Análise das Tensões e Pressões em Maciços Terrosos

As pressões tensões existentes nos maciços terrosos decorrem a Peso próprio do solo pressões virgens b Cargas estruturais aplicadas pressões induzidas Em termos de diagrama final de tensões verticais totais considerado um carregamento no eixo de uma fundação temse a sobreposição soma dos efeitos das tensões diagrama c devidas Tensões nos Solos ao peso próprio dos solos diagrama a um carregamento aplicado diagrama b a Tensões devido ao peso próprio b Tensões devido a carregamentos externos c Sobreposição dos efeitos Conceito de tensões num meio particulado Os solos são constituídos de partículas e as forças aplicadas a eles são transmitidas de partícula a partícula além das que são suportadas pela água dos vazios A transmissão se faz nos contatos e portanto em áreas muito reduzidas em relação à área total envolvida 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 Como é impossível desenvolver modelos matemáticos com base nestas inúmeras forças a sua ação é substituída pelo conceito de tensões Tensões devidas ao peso próprio do solo Tensões Geostáticas Quando a superfície do terreno é horizontal podese assumir que a tensão atuante num plano horizontal em uma certa profundidade seja normal ao plano Não há tensão de cisalhamento neste plano Em um plano horizontal acima do nível dágua como o plano A mostrado ao lado atua o peso de um prisma de terra definido por este plano O peso do prisma dividido pela área indica a tensão vertical Quando o solo é constituído de camadas aproximadamente horizontais a tensão vertical resulta da somatória do efeito das diversas camadas A figura abaixo mostra um diagrama de tensões com a profundidade de uma seção de solo por hipótese completamente seco Tensões devidas ao peso próprio do solo Tensões Geostáticas Tensão neutra ou poropressão Na análise do perfil mostrado anteriormente considerouse o plano acima do nível dágua onde o solo estava totalmente seco Tomando o plano B abaixo do lençol freático situado na profundidade Zw a tensão total nesse plano será a soma do efeito das camadas superiores A água no interior dos vazios abaixo do nível dágua estará sob uma pressão que depende só de sua profundidade em relação ao nível freático No plano considerado a pressão da água simbolizada por u é A tensão normal total num plano qualquer deve ser considerada como a soma de duas parcelas 1 a tensão transmitida pelos contatos entre as partículas por ele chamada de tensão efetiva caracterizada pelo símbolo σ e 2 pela pressão da água que recebe a denominação de pressão neutra ou poropressão a A pressão que atua na água é definida como pressão neutra µ b A tensão que atua nos contatos inter partículas é definida como tensão efetiva σ c Somandose ambas tensões obtém se a tensão total σ Portanto para todo solo saturado sem movimento de água temse a expressão Em um solo nestas mesmas condições a pressão neutra corresponde à pressão hidrostática e tem a mesma intensidade em qualquer direção para qualquer ponto A partir desta constatação Terzaghi estabeleceu o Princípio das Tensões Efetivas que pode ser expresso da seguinte forma Princípio das Tensões Efetivas Sendo σ a tensão total e u a pressão neutra temos Todos os efeitos mensuráveis resultantes de variações de tensões nos solos como compressão distorção e resistência ao cisalhamento são devidos a variações das tensões efetivas As deformações no solo correspondem a variações de forma ou de volume do conjunto resultantes do deslocamento relativo de partículas Princípio das Tensões Efetivas A compressão das partículas individualmente é totalmente desprezível portanto entendese que as deformações nos solos sejam devidas somente a variações de tensões efetivas que correspondem à parcela das tensões referente às forças transmitidas pelas partículas No exemplo a seguir temse uma esponja cúbica com 10 cm de aresta colocada num recipiente Na posição a com água até sua superfície superior as tensões resultam de seu peso e da pressão da água ela está em repouso e estabilizada Colocandose sobre a esponja um peso de 10 N a pressão aplicada será de 1 kPa 10N001m2 e as tensões no interior da esponja serão majoradas deste mesmo valor Observase que a esponja se deformará sob a ação deste peso expulsando água de seu interior O acréscimo de tensão foi efetivo Se ao invés de se colocar o peso o nível dágua fosse elevado de 10 cm a pressão atuante sobre a esponja seria também de 1 kPa 10 kNm3x 01 m e as tensões no interior da esponja seriam majoradas deste mesmo valor Mas a esponja não se deforma A pressão da água atua também nos vazios da esponja e a estrutura sólida não sente a alteração das pressões O acréscimo de pressão foi neutro O mesmo fenômeno ocorre nos solos Se um carregamento é feito na superfície do terreno as tensões efetivas aumentam o solo se comprime e alguma água é expulsa de seus vazios ainda que lentamente Mas se o nível dágua numa lagoa se eleva o aumento da tensão total provocado pela elevação é igual ao aumento da pressão neutra nos vazios e o solo não se comprime A tensão efetiva é responsável pelo comportamento mecânico do solo e só mediante uma análise através de tensões efetivas se consegue estudar cientificamente os fenômenos de resistência e deformação dos solos Devese notar que a pressão neutra é a pressão da água provocada pela posição do solo em relação ao nível dágua porém carregamentos aplicados sobre o solo fluxo de água etc também provocam pressões neutras Exercício Determine para o perfil de solo abaixo a As tensões geostáticas b Os gráficos individuais das tensões geostáticas c A tensão efetiva no meio da camada de argila siltosa determinada através do peso específico submerso