Como são causadas as tensões nos solos?

Passo 1

A questão pertence à Mecânica dos Solos e pede para explicar de onde surgem as tensões em um depósito de solo. Para isso vamos precisar entender como o peso próprio do solo, as cargas aplicadas e a presença de água no poro geram esforços internos que se distribuem no meio granulado.

Passo 2

O solo é formado por partículas que se apoiam umas nas outras e transmitem forças de contato. O peso próprio do solo acima de um ponto faz com que esse ponto suporte uma tensão vertical total. Sejam \gamma o peso específico do solo e z a profundidade medida a partir da superfície livre; a tensão vertical total denominada \sigma_v é dada por
\sigma_v \;=\;\gamma\,z\,.
Esse é o chamado estado geostático.

Passo 3

Além do peso próprio, podem atuar sobre o solo cargas externas — como edifícios, aterros ou tráfego — que aumentam a tensão total. Basta somar a contribuição dessas cargas ( q) à tensão geostática:
\sigma_v \;=\;\gamma\,z \;+\;q\,.

Passo 4

Em solos saturados, parte da tensão total é suportada pela água que ocupa os vazios. Essa parte chama-se pressão de poros u. Terzaghi mostrou que o comportamento mecânico do solo responde à tensão efetiva \sigma', definida por
\sigma' \;=\;\sigma \;-\;u\,,
onde \sigma é a tensão total (vertical ou horizontal) e u é a pressão de poros.

Passo 5

O solo também desenvolve tensões horizontais devidas à interação entre as partículas e às restrições laterais. Em primeiro aproximação, relaciona-se a tensão horizontal total \sigma_h com a vertical por um coeficiente de empuxo K:
\sigma_h \;=\;K\,\sigma_v\,.
Esse coeficiente depende do adensamento do solo e do seu histórico de carregamento.

Resposta

As tensões nos solos surgem basicamente do peso próprio do solo (tensão geostática), de cargas externas aplicadas (edifícios, equipamentos, aterros etc.) e da pressão da água nos poros. A parte da tensão que interessa ao comportamento mecânico do solo é a tensão efetiva \sigma'=\sigma-u, pois é ela que controla a resistência e a deformação do material.

Exercícios relacionados