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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
CÂMPUS CARAÚBAS
BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA
TENSÕES DEVIDO A CARGAS EXTERNAS – PROPAGAÇÃO E
DISTRIBUIÇÃO
COMPONENTES:
ALEXANDRE PERES WANDERLEY JÚNIOR
ANDERSON NUNES SILVA
DENNYS LACERDA DE ARAÚJO MARTINS
JOÃO MARCOS AZEVEDO DE OLIVEIRA
TÚLIO SALES DE OLIVEIRA
WEBERT ARAÚJO OLIVEIRA
Introdução
TENSÕES NO SOLO
2
• Estudo das tensões no solo;
• Recalques, empuxo de terra, capacidade de carga no solo,
dentre outros;
• Tensões devidas o peso próprio do solo;
• Tensões devidas cargas externas.
Introdução
TENSÕES DEVIDAS O PESO DO PRÓPRIO SOLOS – TENSÕES DEVIDAS
CARGAS EXTERNAS
3
σpp σce
(a) (b)
Introdução
TENSÕES DEVIDO CARGAS EXTERNAS
4
• Avaliação de deformações
e capacidade de cargas;
Edifícios na orla de Santos-SP.
Fonte: Engenharia Civil Diária.
Edifício Núncio Malzoni, desprumo de 2,10 m.
Fonte: Engenharia Civil Diária (2000).
Introdução
DISTRIBUIÇÃO DAS TENSÕES
5
Experiências dos primórdios:
• Os acréscimos de tensões a uma certa profundidade
excedem a projeção da área carregada;
• A cada área carregada, há um aumento de tensão que se
somam com as tensões anteriores;
• A área de atuação aumenta e os valores de tensões
verticais diminuem com a profundidade.
Introdução
6
DISTRIBUIÇÃO DAS TENSÕES
Introdução
BULBO DE TENSÕES
7
Denominam-se isóbaras as curvas ou superfícies
obtidas ligando-se os pontos de mesma tensão vertical. O
conjunto de isóbaras forma o BULBO DE TENSÕES.
Introdução
BULBO DE TENSÕES
8
Introdução
BULBO DE TENSÕES
9
Bulbo de tensões – Ed. Núncio Malzoni.
Fonte: Engenharia Civil Diária.
Ed. Núncio Malzoni (Santos-SP).
Introdução
MÉTODO DO ESPRAIAMENTO DAS TENSÕES
10
• Estimar o valor das tensões a uma certa profundidade;
• Considerar que as tensões espraiam segundo áreas
crescentes, mas sempre uniformemente distribuídas;
• Execução de fundação;
• Estimativa grosseira.
Introdução
MÉTODO DO ESPRAIAMENTO DAS TENSÕES
11
• Simplificadamente o ângulo do
espraiamento = 30°.
O ângulo de espraiamento varia de
acordo com o solos:
• Solos muito mole - θ < 40º;
• Areias puras – θ ≈ 40º a 45°;
• Areias rijas e duras - θ ≈ 70º;
• Rochas - θ > 70º;
Introdução
MÉTODO DO ESPRAIAMENTO - CONTRADIÇÃO
12
• Não satisfaz ao princípio da superposição dos efeitos;
• Tensão central maior que a lateral.
Introdução
APLICAÇÃO DA TEORIA DA ELASTICIDADE
13
• Considerações:
a. Material homogêneo;
b. Material isotrópico;
c. Material linear – elástico.
• Soluções para variedades de carregamentos:
i. Solução de Boussinesq;
ii. Solução de Newmark;
iii. Solução de Love.
Introdução
APLICAÇÃO DA TEORIA DA ELASTICIDADE – QUESTIONÁVEL!
14
O comportamento dos solos não satisfaz os requisitos de
material elástico, homogêneidade e, principalmente no que se refere a
reversibilidade das deformações quando as tensões mudam de
sentido.
• Até certa profundidade – certa proporcionalidade entre as tensões e
as deformações;
• AVALIAÇÃO SATISFATÓRIA – NÃO DISPOSIÇÃO DE OUTRA
ALTERNATIVA;
Solução de Boussinesq
JOSEPH VALENTIN BOUSSINESQ
15
• Hidráulico e físico-
matemático;
• Mecânica dos solos e
elasticidade;
• Acréscimo de tensão (Cargas
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Solução de Boussinesq
ACRÉSCIMO DE TENSÕES – CARGAS PONTUAIS
16
Eq. de Boussinesq.
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ACRÉSCIMO DE TENSÕES – CARGAS PONTUAIS
17
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ponto abaixo
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ACRÉSCIMO DE TENSÕES – CARGAS PONTUAIS
18
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TENSÕES DEVIDAS O PESO DO PRÓPRIO SOLOS – TENSÕES DEVIDAS
CARGAS EXTERNAS
19
σpp σce
(a) (b)
20
Soluções de Newmark
NATHAN MORTIMORE NEWMARK
Nathan M. Newmark nasceu em 22 de
Setembro de 1910 na cidade de Plainfield
(Estados Unidos) e faleceu em 25 de Janeiro
de 1981, foi um Grande engenheiro estrutural
e acadêmico, que é amplamente
considerado como um dos pais fundadores
da engenharia de terremotos.
Nathan Mortimore Newmark.
21
SOLUÇÃO DE NEWMARK
Tensões em um ponto abaixo da vertical passando pelo
vértice da área retangular.
Áreas
retangulares
Integrando a
formula de
Boussinesq
Semi-espaço
infinito superfície
horizontal
Carregamento
uniformemente
distribuído
Soluções de Newmark
22
SOLUÇÃO DE NEWMARK
Definiu-se então as seguintes relações com os parâmetros m e n.
Soluções de Newmark
23
SOLUÇÃO DE NEWMARK
Soluções de Newmark
Se considerarmos que a tensão num ponto qualquer é
função só dos parâmetros m e n, toda a expressão entre chaves
pode ser tabela de forma que se tem:
Sendo I um coeficiente de influencia que só depende de m e n.
24
SOLUÇÃO DE NEWMARK
Soluções de Newmark
25
SOLUÇÃO DE NEWMARK
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26
SOLUÇÃO DE NEWMARK
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27
SOLUÇÃO DE NEWMARK
Soluções de Newmark
Um ponto no interior da área, como o ponto P no caso (a)
mostrado abaixo, a ação da área ABCD é a soma das ações de cada
uma das áreas AJPM, BKPJ, DLPK e CMPL.
28
SOLUÇÃO DE NEWMARK
Soluções de Newmark
No caso de ponto externo, como o ponto P no caso (b)
mostrado abaixo, considera-se a ação da área PKDM, subtraem-se
os efeitos dos retângulos PKBL e PJCM e soma-se o efeito do
retângulo PJAL, porque essa área foi subtraída duas vezes nos
retângulos anteriores.
Solução de Love
CARGA DISTRIBUÍDA SOBRE UMA ÁREA CIRCULAR
29
• Permite o cálculo da tensão vertical no solo por cargas
distribuídas circulares;
• Tanques circulares, caixas d´água entre outros;
• A Solução de Love (1929) é uma equação obtida a partir da
integração da solução de Boussinesq.
Solução de Love
EQUAÇÃO DE LOVE
30
Para uma determinada profundidade z, abaixo do centro
de uma placa de raio r, as tensões podem ser calculadas de
acordo com a seguinte equação:
Solução de Love
EQUAÇÃO DE LOVE
31
Isolando-se o termo entre as chaves, tem-se o fator de
influência ( I ). O valor desse fator depende da relação z/r e x/r, obtido
por tabela ou ábaco.
Solução de Love
ÁBACO DE LOVE
32
Tensões verticais
induzidas por cargas
uniformemente
distribuídas em área
circular.
Solução de Love
GRÁFICO PARA OBTENÇÃO DA INFLUÊNCIA ( I )
33
Solução de Love
MÉTODO DOS QUADRADINHOS
34
• Ábaco dos quadradinhos;
• Solução para carga uniforme sobre superfície qualquer;
• Foi desenvolvido por Newmark, a partir da solução de Love.
Solução de Love
CONSTRUÇÃO DO ÁBACO DOS QUADRADINHOS
35
• Para a construção do ábaco são traçados 10 círculos
concêntricos;
• Cada círculo é dividido em 20 setores (quadradinhos);
• O acréscimo de carga a um ponto do centro dos círculos
situado a uma profundidade z corresponde a 10%, 20%,
30%,...,100% da carga total aplicada;
• Cada setor influencia em 0,005 ou 0,5%.
Solução de Love
ÁBACO DOS QUADRADINHOS
36
Ábaco de influência para
cálculo da tensão vertical, num
ponto á profundidade AB.
Solução de Love
ÁBACO DOS QUADRADINHOS
37
Newmark atribuiu valores para I e calculou o raio de uma
placa necessária para produzir o acréscimo de pressões à
profundidade z.
Solução de Love
USO DO ÁBACO DOS QUADRADINHOS
38
• Área carregada desenhada em papel transparente e numa escala tal
que o segmento AB do gráfico seja igual à profundidade z de interesse;
• Coloca-se o desenho em planta sobre o gráfico, com projeção do
ponto estudado (interno ou externo à área carregada) coincide com o
centro do ábaco;
• Conta-se o número de setores (unidades de influência) englobados
pela área, estimando-se as frações parciais;
• A tensão vertical induzida no ponto considerado será dada por:
39
Exercícios
SOLUÇÃO DE BOUSSINESQ
Para uma carga concentrada de valor igual Q = 500 kN,
e uma distância horizontal entre a linha de aplicação da carga Q
e a distância onde se desejam os acréscimos de tensão igual a r =
3,0 m, calcule os acréscimos de tensão (σv) e as tensões finais até
uma profundidade (Z) de 8,0 m.
Q
r
Z
Solo
40
Exercícios
SOLUÇÃO DE NEWMARK
8.1 Uma construção industrial apresenta uma planta
retangular, com 12 m de largura e 48 m de comprimentos, e vai
aplicar ao terreno uma pressão uniformemente distribuída de 50
kPa. Determinar o acréscimo de tensão, segundo a vertical pelos
pontos A, B, C e D, a 6 m a 18 m de profundidade, aplicando a
solução de Newmark. Calcule, também, para o ponto E, fora da área
carregada.
41
SOLUÇÃO DE NEWMARK
Soluções de Newmark
42
SOLUÇÃO DE NEWMARK
Soluções de Newmark
43
Exercícios
SOLUÇÃO DE NEWMARK
44
Exercícios
EXPRAIAMENTO DAS TENSÕES
8.2 Calcule os acréscimos de tensão do exercício anterior
pela prática do “espraiamento das tensões”, e compare os
resultados.
45
Exercícios
EXPRAIAMENTO DAS TENSÕES
lo
lf
Bo
Bf
46
Exercícios
SOLUÇÃO DE NEWMARK
Exercícios
SOLUÇÃO DE LOVE
47
8.5 Um tanque metálico circular, com 14 m de diâmetro, foi construído
com fundação direta na superfície, num terreno plano e horizontal,
para estocagem de combustível. O tanque deverá transmitir ao
terreno uma pressão de 50 kPa. Para a previsão de eventuais
recalques, desejam-se conhecer os acréscimos de tensão a 3,5 e a 7
m de profundidade, no centro e na periferia do tanque.
Solução de Love
ÁBACO DE LOVE
48
Tensões verticais
induzidas por cargas
uniformemente
distribuídas em área
circular.
Solução de Love
GRÁFICO PARA OBTENÇÃO DA INFLUÊNCIA ( I )
49
Exercício
MÉTODO DOS QUADRADINHOS
50
Determinar a tensão vertical atuante no ponto M.
D
e
Referências Bibliográficas
51
PINTO, Carlos de Sousa. Curso Básico de Mecânica dos
Solos. 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006. 363 f.
SANTOS, H; OLIVEIRA, E; VICTOR, P. Tensões verticais devido a
cargas aplicadas em superfícies do terreno. Caraúbas. 05 nov.
2016. 19 slides. Apresentação em Power-point.
BASTOS, César. Tensões no solo. Disponível
em:<www.cefetes.br/Cursos/Transportes/CelioDavilla/Solos/Literat
ura%20complementar/Apostila%20FURG%20Solos/10-
%20TENSOES NO SOLO.pdf>. Acesso em: 05 nov., 2016.
52
“Construí amigos, enfrentei derrotas,
venci obstáculos, bati na porta da vida
e disse-lhe: Não tenho medo de vivê-la.”
Augusto Cury
Obrigado!

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tensões no solo por carregamentos externo

  • 1. UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO CÂMPUS CARAÚBAS BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA TENSÕES DEVIDO A CARGAS EXTERNAS – PROPAGAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO COMPONENTES: ALEXANDRE PERES WANDERLEY JÚNIOR ANDERSON NUNES SILVA DENNYS LACERDA DE ARAÚJO MARTINS JOÃO MARCOS AZEVEDO DE OLIVEIRA TÚLIO SALES DE OLIVEIRA WEBERT ARAÚJO OLIVEIRA
  • 2. Introdução TENSÕES NO SOLO 2 • Estudo das tensões no solo; • Recalques, empuxo de terra, capacidade de carga no solo, dentre outros; • Tensões devidas o peso próprio do solo; • Tensões devidas cargas externas.
  • 3. Introdução TENSÕES DEVIDAS O PESO DO PRÓPRIO SOLOS – TENSÕES DEVIDAS CARGAS EXTERNAS 3 σpp σce (a) (b)
  • 4. Introdução TENSÕES DEVIDO CARGAS EXTERNAS 4 • Avaliação de deformações e capacidade de cargas; Edifícios na orla de Santos-SP. Fonte: Engenharia Civil Diária. Edifício Núncio Malzoni, desprumo de 2,10 m. Fonte: Engenharia Civil Diária (2000).
  • 5. Introdução DISTRIBUIÇÃO DAS TENSÕES 5 Experiências dos primórdios: • Os acréscimos de tensões a uma certa profundidade excedem a projeção da área carregada; • A cada área carregada, há um aumento de tensão que se somam com as tensões anteriores; • A área de atuação aumenta e os valores de tensões verticais diminuem com a profundidade.
  • 7. Introdução BULBO DE TENSÕES 7 Denominam-se isóbaras as curvas ou superfícies obtidas ligando-se os pontos de mesma tensão vertical. O conjunto de isóbaras forma o BULBO DE TENSÕES.
  • 9. Introdução BULBO DE TENSÕES 9 Bulbo de tensões – Ed. Núncio Malzoni. Fonte: Engenharia Civil Diária. Ed. Núncio Malzoni (Santos-SP).
  • 10. Introdução MÉTODO DO ESPRAIAMENTO DAS TENSÕES 10 • Estimar o valor das tensões a uma certa profundidade; • Considerar que as tensões espraiam segundo áreas crescentes, mas sempre uniformemente distribuídas; • Execução de fundação; • Estimativa grosseira.
  • 11. Introdução MÉTODO DO ESPRAIAMENTO DAS TENSÕES 11 • Simplificadamente o ângulo do espraiamento = 30°. O ângulo de espraiamento varia de acordo com o solos: • Solos muito mole - θ < 40º; • Areias puras – θ ≈ 40º a 45°; • Areias rijas e duras - θ ≈ 70º; • Rochas - θ > 70º;
  • 12. Introdução MÉTODO DO ESPRAIAMENTO - CONTRADIÇÃO 12 • Não satisfaz ao princípio da superposição dos efeitos; • Tensão central maior que a lateral.
  • 13. Introdução APLICAÇÃO DA TEORIA DA ELASTICIDADE 13 • Considerações: a. Material homogêneo; b. Material isotrópico; c. Material linear – elástico. • Soluções para variedades de carregamentos: i. Solução de Boussinesq; ii. Solução de Newmark; iii. Solução de Love.
  • 14. Introdução APLICAÇÃO DA TEORIA DA ELASTICIDADE – QUESTIONÁVEL! 14 O comportamento dos solos não satisfaz os requisitos de material elástico, homogêneidade e, principalmente no que se refere a reversibilidade das deformações quando as tensões mudam de sentido. • Até certa profundidade – certa proporcionalidade entre as tensões e as deformações; • AVALIAÇÃO SATISFATÓRIA – NÃO DISPOSIÇÃO DE OUTRA ALTERNATIVA;
  • 15. Solução de Boussinesq JOSEPH VALENTIN BOUSSINESQ 15 • Hidráulico e físico- matemático; • Mecânica dos solos e elasticidade; • Acréscimo de tensão (Cargas Pontuais). Joseph Valentin Boussinesq.
  • 16. Solução de Boussinesq ACRÉSCIMO DE TENSÕES – CARGAS PONTUAIS 16 Eq. de Boussinesq. Pode ser escrita
  • 17. Solução de Boussinesq ACRÉSCIMO DE TENSÕES – CARGAS PONTUAIS 17 Para um ponto abaixo da carga pontual Q Z
  • 18. Solução de Boussinesq ACRÉSCIMO DE TENSÕES – CARGAS PONTUAIS 18
  • 19. Introdução TENSÕES DEVIDAS O PESO DO PRÓPRIO SOLOS – TENSÕES DEVIDAS CARGAS EXTERNAS 19 σpp σce (a) (b)
  • 20. 20 Soluções de Newmark NATHAN MORTIMORE NEWMARK Nathan M. Newmark nasceu em 22 de Setembro de 1910 na cidade de Plainfield (Estados Unidos) e faleceu em 25 de Janeiro de 1981, foi um Grande engenheiro estrutural e acadêmico, que é amplamente considerado como um dos pais fundadores da engenharia de terremotos. Nathan Mortimore Newmark.
  • 21. 21 SOLUÇÃO DE NEWMARK Tensões em um ponto abaixo da vertical passando pelo vértice da área retangular. Áreas retangulares Integrando a formula de Boussinesq Semi-espaço infinito superfície horizontal Carregamento uniformemente distribuído Soluções de Newmark
  • 22. 22 SOLUÇÃO DE NEWMARK Definiu-se então as seguintes relações com os parâmetros m e n. Soluções de Newmark
  • 23. 23 SOLUÇÃO DE NEWMARK Soluções de Newmark Se considerarmos que a tensão num ponto qualquer é função só dos parâmetros m e n, toda a expressão entre chaves pode ser tabela de forma que se tem: Sendo I um coeficiente de influencia que só depende de m e n.
  • 27. 27 SOLUÇÃO DE NEWMARK Soluções de Newmark Um ponto no interior da área, como o ponto P no caso (a) mostrado abaixo, a ação da área ABCD é a soma das ações de cada uma das áreas AJPM, BKPJ, DLPK e CMPL.
  • 28. 28 SOLUÇÃO DE NEWMARK Soluções de Newmark No caso de ponto externo, como o ponto P no caso (b) mostrado abaixo, considera-se a ação da área PKDM, subtraem-se os efeitos dos retângulos PKBL e PJCM e soma-se o efeito do retângulo PJAL, porque essa área foi subtraída duas vezes nos retângulos anteriores.
  • 29. Solução de Love CARGA DISTRIBUÍDA SOBRE UMA ÁREA CIRCULAR 29 • Permite o cálculo da tensão vertical no solo por cargas distribuídas circulares; • Tanques circulares, caixas d´água entre outros; • A Solução de Love (1929) é uma equação obtida a partir da integração da solução de Boussinesq.
  • 30. Solução de Love EQUAÇÃO DE LOVE 30 Para uma determinada profundidade z, abaixo do centro de uma placa de raio r, as tensões podem ser calculadas de acordo com a seguinte equação:
  • 31. Solução de Love EQUAÇÃO DE LOVE 31 Isolando-se o termo entre as chaves, tem-se o fator de influência ( I ). O valor desse fator depende da relação z/r e x/r, obtido por tabela ou ábaco.
  • 32. Solução de Love ÁBACO DE LOVE 32 Tensões verticais induzidas por cargas uniformemente distribuídas em área circular.
  • 33. Solução de Love GRÁFICO PARA OBTENÇÃO DA INFLUÊNCIA ( I ) 33
  • 34. Solução de Love MÉTODO DOS QUADRADINHOS 34 • Ábaco dos quadradinhos; • Solução para carga uniforme sobre superfície qualquer; • Foi desenvolvido por Newmark, a partir da solução de Love.
  • 35. Solução de Love CONSTRUÇÃO DO ÁBACO DOS QUADRADINHOS 35 • Para a construção do ábaco são traçados 10 círculos concêntricos; • Cada círculo é dividido em 20 setores (quadradinhos); • O acréscimo de carga a um ponto do centro dos círculos situado a uma profundidade z corresponde a 10%, 20%, 30%,...,100% da carga total aplicada; • Cada setor influencia em 0,005 ou 0,5%.
  • 36. Solução de Love ÁBACO DOS QUADRADINHOS 36 Ábaco de influência para cálculo da tensão vertical, num ponto á profundidade AB.
  • 37. Solução de Love ÁBACO DOS QUADRADINHOS 37 Newmark atribuiu valores para I e calculou o raio de uma placa necessária para produzir o acréscimo de pressões à profundidade z.
  • 38. Solução de Love USO DO ÁBACO DOS QUADRADINHOS 38 • Área carregada desenhada em papel transparente e numa escala tal que o segmento AB do gráfico seja igual à profundidade z de interesse; • Coloca-se o desenho em planta sobre o gráfico, com projeção do ponto estudado (interno ou externo à área carregada) coincide com o centro do ábaco; • Conta-se o número de setores (unidades de influência) englobados pela área, estimando-se as frações parciais; • A tensão vertical induzida no ponto considerado será dada por:
  • 39. 39 Exercícios SOLUÇÃO DE BOUSSINESQ Para uma carga concentrada de valor igual Q = 500 kN, e uma distância horizontal entre a linha de aplicação da carga Q e a distância onde se desejam os acréscimos de tensão igual a r = 3,0 m, calcule os acréscimos de tensão (σv) e as tensões finais até uma profundidade (Z) de 8,0 m. Q r Z Solo
  • 40. 40 Exercícios SOLUÇÃO DE NEWMARK 8.1 Uma construção industrial apresenta uma planta retangular, com 12 m de largura e 48 m de comprimentos, e vai aplicar ao terreno uma pressão uniformemente distribuída de 50 kPa. Determinar o acréscimo de tensão, segundo a vertical pelos pontos A, B, C e D, a 6 m a 18 m de profundidade, aplicando a solução de Newmark. Calcule, também, para o ponto E, fora da área carregada.
  • 44. 44 Exercícios EXPRAIAMENTO DAS TENSÕES 8.2 Calcule os acréscimos de tensão do exercício anterior pela prática do “espraiamento das tensões”, e compare os resultados.
  • 47. Exercícios SOLUÇÃO DE LOVE 47 8.5 Um tanque metálico circular, com 14 m de diâmetro, foi construído com fundação direta na superfície, num terreno plano e horizontal, para estocagem de combustível. O tanque deverá transmitir ao terreno uma pressão de 50 kPa. Para a previsão de eventuais recalques, desejam-se conhecer os acréscimos de tensão a 3,5 e a 7 m de profundidade, no centro e na periferia do tanque.
  • 48. Solução de Love ÁBACO DE LOVE 48 Tensões verticais induzidas por cargas uniformemente distribuídas em área circular.
  • 49. Solução de Love GRÁFICO PARA OBTENÇÃO DA INFLUÊNCIA ( I ) 49
  • 50. Exercício MÉTODO DOS QUADRADINHOS 50 Determinar a tensão vertical atuante no ponto M. D e
  • 51. Referências Bibliográficas 51 PINTO, Carlos de Sousa. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006. 363 f. SANTOS, H; OLIVEIRA, E; VICTOR, P. Tensões verticais devido a cargas aplicadas em superfícies do terreno. Caraúbas. 05 nov. 2016. 19 slides. Apresentação em Power-point. BASTOS, César. Tensões no solo. Disponível em:<www.cefetes.br/Cursos/Transportes/CelioDavilla/Solos/Literat ura%20complementar/Apostila%20FURG%20Solos/10- %20TENSOES NO SOLO.pdf>. Acesso em: 05 nov., 2016.
  • 52. 52 “Construí amigos, enfrentei derrotas, venci obstáculos, bati na porta da vida e disse-lhe: Não tenho medo de vivê-la.” Augusto Cury Obrigado!