TENSÕES NOS SOLOS

1. Pontifícia Universidade Católica de Goiás TENSÕES NOS SOLOS Geotecnia I Disciplina: Geotecnia 1 Prof. : João Guilherme Rassi Almeida

2. Tensões nos Solos • Considera-se para os solos que as forças são transmitidas de partículas para partículas e algumas suportadas pela água dos vazios. • Essa transmissão depende do tipo de mineral • → partículas maiores : • A transmissão das forças são através do contato direto de mineral a mineral • →partículas de mineral argila: (número grande) • As forças em cada contato são pequenas e a transmissão pode ocorrer através da água quimicamente adsorvida. Geotecnia I

3. Tensões no Solo • Água adsorvida • Água mantida na superfície dos grãos de um solo por esforço de atração molecular. • Tensão total em um meio contínuo: • Forças transmitidas à placa; que • podem ser normais e tangenciais. • Por uma simplicidade sua ação • é substituída pelo conceito de • tensões. Geotecnia I Área de contato dos grãos - desprezível

4. Tensões Geostáticas • Tensões na massa de solo • → Tensões devido ao peso próprio; • → Tensões devido a propagação de cargas externas aplicadas ao terreno. • Tensões devido ao peso próprio do solo • Quando a superfície do terreno é horizontal, aceita-se, que a tensão atuante num plano horizontal a uma certa profundidade seja normal ao plano. Não há tensão cisalhante nesse plano. Geotecnia I

5. Níveld’água zw q sz sz sz z z z sh sh sz = gz sz = gz+ gwzw sz = gz + q Tensões Geostáticas • Tensões na massa de solo • → Tensões devido ao peso próprio; • → Tensões devido a propagação de cargas externas aplicadas ao terreno. Geotecnia I

6. Tensões Geostáticas • Exemplo de Cálculo Geotecnia I Σ (efeito das camadas)

7. Tensões Geostáticas • Exercício 1 – Calcule a tensão total a 15m de profundidade. Geotecnia I

8. Diagrama de tensões 0 m argila orgânica mole preta = 15 kN/m3 g -4 m areia fina argilosa medianamente compacta = 19 kN/m3 g -7 m argila siltosa mole cinza escuro = 17 kN/m3 g 0 50 100 150 200 250 300 -15 m solo de alteração de rocha kPa Tensões Geostáticas • Exercício 1 Geotecnia I

9. Tensões Geostáticas • Pressão neutra ( ou poropressão) – u ou uw • Corresponde a carga piezométrica da Lei de Bernoullli. • Independe dos vazios do solo • f(profundidade em relação ao N.A.) • zw=altura da coluna d’água. Geotecnia I Tensão Normal Total (soma de duas parcelas) A tensão transmitida pelos contatos entre as partículas, denominadatensão efetiva (σ’) A pressão da água, denominada de pressão neutra ou poropressão. Poropressão Tensão total

10. Tensões Geostáticas • Exercício 2 – Calcule a Tensão total e a poropressão a 15m. q = 50 kPa Geotecnia I NA

11. Tensões Geostáticas • Terzaghi estabeleceu o Princípio da Tensões Efetivas: • A tensão efetiva, para os solos saturados, pode ser expressa por: • Todos os efeitos mensuráveis resultantes de variações de tensões nos solos, como compressão e resistência ao cisalhamento são devidos a variações de tensões efetivas. Poropressão Tensão total Geotecnia I

12. Tensões Geostáticas Terzaghi estabeleceu o Princípio das Tensões Efetivas: “Se a tensão total num plano aumentar, sem que a pressão da água aumente, as forças transmitidas pelas partículas nos seus contatos se alteram, as posições relativas dos grãos mudam” O aumento de tensão foi efetivo! Nos solos as deformações correspondem a variações de forma ou de volume do conjunto, resultantes do deslocamento relativo de partículas. Geotecnia I

13. Tensões Geostáticas Princípio da Tensões Efetivas e Neutras 10cm = 10N Tensões: peso e pressão da água 10N Geotecnia I Tensões = 1 kPa Deformação (saída de água dos vazios) Acréscimo de Tensões Efetivo Tensões = 1 kPa Sem Deformação (Pressão atua também nos vazios) Pressão Neutra Repouso

14. Tensões Geostáticas Exemplo de Cálculo: Geotecnia I N.A. (rebaixado) → Dtensão total (min) → Tensão Efetiva aumenta Tensão Efetiva (responsável pelo comportamento mecânico do solo)

15. Tensões Geostáticas • Cálculo das tensões efetivas com o peso específico aparente submerso. • No exemplo anterior o acréscimo de tensão efetiva da cota -3 m até à -7 m é o resultado do acréscimo da tensão total, menos o acréscimo da poropressão. • ∆σ = ∆z . γn = 16 x 4 = 64 kPa • ∆u= ∆z . γw = 10 x 4 = 40 kPa • ∆σ’= ∆σ - ∆u = 64 – 40 = 24 kPa • Esse acréscimo pode ser calculado por meio do peso específico submerso que leva em conta o empuxo da água: • ∆σ’= ∆z . γsub = 4x(16-10) = 24 kPa Geotecnia I

16. Diagrama de tensões NA 0 m argila orgânica mole preta = 15 kN/m3 g TensãoEfetiva -4 m areia fina argilosa medianamente compacta = 19 kN/m3 g -7 m Poropressão Tensão Total argila siltosa mole cinza escuro = 17 kN/m3 g -15 m solo de alteração de rocha Tensões Geostáticas • Exercício 3 : Considere o perfil abaixo. Trace o gráfico da variação de σ, u e σ’, a 0m ; 4m ; 7m e 15m. Geotecnia I

17. Capilaridade Molécula de água envolta por água (interior); Tensão Superficial  tensão de membrana(superfície) Contato com sólido  forças químicas de adesão  diferença de pressão nos lados da membrana  curvatura Geotecnia I

18. Capilaridade Tensão superficial da água  aproxima as partículas  aumento da tensão efetiva (força entre grãos) COESÃO APARENTE  Castelo de Areia (Saturação ≠ 0 ou 100 %) Argilas  Estabilidade de Taludes Geotecnia I

19. Capilaridade A altura de ascensão capilar (hc) é inversamente proporcional ao raio do tubo (r) Tensão Superficial da água (T) a 20ºC = 0,073 N/m² Diâmetro (1 mm)  hc (3 cm) Diâmetro (0,1 mm)  hc (30 cm) Diâmetro (0,01 mm)  hc (3 m) Geotecnia I

20. Capilaridade Medida em altura de coluna d’água, a tensão na água logo abaixo do menisco capilar é negativa e igual à altura de ascensão capilar. p/ u (-)  σ’ > σ Aumento das tensões entre os grãos  aumento das tensões efetivas Ex.: Separação de duas placas de vidro com água entre elas. Geotecnia I • Altura de Ascensão • Pedregulho (centímetros) • Areia (1 a 2 m) • Silte (3 a 4 m) • Argila (+10 m)

21. Tensões Geostáticas • Exercício 4 : Considere o perfil abaixo. Onde: • H1 = 2 m ; H2 = 1,8 m ; H3 = 3,2 m. Trace o gráfico da variação de σ, u e σ’. 2,66 Solo totalmente seco Geotecnia I

22. Tensões Geostáticas • Exercício 4 • ROTEIRO DE CÁLCULO • 1) Calcule o γd (areia) • 2) Calcule o γ (areia úmida) • 3) Calcule o e (argila saturada) • 4) Calcule o γ (sat da argila) • 5) Calcule as tensões totais e as poropressões em cada ponto • 6) Calcule as tensões efetivas; • 7) Desenhe os diagramas. Geotecnia I - 2012