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Tenses nos Solos

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Tenses 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.

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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 solos

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Em 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 solos

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As 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 solos

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Figura 1 - Perfil Geotcnico

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Quando 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 solos

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Em 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 solo Tenses nos solos

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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

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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)

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Imaginemos agora um que o ponto A esteja abaixo de um lenol fretico, sendo que em relao ao NT a profundidade z a. 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.

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Perfil geotcnico. Solo saturado

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Sendo que a presso da gua : = presso neutra ou poro-presso = peso especfico da gua, tomado igual a 10 kN/m 3 = 1g/cm 3 = profundidade em relao ao nvel da gua. Presso neutra e tenses efetivas.

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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.

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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.

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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.

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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)

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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 m 2 ). 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)

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Se o nvel da gua fosse elevado de 10cm, a presso atuante sobre a esponja seria tambm de 1kPa( 10 kN / m 3 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.

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O acrscimo de presses foi neutro. Presso neutra e tenses efetivas. Fig. 5 - Simulao para o entendimento do conceito de tenso efetiva (PINTO, 2000)

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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.

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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 mesmo Presso neutra e tenses efetivas.

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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)

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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.

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

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Fenmenos Capilares Em 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.

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Fenmenos Capilares Na 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)

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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)

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Fenmenos Capilares O peso de gua num tubo com raio r e altura de ascenso capilar h c : Considerando a tenso superficial T atuado em toda a superfcie de contato gua tubo, a fora resultante igual a:

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igualando-se as expresses tem-se: ou para fins prticos: (com d em cm) onde d o dimetro dos poros. Fenmenos Capilares

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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 Capilares

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O 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

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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)

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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/m 2 e no nula. Como a resistncia das areias diretamente proporcional tenso efetiva, a capilaridade confere a este terreno uma sensvel resistncia. Fenmenos Capilares

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CAPUTO, 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