Nos problemas de fundações, a interação das estruturas com o solo implica a transmissão de forças predominantemente verticais. Contudo, são também inúmeros os casos em que as estruturas interagem com o solo por meio de forças horizontais, denominadas empuxo de terra. Nesses casos, as interações dividem-se em duas categorias.
A primeira categoria verifica-se quando determinada estrutura é construída para suportar um maciço de solo. As forças que o solo exerce sobre as estruturas são de natureza ativa. O solo “empurra” a estrutura, que reage, tendendo a afastar-se do maciço. Na figura abaixo são apresentadas duas obras desse tipo.
Imagem retirada do livro Contenções: teoria e aplicações em obras – 2ª ed. Todos os direitos reservados à Editora Oficina de Textos.
Na segunda categoria, ao contrário, é a estrutura que é empurrada contra o solo. A força exercida pela estrutura sobre o solo é de natureza passiva. Um caso típico desse tipo de interação solo-estrutura é o de fundações que transmitem ao maciço forças com elevada componente horizontal, como é o caso de pontes em arco (figura abaixo).
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Em determinadas obras, a interação solo-estrutura pode englobar simultaneamente as duas categorias referidas. É o que ocorre na figura abaixo, em que se representa um muro-cais ancorado. As pressões do solo suportado imediatamente atrás da cortina são equilibradas pela força Ft de um tirante de aço amarrado em um ponto perto do topo da cortina e pelas pressões do solo em frente à cortina.
O esforço de tração no tirante tende a deslocar a placa para a esquerda, isto é, empurra-a contra o solo, mobilizando pressões de natureza passiva de um lado e pressões de natureza ativa do lado oposto.
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Para identificar a natureza do empuxo, basta verificar o sentido dos deslocamentos da estrutura. O empuxo ativo atua no mesmo sentido dos deslocamentos da estrutura que esse mesmo empuxo provoca. Por outro lado, o empuxo passivo atua no sentido oposto a esses deslocamentos.
O cômputo da resultante e da distribuição das pressões que o solo exerce sobre a estrutura, quer as de natureza ativa, quer as de natureza passiva, é de difícil determinação. Como toda estrutura sofre deformações, os empuxos variam em função dos deslocamentos.
A figura abaixo mostra uma cortina que sofre deformações. O solo à esquerda da cortina tem seu estado de tensões horizontais aliviado (estado ativo), ao passo que, no lado direito, a magnitude das tensões é aumentada (estado passivo). Com isso, pode-se antever a seguinte relação:
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Contudo, a avaliação do valor mínimo (caso ativo) ou máximo (caso passivo) é um problema que é usualmente resolvido por meio das teorias de estado-limite.
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