cap.11 - tensões nos solos - parte 01

Tenses no soloTenses Geostticas

Tenses Total, Poropresso, Tenso EfetivaFora de Percolao

Tenso horizontalCapilaridade

Tenses Efetivas na Zona de Ascenso Capilar

Profa: Anna Karina C. Delgado

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1- Introduo O conhecimento das tenses atuantes em um macio de terra, de vitalimportncia no entendimento do comportamento de todas as obras deengenharia geotcnica.

Podem ser advindas:(a) Peso Prprio do solo;(b) Carregamentos em Superfcie,(c) Alvio de Cargas provocado por escavaes.

H necessidade de se conhecer a distribuio de tenses (presses) nasvrias profundidades abaixo do terreno para a soluo de problemas derecalques, capacidade de carga no solo, empuxo de terra, etc.

NF

T

NF

T

NF

T

Tenses nos Solos Parte 01


rea de contato (Ac) da ordem de 0,03% da rea total (A)1.1-Tenses em um Meio Particulado

Transmisso de Foras : Partcula a Partcula Suportada pela gua dos vazios Depende do tipo de mineral

Solos mais Granulares: Contato direto gro a gro- mineral amineral Gros de pedregulho, areia e silte.

Argilas: Nmero grande e foras de contato pequenas Transmisso pode ser por gua quimicamente adsorvida Transmisso nos contatos reas muito reduzidas em relao a rea total envolvida



reaT

reaN

A somatria das foras tangenciais, dividida pelarea, denominada tenso cisalhante, dada por:

O somatrio das componentes normais ao plano,dividida pela rea total que abrange as partculasque esto em contato, definida como tensonormal, dada por:

1.1-Tenses em um Meio Particulado



So as tenses devidas ao Peso Prprio. tm valores considerveis, e no podem ser desconsideradas. Determina as presses atuantes na massa de solo, nas diversasprofundidades de um macio, qdo consideramos apenas peso prprio (i.e,apenas sujeito ao da gravidade), sem cargas exteriores atuantes.

hAhA

AV

AN

2 -Tenses Geostticas

h

Z

NA

Y

X

A

B

ZAZw

ZB



Exemplo



hw

A

Tenses na gua PoropressoPresso Neutra

wwhu

A gua, sendo um fluido, transmite aos gros do esqueletoestrutural (considerando separadamente cada gro), presses emtodas as direes, dando sobre cada partcula uma resultante nula presso neutra, ou seja, aquela que no ocasionadeslocamento de gros. No entanto, por ser uma tenso deve serconsiderada.

3 - Poropresso

A gua nos poros de um solo saturado ou parcialmente saturadopossui uma presso conhecida como presso de poro ou pressoneutra - u.



Exemplo

1g/cm = 10kN/m = 1000kg/m

LEMBRAR

wwhu



Terzarghi identificou que a tenso normal total () num plano qq a soma de 2 parcelas: Tenso transmitida pelos contatos entre partculas, chamada tenso efetiva ( ou ) Presso da gua denominada presso neutra ou poropresso.

Assim, a partir dessa constatao Terzarghi enunciou o Princpio das Tenses Efetivas

OBS.: Em uma massa de solo a tenso efetiva controla sua mudana de volume e resistncia.Assim, Todos os efeitos resultantes de variaes de tenses no solo (compresso, distoroe resistncia ao cisalhamento) so devidos a variaes de tenso efetiva. Pode-se dizer que, aumentar a solo muda p/ estado de compactao mais denso.

u

4 -Tenses Efetivas

a tenso suportada pelos gros do solo, ou seja, a tenso transmitida pelos contatos entreas partculas. Ou, mesmo: a tenso efetiva aproximadamente a fora por unidade de reasuportada pelo esqueleto do solo.



1- Repouso / Equilbrio Com gua at a superfcie superior da esponja as tensesresultam do peso da esponja e da presso da gua.2- Aumento efetivo de tenso (Tenso Efetiva) Com a ao do peso sobre aesponja as tenses no seu interior so majoradas, haver uma deformao e umaexpulso de gua do seu interior.3- Aumento neutro de presso (Tenso Neutra) Com a elevao do NA as tensesno interior da esponja tambm aumentam porm a esponja no se deforma.

Presso intergranular outra parcela da presso vertical total que se desenvolve no esqueletoestrutural dos solos pelo contato gro a gro.

Conceito de Tenso Efetiva

d

u



Clculo da Tenso Efetiva

A

NA

z

h

= sat * z + w * hu = w * (h+z) = z (sat - w)= z * sub

Considerando satSituao: Chuva + Lenol

B

NA

z

= sat * z u = w * z = z (sat - w)= sub * z

Situao: Lenol fretico

C

NA

z h

= sat * h + nat * (z-h)u = w * h = h (sat - w) + nat * z - w*h = h*sub + nat * z - w*h


LEMBRAR



Camada de solo em um tanque em que no h percolao.

Como a vlvula est fechada asituao se compara a perfil de solocom lenol fretico aflorante oulenol fretico + chuva

A

NA

z

h



5 - Fora de Percolao Efeito da Percolao aumentar ou diminuir a em um pto. Fora de percolao expressa por unidade de volume de solo.

Sem Percolao = z * EntoP1 = z * * A

Percolao vertical ascendenteFora efetiva em rea A prof. ZP2 = (z * - i * z * w) A

Queda da fora total pela percolaoP1 - P2 = i * z * w *A

O vol. de solo que contribui para a fora efetiva z*A, ento a fora de percolao por unidadede volume do solo :

= F / A F = * A

NOTA:Gradiente Hidralico (i)

i = h / l

h = carga hidrulical = comprimento



Camada de solo em um tanque com percolao ascendente.


i



Camada de solo em um tanque com percolao descendente.

Situao: Chuvas

i



Exemplo 1

NA



Areia Fina

n = 19 kN/m3

Argila mole

n = 16 kN/m3

Pedregulho

n = 21 kN/m3

NA

40 80 120 160 200

u

Exerccio

0

-3

-7

-10



Exemplo 2

Dados:e = 0,52 ; G = 2,67a) Calcular , e ub) Calcular a fora de percolao por unidade de volume de solo

Percolao ascendente.



6- Relao entre Tenso Efetiva horizontal (h) e Tenso Efetiva vertical (v)

No caso geoesttico Coeficiente de empuxo no repouso (K0)

K0 = h / v

Varia entre 0,3 a 3 : dependendo da histria detenso, do tipo de solo, da plasticidade, etcValores Tpicos :

K00,50,40,50,65> 1> 1

argila muito plsticaargila pr-adensadasolos compactados

Tipo de Soloareia fofaareia densaargila de baixa plasticidade



Tenso Vertical Peso prprioSobrecarga

7 Aspectos Gerais -Tenso Vertical



uma parcela da tenso efetiva vertical

8 Aspectos Gerais -Tenso Horizontal

ngulo de atrito: funo do tipo de solo e condio de compactao



Conceitos : Tenso Superficial e Capilaridade

9 - Efeito da Capilaridade

NA

a) Tenso Superficial

ar

gua

vidro

b) Contato slido-gua-ar

T T

i

e

c) Equilbrio de Presses



Conceitos : Tenso Superficial e Capilaridade

hc

F

E

D

C

A

B

h

u

hc * w

Peso da gua:

P = (w *V) = * r2 * hc * w

Considerando a tenso superficial atuando em toda superfcie de contato gua-tubo, a fora resultante :

F = (P*) = 2 * * r * T

Igualando expresses:

hc = 2 * Tr * w




Quanto menor for o dimetro do tubo capilar, maior ser a ascenso capilar.

hc = 2 * Tr * w


Conceito de Ascenso Capilar pode ser aplicadoaos solos considerar que os tubos capilares formadosnos solos devido a continuidade dos vazios tmsees transversais variveis. Assim, obtm-se umano-uniformidade na ascenso capilar.

Hazen (1930) forneceu uma frmula para aaproximao da altura da ascenso capilar naforma:



10 -Tenses Efetivas na Zona de Ascenso Capilar

Altura de Ascenso Capilar

Aproximao possvel considerando-se os

ndices fsicos

Com a ascenso capilar a Poropresso varia e modifica a tenso efetiva

u = - (S w H)



Dados:H1 = 2 m ; H2 = 1,8 m ; H3 = 3,2 m

Traar o grfico da variao de , u e em funo da profundidade.


areia

argila

rocha




H1 = 2 m ; H2 = 1,8 m ; H3 = 3,2 m



10 -Tenses Efetivas na Zona de Ascenso CapilarH1 = 2 m ; H2 = 1,8 m ; H3 = 3,2 m

d (areia) = 16,84 kN/m3 (areia) = 18,576 kN/m3sat (argila) = 17,66 kN/m3

Calculados

Considerando ascenso capilar

Desconsiderando o papel daascenso capilar. Ocorre ???

= 33,68 8,83 = 24,85 kN/m2 (imediatamente abaixo)




H1 = 2 m ; H2 = 1,8 m ; H3 = 3,2 m

d (areia) = 16,84 kN/m3 (areia) = 18,576 kN/m3sat (argila) = 17,66 kN/m3

Calculados



cap.11 - tensões nos solos - parte 01

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tenses atuantes

kgmlembrarwwhu tenses

solos par

tenses devidas ao peso

rea total envolvidatenses

rea total a1

contato direto gro