TUBOS DE TERRA

JUNHO/2014

EMPUXOS DE TERRA

Empuxos de terra são esforços exercidos por camadas de solo, e são avaliados com a finalidade de dimensionamento de estruturas de contenção de encostas ou de escavações, daí a extrema importância da determinação de suas magnitudes para as diversas obras da engenharia civil. Podem ser entendidos também como a ação produzida pelo maciço terroso sobre as obras com ele em contato.

O assunto é dos mais complexos da Mecânica dos Solos. Até hoje nenhuma teoria geral e rigorosa pôde ser elaborada, apesar de um grande número de pesquisadores e notáveis matemáticos e físicos terem dele se ocupado. Todas as teorias propostas admitem hipóteses simplificadoras mais ou menos discutíveis conformas as condições reais (CAPUTO, 1966).

Ao se analisar as formas com as quais o solo pode se movimentar, quando confinado por uma superfície sem atrito, como na figura 1 é possível descrever o comportamento das forças atuantes no maciço de forma a prever como e em qual situação mais favorável o solo chegará a sua ruptura. Há de se considerar três principais casos em que o solo se encontra.

Figura 1. Massa de solo confinada por uma parede rígida e perfeitamente lisa, e sobre a ação de carga q.

Caso 1. Se o muro for estático, ou seja, se ele não se movimentar para a direita ou para a esquerda de sua posição inicial, a massa de solo apresentará um equilíbrio estático. Nesse caso, é chamado de pressão de terra em repouso, onde a relação entre a pressão efetiva horizontal e a pressão efetiva lateral é dada por um índice adimensional denominado coeficiente de empuxo em repouso (Ko).

Caso 2. Se o muro sem atrito rotacionar suficientemente sobre sua fundação para uma nova posição, uma massa de solo qualquer adjacente ao muro atingirá um estado de equilíbrio plástico e romperá deslizando para baixo sobre o plano de ruptura. Nesse momento, como mostrado na figura 2, a tensão horizontal efetiva será chamada de pressão ativa. Gerando assim de sua relação com a pressão vertical ativa um coeficiente de empuxo ativo do solo (Ka)

Figura 2. Situação em que se remove parte do solo, mas mantem-se a parede fixa de forma que o solo exerce pressão maior sobre a parede.

Caso 3. Se o muro sem atrito rotacionar suficientemente sobre sua fundação para uma nova posição, uma massa de solo qualquer atingirá um estado de equilíbrio plástico e se romperá deslizando para cima do plano de ruptura, como mostra a figura 3. A tensão efetiva horizontal nesse momento será chamada pressão passiva, de forma que como nos casos supracitados será gerado um coeficiente de empuxo passivo (Kp).

Figura 3. Situação em que se permite a translação da parede de modo que esta empurra o solo.

O empuxo de terra que atua sobre um suporte que resite, porém cede uma certa quantidade que depende de suas características estruturais, denomina-se empuxo ativo (Ea). Ao contrário, quando a parede é que avança contra o terrapleno, teremos o chamado empuxo passivo (Ep). As pressões correspondentes chamam-se ativa e passiva e os coeficientes, ativo (Ka) e passivo (Ko). (CAPUTO, 1966).

A expressão equilíbrio plástico no solo refere-se à condição na qual cada ponto na massa de solo está no limite de ruptura. Rankine (1857) investigou as condições de tensão no solo a um estado de equilíbrio plástico.

Considerando uma massa de solo delimitada por um muro sem atrito, que se estende a uma profundidade infinita, de forma que este muro possa se mover para longe da massa de solo gradualmente, observa-se uma diminuição da tensão horizontal principal; esta situação representa o estado ativo de Rankine, e a pressão efetiva no plano vertical é a pressão ativa de terra.

O estado passivo de Rankine pode ser analisado considerando a mesma situação descrita anteriormente, porém o muro é gradualmente empurrado contra a massa de solo, de forma que a tensão principal efetiva horizontal aumentará.

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