Sua pergunta é específica para a mudança de pressão com a profundidade da terra. Quando essa terra consiste em solos, as pressões lateral e vertical podem ser calculadas de várias maneiras diferentes, dependendo se o solo é areia ou argila e se há água subterrânea presente. Pode ser uma questão bastante complexa, como ilustra a seguir.
Proporção de pressão horizontal para vertical
De um modo geral, em escavações, sob condições de aterro e fundações, a pressão horizontal e a pressão vertical não são consideradas equivalentes e dependem da interação estrutura-solo, em termos de condições ativas, passivas e em repouso.
As condições ativas são onde a estrutura está se afastando do solo (diminuição da pressão na estrutura). As condições passivas ocorrem onde a estrutura está se movendo em direção ao solo (aumentando a pressão sobre a estrutura) e em repouso é onde o solo atingiu seu estado natural. Você pode imaginar que todas essas três condições poderiam ser observadas em uma estrutura de retenção, pois ela pode girar ou deformar durante sua vida útil.
Geralmente, a maioria das teorias fornecerá coeficientes que podem ser usados para calcular a proporção de pressão horizontal para vertical com base no estado da interação solo / estrutura e nas propriedades dos solos. Alguns são baseados na proporção de Poisson. Até usei uma razão de Poisson baseada na temperatura para realizar uma análise elástica das pressões horizontal e vertical em estruturas de pavimentos betuminosos usando as equações de Boussinesq.
Estresse efetivo
Onde as águas subterrâneas estão presentes, a pressão é expressa em termos de estresse efetivo , que é a diferença entre o estresse total e a pressão da água dos poros. Isso é complicado de entender, mas tem a ver com a flutuabilidade do solo e outros fatores.
Por exemplo, considere um ponto de interesse 10 m abaixo da superfície do solo e areias uniformes com densidade natural de 1300 kg / m3, a tensão total na profundidade de interesse de 10 m seria 130 kPa. Agora considere que a superfície livre do lençol freático está a uma profundidade constante de 2 m e assume que a densidade da água é de 1000 kg / m3. A pressão dos poros na profundidade de 10 m seria baseada em uma coluna de 8 m de água, de modo que a pressão dos poros seria de 80 kPa na profundidade de interesse. Assim, a tensão efetiva a 10 m se torna 130 kPa - 80 kPa = 50 kPa. Essa é uma expressão muito simplificada, pois pode haver muitos outros fatores, por exemplo, flutuações no nível da água, as chamadas condições de 'areia movediça' e para reter estruturas como drenagem, entre muitas outras considerações.
Areias (solos sem coesão)
Para solos arenosos (sem coesão), a Teoria de Rankine (elasticidade) é frequentemente aplicada. Para isso, o ângulo de resistência ao cisalhamento do solo (ângulo de atrito) e o ângulo de inclinação da estrutura de escavação / retenção tornam-se críticos.
O ângulo de atrito do solo arenoso é melhor medido em laboratório, mas também é considerado aproximadamente equivalente ao ângulo natural de repouso do material seco e solto.
Argilas (solos sem atrito)
Para solos com um elemento coeso, como combinações de argilas e lodo de argila, a Teoria de Coulombs (Cunha) (plasticidade) é comumente aplicada. Sob essa análise, o solo é imaginado como uma cunha (corpo livre) atrás da estrutura e, como a solução não é determinada, uma variedade de superfícies de falha em potencial é tentada até que a solução converja em uma pressão máxima do solo.
Solos com atrito e coesão
A teoria de Coluomb pode ser usada em solos que exibem atrito e coesão. O método de Rankine não é adequado para solos coesos. No entanto, determinar a proporção de tensão horizontal para vertical pode exigir análises adicionais.
Freqüentemente, a relação pode ser estabelecida determinando os estados de estresse, representados por um círculo de Mohr . Essas propriedades são frequentemente medidas por testes de cisalhamento Triaxal, onde uma coluna de solo é testada em laboratório sob uma variedade de pressões limitantes. Isso pode estabelecer a força coesa e o ângulo de atrito do material e a proporção de tensão horizontal para vertical de acordo com a profundidade.
Teoria Elástica Geral
Existem outros métodos teóricos que costumam ser usados para calcular as pressões horizontal e vertical abaixo de um ponto da fundação. Geralmente são aplicados dois métodos: 1) teoria de Westergaard e 2) teoria de Boussinesq. A razão da pressão horizontal para a vertical em algum ponto abaixo da superfície é em grande parte uma função do valor estimado da razão de Poisson .
A teoria de Westergaard é a teoria elástica aplicada a mídias em camadas. Este é o caso na maioria das condições normalmente encontradas na prática.
A teoria de Boussinesq é a teoria elástica aplicada a um meio espaço elástico homogêneo. Embora isso possa não ser tão aplicável a todos os solos, ele encontra aplicação frequente sob premissas simplificadoras.
Fecho
Esta é apenas uma amostra das técnicas de análise mais comuns usadas para avaliar a pressão da terra em escavações, fundações e estruturas de retenção. Existem outros, por exemplo, Log Spiral Analysis para escavações reforçadas, que são freqüentemente usados. Embora as teorias possam ser complexas, quando se considera a grande dificuldade em estabelecer a verdadeira composição das condições do solo abaixo da superfície (isto é, a existência de camadas, a espessura das camadas e a variabilidade das propriedades dos solos), fica claro que a análise de pressão / tensão requer muita experiência e habilidade.
