engenharia civil - Mecânica dos Solos Avançada e Introdução a Obras de Terra, Exercícios de Mecânica dos Solos

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Mecânica dos Solos

Avançado e

Introdução a Obras de

Terra

Profª Ma. Tracy Kelly Monteiro Silva

Unidade 1 – Tensões no solo Este é o primeiro passo para o que possamos realizar o dimensionamento assertivo das estruturas de fundação e execução de obras de terra. O conhecimento acerca das tensões atuantes no solo, principalmente das tensões efetivas irá servir de base para que os alunos compreendam muitos outros conceitos ao longo da disciplina e do estudo das fundações.

1.1 – Tensões Geostáticas Para as tensões normais: Para as tensões cisalhantes: Tensão Normal é aquela que age sempre perpendicularmente à superfície. Tensão Cisalhante é um tipo de tensão gerada pela aplicação de forças paralelas à superfície.

1.1 – Tensões Geostáticas Como em cálculos estruturais, as pressões ou tensões geradas pela ação do peso próprio dos solos NÃO PODEM SER esquecidas ou simplesmente desconsideradas, pois seus valores são significativos. Ao considerarmos que nosso terreno tem superfície plana, podemos facilmente entender que o peso próprio varia de acordo com sua profundidade e que as pressões que atuam em um plano horizontal são normais a este plano.

1.1 – Tensões Geostáticas Os solos são formados por várias camadas, assim, as pressões geostáticas são definidas pela somatória das tensões devidas ao peso próprio de cada um dos solos. As pressões geradas pelo solo 1 são transmitidas integralmente para o solo 2 e assim por diante.

1.1 – Tensões Geostáticas Se considerarmos que a superfície do terreno é horizontal, podemos definir numericamente a tensão gerada pelo peso próprio do solo pela expressão: Onde: é o peso específico do solo. é a profundidade da determinação Importante : Quando abaixo do NA é utilizado o peso específico saturado

1.1 – Tensões Geostáticas Pressão da água A análise da pressão da água no solo, também chamada de poropressão ou pressão neutra, é fundamental para o entendimento do comportamento das pressões internas de um maciço terroso. Pinto (2006, p. 98) descreveu que independentemente do índice de vazios, a pressão da água só depende de sua profundidade. Assim, a poropressão que representamos pela letra u é a relação entre a altura do nível d’água na profundidade considerada multiplicada pelo seu peso específico, que é de 10 kN/m².

1.1 – Tensões Geostáticas Tensão efetiva Com o conhecimento das tensões devidas ao peso próprio do solo e considerando as variáveis da poropressão, Terzaghi (1943) chegou à conclusão de que a tensão efetiva é obtida subtraindo a poropressão das tensões devidas ao peso próprio, assim: Quando a água que está presente nos vazios do solo encontra-se sob a ação da gravidade, ela, por ser um fluido, interage com cada grão de solo de maneira independente, aplicando pressões em todos os sentidos, que quando somadas dão uma resultante nula. É exatamente por isto que podemos chamar a pressão da água de pressão neutra, afinal ela não promove movimentação dos grãos, tampouco modifica a estrutura do solo.

1.1 – Tensões Geostáticas Exercício : O perfil de solo obtido em uma campanha de sondagem está apresentado no desenho abaixo, observe que o nível da água coincide com a superfície do terreno.

1.1 – Tensões Geostáticas Exercício : Uma importante empresa mineradora está expandindo suas atividades na exploração de minério de ferro. A exploração mineral é uma atividade muito degradante ao meio ambiente, assim é necessário que estruturas sejam construídas para que os finos gerados nesta exploração (também chamados de sedimentos) não sejam carreados pela chuva até as calhas dos rios, causando assoreamento e outros problemas de cunho ambiental. Para esta contenção, a mineradora tem a barragem de sedimentos Vau Açu, que foi construída utilizando-se como principal material de construção a argila compactada, com peso específico de 16 kN/m³. Ocorre que para a expansão é necessário aumentar a altura da barragem (altear) em 10 metros, e para este alteamento foi disponibilizado uma argila siltosa vermelha, com peso específico de 18 kN/m³.

1.2 – Capilaridade nos solos Estrutura da água A água modifica consideravelmente as propriedades do maciço terroso e por isso influencia consideravelmente o dimensionamento das obras de terra ou as estruturas de fundação que descarregam sua carga no solo. A presença ou ausência de água no solo influencia parâmetros importantes, como o efeito da sucção, coesão ou mesmo a estrutura do solo. A capacidade que a água tem de modificar as propriedades do solo tem ligação direta com sua estrutura molecular, que é formada pelo arranjo assimétrico dos três átomos que constituem sua molécula, formando um “V”,

1.2 – Capilaridade nos solos Estrutura da água A água é polarizada por causa de sua constituição molecular, ou seja, possui carga negativa na proximidade do oxigênio e positiva próximo aos hidrogênios. O fenômeno da polaridade faz que as moléculas de água estejam ligadas às moléculas vizinhas, e isto explica diversos fenômenos, como seu relativo alto ponto de ebulição e a atração por íons eletrostaticamente carregados. Especificamente para a mecânica dos solos, argilas negativamente carregadas irão atrair a água pelo carregamento positivo do hidrogênio. Esta atração, conforme veremos, contribuirá para o fenômeno de capilaridade, que estudaremos mais adiante.

1.2 – Capilaridade nos solos Líquido Tensão superficial (20º C) N/mm Álcool etílico 22 Acetona 24 Benzeno 29 Azeite de Oliva 33 Glicerina 63 Água 73

1.2 – Capilaridade nos solos Capilaridade Define-se como capilaridade o movimento da água que ocorre de maneira ascendente, sendo ocasionada por duas forças distintas:  (^) A tensão superficial da água.  (^) A atração da água em superfícies sólidas. Quando posicionamos um tubo na água, ela naturalmente subirá por ele, e quanto mais delgado ele for, maior a altura de ascensão. Isto ocorre porque existe atração entre a água e a superfície do tubo, ao mesmo tempo a água não se desagrega, ou seja, as moléculas se mantêm unidas por causa das forças de coesão.