الإجهاد الفعال في التربة: التنمية والأهمية والمبادئ

عندما يتم بناء المبنى ، ينتقل وزنه إلى الأرض من خلال أساسه ، وبالتالي يحفز الضغوط في الطبقات الأساسية. قد تسبب هذه الإجهادات الناجمة عن مشاكل مثل التسوية المفرطة أو فشل القص ، وبالتالي فهي مهمة للمهندسين الجيوتقنية.

يشدد في شبه التربة:

تسبب الإجهاد في التربة الفرعية:

(ط) الوزن الذاتي للتربة

(ثانيا) الحمل الهيكلي على التربة

الإجهادات المطورة في التربة المشبعة هي:

(ط) الضغوط الفعالة

(2) الضغوط المحايده

(ج) إجمالي الضغوط.

الإجهاد الفعال:

كان كارل ترزاغي أول من أدرك أهمية الإجهاد الفعال. هو الإجهاد الذي ينتقل عن طريق الحبوب إلى الحبوب عند نقطة الاتصال من خلال كتلة التربة. ومن المعروف أيضا باسم الإجهاد بين حبيبات. يتم الإشارة إليه بواسطة σ ". عندما يتم تحميل كتلة التربة. يتم نقل الحمولة إلى مكاسب التربة من خلال نقطة الاتصال الخاصة بهم. إذا كان الحمل التطبيقي عند نقطة الاتصال أكبر من مقاومة الحبوب ، فسيكون هناك ضغط في كتلة التربة.

يرجع هذا الضغط جزئياً إلى الضغط المرن للحبوب عند نقاط التلامس ويرجع ذلك جزئياً إلى الانزلاق النسبي بين الجسيمات. ويسمى هذا الحمل لكل وحدة مساحة من كتلة التربة المسؤولة عن تشوه كتلة التربة كإجهاد فعال.

الإجهاد الحيادي:

هذا هو الضغط أو الضغط الذي ينتقل عن طريق السائل المسامي. يطلق عليه أيضا باسم ضغط المسام ويشار إليه بواسطة ش. في التربة المشبعة ، تمتلئ مسامات كتلة التربة بالماء. عندما يتم تحميل كتلة التربة المشبعة ، لا ينتقل الحمل من خلال الحبوب. يتم نقل الحمولة إلى الماء المسام. بما أن الماء غير قابل للانضغاط ، يتم تطوير الضغط في الماء المسام.

يسمى هذا الضغط ضغط المسام أو ضغط المياه المسام. لا يكون لضغط المسام أي تأثير يمكن قياسه على الخاصية الميكانيكية للتربة مثل نسبة الفراغ ، وقوة القص وما يسمى هذا الضغط أو الإجهاد الإجهاد المحايد.

مجموع الإجهاد:

إجمالي الإجهاد يساوي مجموع الإجهاد الفعال والضغط المحايدة. يرمز لها σ.

σ = σ + u

لا يمكن قياس الإجهاد الفعال في الحقل بواسطة أي أداة. لا يمكن حسابه إلا بعد قياس الضغط الكلي وضغط المسام. وبالتالي ، فإن الإجهاد الفعال ليس معيارًا ماديًا ، بل هو مفهوم رياضي مفيد جدًا لتحديد السلوك الهندسي للتربة.

أهمية الإجهاد الفعال في المشاكل الهندسية:

يلعب الضغط الفعال دورًا هامًا في:

(ط) تسوية التربة

(2) قوة القص للتربة

تسوية التربة:

وتسمى ظاهرة الانخفاض التدريجي لحجم التربة نتيجة لطرد المياه من مسام التربة التوحيد أو الانضغاط أو تسوية التربة. يوضح الشكل 5.3 منحنى انضغاط الطين. إنه منحنى بين نسبة الإجهاد الفعال σ و الفراغ e. من الواضح من الرسم البياني أنه عندما يزيد e من النقصان ، أي نتيجة لزيادة الضغط الفعال ، سيزداد ضغط التربة.

يمكن حساب تسوية الدمج النهائي باستخدام الصيغة

S = m V H

حيث m V هو معامل انضغاطية الحجم

H هو سمك طبقة الانضغاط

∆σ هو متوسط ​​الزيادة في الضغط الفعال.

من المعادلة أعلاه ، من الواضح أن تسوية التربة تتناسب طرديا مع الضغط الفعال. لذا فإن تسوية التربة تعتمد على الإجهاد الفعال أو الضغط الفعال. ومع زيادة الضغط الفعال ، تزداد أيضًا تسوية التربة.

قوة القص للتربة:

تتطلب العديد من مشكلات الهندسة الجيوتقنية تقييمًا لقوة القص بما في ذلك:

(أ) الأسس الهيكلية:

يتم نقل التحميل من هيكل إلى الأرض من خلال الأساس. هذا ينتج إجهاد القص وضغط الضغط. إذا كان إجهاد القص هو أكثر من قوة القص للتربة ، فإن فشل القص يحدث ويؤدي إلى انهيار الهيكل.

(ب) المنحدرات الأرضية:

على الأرض المنحدرة ، تنتج الجاذبية ضغوط القص في التربة. إذا تجاوزت هذه الضغوط قوة القص ، يحدث انهيار أرضي.

(ج) أرصفة الطرق السريعة:

يتم نقل الأحمال من المركبات من خلال الرصيف إلى الأرض. هذه الأحمال تنتج إجهاد القص الذي يسبب قص القص.

هل تعرف؟

قيمة K في اتجاه x تساوي ذلك في الاتجاه y لسطح أرضي مستوي.

يتم حساب قوة القص من التربة باستخدام الصيغة

S = σ tan ɸ

حيث σ = الإجهاد الفعال

ɸ = زاوية الاحتكاك الفعال

بالنسبة للتربة المعينة ، f ثابتة. قوة القص عندها تتناسب طرديا مع الضغط الفعال. مع زيادة الضغط الفعال ، تزداد القوة. إذا كانت قوة تربة القص أكثر ، فإن قص القص سيكون أقل.

مبدأ الاجهاد الفعال:

إذا تم تحميل كتلة التربة المشبعة ، يتم نقل الحمولة إلى الماء المسام. بعد طرد الماء المسام يتم نقله إلى حبيبات التربة. واسمحوا YY أن تكون الطائرة المتموجة تمر عبر نقاط الاتصال من الحبوب التربة. اسمحوا أ تكون منطقة الطائرة المتموجة YY. هذه المنطقة A هي مجموع مساحة حبيبات الاتصال (A g ) ومساحة المياه المسام (A w ) كما هو موضح في الشكل 5.5. يتضح من الشكل 5.6 أن مساحة الحبيبات الملامسة (A g ) أقل بكثير من مساحة الماء المسام (A w ) أي ، A w = A.

فليكن F هو الحمل الكلي على المنطقة A.

يمكن أن يسمى مبدأ الإجهاد الفعال في أبسطها من

(1) الإجهاد الفعال يساوي مجموع الإجهاد مطروحًا منه ضغط المسام للتربة المشبعة

σ = σ - ش

(2) يتحكم الضغط الفعال في بعض جوانب سلوك التربة مثل القوة والتشوه وغير ذلك.