Tensões nos Solos: Conceitos e Pressão Neutra

Centro Universitário de Goiás UNIGOIÁS Tensões nos solos Capilaridade Docente Raquel Franco Bueno Email raquelfbuenohotmailcom Disciplina Mecânica dos Solos Celular 62 984703084 Conceito de tensões As forças se transmitem de partícula a partícula A transmissão se faz nos contatos e portanto em áreas muito reduzidas em relação à área total envolvida Mecânica dos Solos 2 Conceito de tensões 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 𝜎 σ 𝑁 á𝑟𝑒𝑎 A somatória das forças tangenciais dividida pela área é referida como TENSÃO CISALHANTE 𝜏 σ 𝑇 á𝑟𝑒𝑎 3 Mecânica dos Solos Tensões devidas ao peso próprio do solo Vão ocorrer tensões devidas ao peso próprio e as cargas aplicadas Quando a superfície do terreno é horizontal a tensão atuante num plano horizontal a certa profundidade é normal ao plano e não há tensão de cisalhamento neste plano componentes tangenciais se anulam Plano A 𝜎𝑣 4 Mecânica dos Solos Tensões devidas ao peso próprio do solo 5 Mecânica dos Solos Tensões devidas ao peso próprio do solo Quando o solo é constituído de camadas aproximadamente horizontais a tensão vertical resulta da somatória do efeito das diversas camadas 6 Mecânica dos Solos Pressão neutra e conceito de tensões efetivas A água no interior dos vazios abaixo do nível dágua estará sob uma pressão que independe da porosidade do solo depende só de sua profundidade em relação ao nível freático Pressão da água u 7 Mecânica dos Solos Tensões devidas ao peso próprio do solo 8 Mecânica dos Solos Pressão neutra no plano B Pressão neutra e conceito de tensões efetivas Terzaghi tensão normal total será a soma de duas parcelas Tensão transmitida pelos contatos entre as partículas TENSÃO EFETIVA 𝝈𝐨𝐮 ഥ𝝈 Pressão da água que recebe o nome de PRESSÃO NEUTRA OU POROPRESSÃO u 9 Mecânica dos Solos Pressão neutra e conceito de tensões efetivas PRINCÍPIOS DAS TENSÕES EFETIVAS 1 ത𝜎 𝜎 𝑢 Sendo 𝜎 a tensão total e u a pressão neutra 2 Todos os efeitos mensuráveis resultantes de variações de tensões nos solos como compressão distorção e resistência ao cisalhamento são devidos a variações de tensões efetivas 10 Mecânica dos Solos Pressão neutra e conceito de tensões efetivas 11 Mecânica dos Solos Pressão neutra e conceito de tensões efetivas 12 Mecânica dos Solos Pressão neutra e conceito de tensões efetivas Tensões na cota 3 m Tensão vertical total 𝜎𝑣 𝛾𝑛 x 𝑧 19 x 3 57 kPa Pressão neutra u 𝛾𝑤 𝑥 𝑧 10 x 2 20 kPa Tensão efetiva 𝜎 𝜎𝑣 u 57 20 37 kPa 13 Mecânica dos Solos Pressão neutra e conceito de tensões efetivas Acréscimo da cota 3 m até a cota 7 m Acréscimo da tensão total 𝜎𝑣 𝛾𝑛 x 𝑧 16x4 64 kPa Acréscimo da pressão neutra u 𝛾𝑤 𝑥 𝑧 10x4 40 kPa Acréscimo da tensão efetiva 𝜎 𝜎𝑣 u 64 40 24 kPa 14 1 Mecânica dos Solos Pressão neutra e conceito de tensões efetivas Feito em sala a 7m e 10m 15 1 Mecânica dos Solos Cálculo das tensões efetivas com o peso específico aparente submerso Até o nível dágua a tensão efetiva é igual à tensão total se não se considerar o efeito da capilaridade Para cotas abaixo do nível dágua o acréscimo de tensões efetivas pode ser calculado diretamente pela somatória dos produtos dos pesos específicos submersos pelas profundidades 𝜎 𝛾𝑠𝑢𝑏 𝑥 𝑧 𝛾𝑠𝑢𝑏 𝛾𝑛 𝛾𝑤 16 Mecânica dos Solos Cálculo das tensões efetivas com o peso específico aparente submerso Acréscimo da cota 3 m até a cota 7 m Acréscimo da tensão efetiva 𝜎 𝛾𝑠𝑢𝑏𝑥 𝑧 𝛾𝑛 𝛾𝑤 𝑥 𝑧 𝜎 1610 x 4 𝜎 6 x 4 24 kPa 17 1 Mecânica dos Solos Ação da água capilar no solo Tensão superficial e capilaridade Água comportamento diferente quando em contato com o ar ou no interior da massa onde as moléculas estão envoltas por outras moléculas de água Forças químicas de adesão quando a água ou outro líquido está em contato com um corpo sólido as forças químicas de adesão fazem com que a superfície da água forme uma curvatura que depende do tipo de material e de seu grau de limpeza Vidro limpo superfície curva tangente à superfície do vidro 18 Mecânica dos Solos Ação da água capilar no solo Tensão superficial e capilaridade Devido à tensão superficial existe uma diferença de pressão atuando nos dois lados A diferença entre as tensões nos dois lados é equilibrada pela resultante da tensão superficial 19 Mecânica dos Solos Ação da água capilar no solo Tensão superficial e capilaridade Quando um tubo é colocado em contato com a superfície da água esta sobe pelo tubo até atingir uma posição de equilíbrio A subida da água é resultante do contato vidroáguaar e da tensão superficial da água A altura da ascensão capilar o quanto a água sobe pode ser determinada igualandose o peso da água no tubo com a resultante da tensão superficial que a mantém nesta posição acima do nível dágua livre 20 Mecânica dos Solos Ação da água capilar no solo O peso de água num tubo de raio r e altura de ascensão capilar hc 𝑃 𝜋 𝑟2 ℎ𝑐 𝛾𝑤 Considerando a tensão superficial T atuando em toda a superfície de contato águatubo borda a força resultante 𝐹 2 𝜋 𝑟 𝑇 Igualandose as expressões ℎ𝑐 21 Mecânica dos Solos Ação da água capilar no solo Igualandose as expressões ℎ𝑐 2 𝑥 𝑇 𝑟 𝑥 𝛾𝑤 Pela equação concluise que a altura de ascensão capilar é inversamente proporcional ao raio do tubo Tensão superficial da água a 20C é de 0073 Nm 𝛾𝑤 10 kNm³ 22 Mecânica dos Solos Meniscos capilares independentes do nível dágua Água existente nos solos sem comunicação com o lençol freático forma meniscos capilares A tensão superficial tende a aproximar as partículas ou seja aumenta a tensão efetiva no solo Esta tensão efetiva confere ao solo uma coesão aparente Areias esculturas com areia da praia Argilas rompimento de taludes 23 Mecânica dos Solos Exercícios Livro Curso Básico de Mecânica dos Solos Carlos de Sousa Pinto Aula 5 51 52 53 54 55 57 e 58 24 Mecânica dos Solos