Aula 10 Mecânica dos Solos

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Mecânica dos Solos
AULA 10 – TENSÕES NOS SOLOS
ENGENHARIA CIVIL
Profª Dra Nágilla Huerb de Azevedo
nagilla.azevedo@estacio.br
ENGENHARIA CIVIL
➢ Introdução
• Da mecânica básica: Tensão é um mecanismo de aplicação de esforços mecânicos
sobre um determinado sólido, tendo como efeito final sua deformação.
• Da mecânica dos solos: Tensão é a relação entre as forças internas e externas aplicadas
sobre um solo por sua área de contato.
• Exemplo: o peso de um edificação gera esforços aplicados sobre o solo, que tem como
consequência, a distribuição desta tensão ao longo de seu perfil.
SOLOS
PARTÍCULAS (SÓLIDOS)
VAZIOS (AR E/OU ÁGUA)
σ=
𝐹
𝐴
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SOLOS
PARTÍCULAS (SÓLIDOS)
VAZIOS (AR E/OU ÁGUA)
Os esforços são transmitidos de partícula a partícula, a depender do tipo de solo, e também pela água.
➢ Areias: grãos muito resistentes em contato, as forças são
transmitidas pelo contato dos grãos.
➢ Argilas: ao encontrar-se com a água, a água adsorve em
suas partículas, e as forças são transmitidas por essa água
e não pelas partículas de argila.
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Placa de área = A
N
T
➢ Tensões Normais:
σ =
σ𝑁
𝐴
➢ Tensões Tangenciais:
τ =
σ𝑇
𝐴
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Principal Tensão no Solo = Peso próprio
N
T
➢ Tensões Normais:
σ =
σ𝑁
𝐴
➢ Tensões Tangenciais: se anulam no cálculo de 
tensões do peso próprio do solo
τ =
σ𝑇
𝐴
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X
y
h
σ =
𝑃
𝐴
• γ𝑛𝑎𝑡 = 
𝑃
𝑣
• P = γ𝑛𝑎𝑡 * 𝑣
Volume = x * y * h
Área = x * y
σ =
γ𝑛𝑎𝑡 ∗ 𝑥 ∗ 𝑦 ∗ ℎ
𝑥 ∗ 𝑦
σ = γ𝑛𝑎𝑡 * ℎ
P = peso do solo
A = área do solo em estudo 
γnat = peso específico natural 
do solo
v = volume do solo em estudo 
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✓ Supondo que o perfil do solo ao lado apresente as seguintes 
características, calcule a tensão vertical total ao final da terceira 
camada:
Camada 1 (Argila): Ƴnat = 14kN/m³ e h = 5,0 m
Camada 2 (Areia): Ƴnat = 17kN/m³ e h = 3,0 m
Camada 3 (Pedregulho): Ƴnat = 20kN/m³ e h = 2,0 m
➢Desenvolvimento da tensão vertical atuante em um ponto qualquer em um perfil 
do solo
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O valor da tensão vertical total ao final da
terceira camada de solo do perfil da Figura é
igual a 161kPa. (nesse caso considerou-se o
solo completamente seco, em um plano
acima do nível de água (freático).
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➢ Pressão neutra (poro-pressão)
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➢ Pressão neutra (poro-pressão)
• A pressão neutra ou poro-pressão em um solo corresponde à pressão desenvolvida
na água dos vazios do solo, em função das cargas externas ou internas.
• A pressão neutra pode ser calculada de acordo com o conceito da hidrodinâmica de
carga piezométrica, Lei de Bernoulli.
• Quando existente um nível de água, sem fluxo, a pressão neutra (u) será dada pelo
cálculo da pressão hidrostática existente.
𝑢 = Ƴá𝑔𝑢𝑎 𝑥 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑛𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎
✓ Ƴá𝑔𝑢𝑎 – peso específico da água (1 g/cm³ ou 10 kN/m³)
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➢ Pressão neutra (poro-pressão)
➢ Considerando que o nível freático do perfil esteja na fronteira entre a
camada 1 e 2. Tem-se o seguinte desenvolvimento da pressão neutra
no solo.
Desta forma, o valor da pressão neutra,
ao final da terceira camada de solo do
perfil é igual a 50kPa.
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➢ Tensões totais em um solo
• Pode ser calculada a partir do peso específico do solo (seco ou saturado), do peso
específico da água (a partir do nível freático) e dos possíveis carregamentos externos.
Existem diversas configurações para o desenvolvimento das tensões totais no 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;
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✓ Tensão total em um 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.
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✓ Tensão total em um solo abaixo de uma lâmina de água: a tensão total em um ponto
qualquer no perfil do 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 acima da camada considerada. A tensão total no solo poderá
variar de acordo com as mudanças no nível de água e/ou escavação no solo.
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✓ Tensão total em um solo com carregamento externo: a tensão total em um ponto
qualquer no perfil do 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, por exemplo, sapatas, 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.
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➢ Princípio das tensões efetivas
De acordo com Karl Terzaghi afirma que quando o solo apresenta na condição saturada (poros preenchidos
por água), a tensão normal total (σ) 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 (σ’)
✓ Pressão neutra: pressão atuante na água existente nos poros do solo (u)
Para os solos saturados:
𝝈′ = 𝝈 − 𝒖
Todos os efeitos mensuráveis de variações de tensões nos solos, como compressão, distorção e resistência
ao cisalhamento, são devidos a variações de tensões efetivas.
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➢ Princípio das tensões efetivas
Para os solos secos, a tensão efetiva é igual a tensão normal total, devido à inexistência de pressão neutra.
Além disso, tensões de cisalhamento não podem ser suportadas pela água, cabendo esta função somente
às partículas do solo.
𝝈′ = 𝝈
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➢ Princípio das tensões efetivas
A tensão efetiva se apresenta como responsável pelo comportamento mecânico dos solos, e somente mediante a
análise de sua intensidade e variação se faz possível estudar os fenômenos de resistência e deformação dos solos.
Aplicando no exemplo anterior o princípio das tensões efetivas:
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➢ Princípio das tensões efetivas
A tensão efetiva se apresenta como responsável pelo comportamento mecânico dos solos, e somente mediante a
análise de sua intensidade e variação se faz possível estudar os fenômenos de resistência e deformação dos solos.
Aplicando no exemplo anterior o princípio das tensões efetivas:
Desta forma, o valor da tensão efetiva ao final
da terceira camada do solo é 111kPa.
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➢ Princípio das tensões efetivas
Indique a tensão efetiva do solo abaixo, na cota -7 metros: