Mecnica dos Solos

Mecnica dos Solos Tenses nos SolosTenses nos solos Deve-se partir do conceito de tenses, para a aplicao da Mecnica dos Slidos Deformveis aos solos. Podemos considerar que os solos so constitudos de partculas e que foras aplicadas a eles so transmitidas de partcula a partcula, alm das que so suportadas pela gua dos vazios.A maneira na qual as foras que so transmitidas entre as partculas muito complexa e depende do tipo de mineral. Nas partculas maiores como os gros de silte e areias, a transmisso feita atravs do contato direto de mineral a mineral. Nas partculas de mineral argila, devido serem elas um nmero muito grande as foras em cada contato so muito pequenas e a transmisso pode acontecer atravs da gua quimicamente adsorvida.Tenses nos solosEm grande parte dos problemas de engenharia de solos, necessrio o conhecimento do estado de tenses em pontos do subsolo, antes e depois da construo de uma estrutura qualquer. As tenses na massa de solo so causadas por cargas externas ou pelo prprio peso do solo.Tenses nos solosAs tenses que ocorrem nos solos so devido ao peso prprio e s cargas que so aplicadas nele. Conforme podemos ver o perfil do solo na figura 1 onde o nvel do terreno (NT) horizontal no h carregamento externo (cargas aplicadas e distribudas) prxima a regio considerada e a natureza do solo no varia horizontalmente, caracterizando uma situao de tenses geostticas.Tenses nos solosTenses nos solos

Figura 1 - Perfil GeotcnicoQuando a superfcie de um terreno for horizontal aceita-se que em um elemento de solo situado abaixo do NT a uma profundidade z, no haver tenses cisalhantes em planos verticais e horizontais, portanto estes sero os planos principais de tenses.Tenses nos solosEm uma situao de tenses geostticas, portanto, a tenso normal vertical inicial( ) no ponto A pode ser obtida considerando o peso do solo acima do ponto A dividido pela rea.

onde:P = (peso do prisma)V = (volume do prisma)A = (rea do prisma) = peso especfico natural do soloTenses nos solos

Se o solo acima do ponto A for estratificado, isto , composto de n camadas, o valor de dado pelo somatrio de , onde i varia de 1 a n.Tenses nos solos

Na figura 2 abaixo veremos um solo composto de vrias camada horizontais e a tenso ser o somatrio do efeito das diversas camadas. Tenses nos solos

Figura 2- Tenses totais verticais no subsolo. Pinto (2000)Imaginemos agora um que o ponto A esteja abaixo de um lenol fretico, sendo que em relao ao NT a profundidade za . A teno total no ponto A ser a soma dos efeito das camadas superiores. A presso que a gua far no solo ser independente da porosidade deste. A presso depender da profundidade do ponto A em relao ao nvel fretico. Presso neutra e tenses efetivas.

Presso neutra e tenses efetivas.Perfil geotcnico. Solo saturadoSendo que a presso da gua :

= presso neutra ou poro-presso = peso especfico da gua, tomado igual a 10 kN/m3 = 1g/cm3 = profundidade em relao ao nvel da gua.

Presso neutra e tenses efetivas.

Terzaghi notou a diferena da natureza das duas foras atuantes e chegou a concluso que a tenso total num plano qualquer deve ser considerada como a soma das suas parcelas:1 a tenso efetiva( ) que a tenso transmitida pelos contatos entre as partculas.2 a presso neutra ( ) ou poro-presso a presso da gua.Presso neutra e tenses efetivas.

Terzaghi estabeleceu o Princpio das Tenses Efetivas, que pode ser expresso em duas partes:1) A tenso efetiva, para solos saturados, pode ser expressa por:

2) Todos os efeitos mensurveis resultantes de variaes de tenses nos solos, como compresso, resistncia ao cisalhamento so devido a variaes de tenses efetivas.Presso neutra e tenses efetivas.

Atravs de uma esponja cbica, com 10 cm de aresta, colocada num recipiente como mostra a figura 3 , poderemos visualizar o conceito de tenso efetiva.Presso neutra e tenses efetivas.Na posio (a), com gua at a superfcie superior, as tenses resultam do seu peso e da presso da gua; ela est em repouso.

Presso neutra e tenses efetivas.Fig. 3 - Simulao para o entendimento do conceito de tenso efetiva (PINTO, 2000)Quando se coloca um peso de 10N sobre a esponja , as tenses no interior da esponja sero majoradas e a presso aplicada ser de 1kPa(10N/0,01 m2). O acrscimo de tenso foi efetivo, pois a esponja se deformar expulsando gua do seu interior. Presso neutra e tenses efetivas.

Fig. 4 - Simulao para o entendimento do conceito de tenso efetiva (PINTO, 2000)Se o nvel da gua fosse elevado de 10cm, a presso atuante sobre a esponja seria tambm de 1kPa( 10 kN / m3 x 0,1 m), e as tenses no interior da esponja seriam majoradas deste mesmo valor. Mas a esponja no se deforma. A presso da gua atua tambm nos vazios da esponja e a estrutura slida no sente a alterao das presses.Presso neutra e tenses efetivas.O acrscimo de presses foi neutro.Presso neutra e tenses efetivas.

Fig. 5 - Simulao para o entendimento do conceito de tenso efetiva (PINTO, 2000)No solo ocorre o mesmo fenmeno. Se aplicado um carregamento na superfcie do terreno, as tenses efetivas aumentam, o solo se comprime e parte da gua expulsa de seus vazios, mesmo que lentamente. Se o nvel de uma lagoa se eleva , o aumento da tenso total provocado pela elevao igual ao aumento da presso neutra nos vazios e o solo no se comprime .Presso neutra e tenses efetivas.No perfil do subsolo a seguir o nvel de gua est na cota -1,0m. As tenses totais so calculadas como foi mostrado anteriormente. As presses neutras so resultantes da profundidade, crescendo linearmente. As tenses efetivas so as diferenas. Se o nvel dgua for rebaixado, as tenses totais pouco se alteram, porque o peso especfico do solo permanece o mesmoPresso neutra e tenses efetivas.A presso neutra diminui e consequentemente, a tenso efetiva aumenta.Presso neutra e tenses efetivas.

Fig. 6 - Tenses totais, neutras e efetivas no solo (PINTO, 2000)Clculo da tenses efetivas com o peso especfico aparente submerso.No exemplo anterior o acrscimo de tenso efetiva da cota -3m at a cota -7m, o resultado do acrscimo da tenso total menos o acrscimo da presso neutra.Presso neutra e tenses efetivas.

O acrscimo da tenso efetiva tambm pode ser calculado por meio do peso especfico submerso do solo.Presso neutra e tenses efetivas.

Fenmenos CapilaresEm alguns solos ocorre a capilaridade, que a ascenso da gua entre os interstcios de pequenas dimenses deixados pelas partculas slidas, alm do nvel do lenol fretico. A altura alcanada depende da natureza do solo.Fenmenos CapilaresNa figura a seguir verifica-se que o solo no se apresenta saturado ao longo de toda altura de ascenso capilar, mas somente at um certo nvel, denominado nvel de saturao.

Fig. 7 - Distribuio da umidade do solo (Caputo, 2000)A altura capilar que a gua alcana em um solo se determina, considerando sua massa como um conjunto de tubos capilares, formados pelo seus vazios, sendo que estes tubos so irregulares e informes.Fenmenos Capilares

Fig. 8 - Conjunto de tubos capilares (Caputo, 2000)Fenmenos Capilares

O peso de gua num tubo com raio r e altura de ascenso capilar hc :

Considerando a tenso superficial T atuado em toda a superfcie de contato gua tubo, a fora resultante igual a:

igualando-se as expresses tem-se:

ou para fins prticos:

(com d em cm)

onde d o dimetro dos poros.

Fenmenos Capilares

Portanto nos solos arenosos e pedregulhosos onde os poros so maiores, a altura de ascenso capilar est entre 30cm e 1 m, nos solos siltosos e argilosos a altura de ascenso capilar pode chegar a dezenas de metros, devido os poros destes solos serem menores.Fenmenos CapilaresO fenmeno de capilaridade influencia no clculo da tenso efetiva ( ), pois gua nos vazios do solo, na faixa acima do lenol fretico, mas com ele comunicada, est sob uma presso abaixo da atmosfrica. A presso neutra negativa. Neste caso a tenso efetiva ser maior que a tenso total. A presso neutra negativa provoca uma maior fora nos contatos dos gros, aumentando a tenso efetiva.Fenmenos Capilares

No exemplo a seguir vemos que o solo superficial uma areia fina, cuja a ascenso capilar deve ser superior a um metro. A gua tende a subir por capilaridade e toda faixa superior poder estar saturada, com gua em estado capilar. Fenmenos Capilares

Fig. 9 - Tenses no subsolo, considerando as tenses capilares (PINTO, 2000)Como podemos ver a presso neutra varia linearmente, desde zero na cota do nvel dgua at o valor negativo na superfcie, correspondente diferena de cota. Portanto a camada superior de 1 m no est seca, a tenso efetiva passa a ser de 10kN/m2 e no nula. Como a resistncia das areias diretamente proporcional tenso efetiva, a capilaridade confere a este terreno uma sensvel resistncia.Fenmenos CapilaresCAPUTO, Homero Pinto. Mecnica dos Solos e suas Aplicaes. 6 ed. Rio de Janeiro: Livros Tcnicos e Cientficos Editora, 2000. 234 p.PINTO, Carlos de Souza. Curso Bsico de Mecnica dos Solos, em 16 Aulas. 1 ed. So Paulo: Oficina de Textos, 2000. 247 p.

Referncias Bibliogrficas