negativa”: 
 Logo as tensões totais ficam maiores 
 Para entender a pressão “negativa”: 
 Exemplo: seringa de injeção 
 Com a extremidade aberta o pistão se desloca com 
facilidade aspirando ou expelindo ar ou água 
 Enchendo – a com água até um certo volume, e 
fechando sua extremidade, percebe – se que o pistão 
não se desloca quando se quer puxá – lo. 
 A força que se contrapões a esse esforço é a 
resistência da água à pressão de tração 
 
 A areia tem diversos caminhos (tubos capilares) para 
água, ela pode subir por capilaridade para a camada 
superior ao nível da água (areia não tem coesão) 
 A ascensão capilar da água pode atingir alturas 
superiores a 10 m 
 Como a resistência das areias é diretamente 
proporcional à tensão efetiva, a capilaridade confere a 
esse terreno uma sensível resistência 
 Coesão aparente: 
 Tensão que ocorre devido a tensão superficial da 
água contida no solo 
 Altera com a variação da umidade 
 Pode acabar com a saturação ou secagem 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Obs.: Solo colapsível: solos que se dissolvem quando 
se adiciona água