Căng thẳng hiệu quả trong đất: Phát triển, Tầm quan trọng và Nguyên tắc

Khi một tòa nhà được xây dựng, trọng lượng của nó được truyền xuống mặt đất thông qua nền tảng của nó, do đó gây ra các ứng suất trong các tầng bên dưới. Những ứng suất gây ra này có thể gây ra các vấn đề như giải quyết quá mức hoặc thất bại cắt và do đó rất quan trọng đối với các kỹ sư địa kỹ thuật.

Ứng suất trong đất phụ:

Ứng suất trong đất phụ là do:

(i) Trọng lượng bản thân của đất

(ii) Tải trọng kết cấu trên đất

Ứng suất phát triển trong đất bão hòa là:

(i) Căng thẳng hiệu quả

(ii) căng thẳng trung tính

(iii) Tổng ứng suất.

Căng thẳng hiệu quả:

Karl Terzaghi là người đầu tiên nhận ra tầm quan trọng của căng thẳng hiệu quả. Đó là ứng suất truyền qua hạt đến hạt tại điểm tiếp xúc qua khối đất. Nó còn được gọi là căng thẳng giữa các hạt. Nó được ký hiệu là σ '. Khi khối lượng đất được tải. Tải được chuyển đến đất tăng thông qua điểm tiếp xúc của chúng. Nếu tại điểm tiếp xúc, tải trọng ứng dụng lớn hơn điện trở của hạt, thì sẽ có lực nén trong khối đất.

Sự nén này một phần là do lực đàn hồi của các hạt tại các điểm tiếp xúc và một phần do trượt tương đối giữa các hạt. Tải trọng này trên một đơn vị diện tích khối đất chịu trách nhiệm cho sự biến dạng của khối đất được gọi là ứng suất hiệu quả.

Stress trung tính:

Đó là sự căng thẳng hoặc áp lực truyền qua chất lỏng lỗ chân lông. Nó cũng được gọi là áp lực lỗ rỗng và được ký hiệu là u. Trong đất bão hòa, lỗ chân lông của khối đất được lấp đầy bằng nước. Khi khối đất bão hòa được tải, tải không được truyền qua các hạt. Tải được chuyển vào nước lỗ rỗng. Khi nước không thể nén được, một áp lực được phát triển trong nước lỗ rỗng.

Áp suất này được gọi là áp lực lỗ rỗng hoặc áp lực nước lỗ rỗng. Áp lực lỗ rỗng không có bất kỳ ảnh hưởng có thể đo lường nào đối với tính chất cơ học của đất như tỷ lệ rỗng, cường độ trượt v.v ... Áp suất hoặc ứng suất này được gọi là ứng suất trung tính.

Tổng số căng thẳng:

Tổng ứng suất bằng tổng ứng suất hiệu quả và ứng suất trung tính. Nó được ký hiệu là σ.

σ = σ + u

Căng thẳng hiệu quả không thể được đo trong lĩnh vực này bằng bất kỳ công cụ nào. Nó chỉ có thể được tính sau khi đo tổng ứng suất và áp lực lỗ rỗng. Do đó, ứng suất hiệu quả không phải là một tham số vật lý, mà chỉ là khái niệm toán học rất hữu ích để xác định hành vi kỹ thuật của đất.

Tầm quan trọng của sự căng thẳng hiệu quả trong các vấn đề kỹ thuật:

Sự căng thẳng hiệu quả đóng một vai trò quan trọng trong:

(i) Giải quyết đất

(ii) Độ bền cắt của đất

Giải quyết đất:

Hiện tượng giảm dần thể tích đất do trục xuất nước khỏi lỗ chân lông được gọi là sự cố kết hoặc nén hoặc lún của đất. Hình 5.3 cho thấy đường cong nén của đất sét. Đó là một đường cong giữa ứng suất và tỷ lệ void hiệu quả e. Rõ ràng từ biểu đồ là khi σ tăng e giảm, tức là do sự gia tăng ứng suất hiệu quả, độ nén của đất sẽ tăng lên.

Việc giải quyết hợp nhất cuối cùng có thể được tính bằng cách sử dụng công thức

S = m _V H

Trong đó m _V là hệ số nén thể tích

H là độ dày của lớp có thể nén

Là mức tăng trung bình của áp suất hiệu quả.

Từ phương trình trên, rõ ràng độ lún của đất tỷ lệ thuận với áp lực hiệu quả. Vì vậy, việc giải quyết đất phụ thuộc vào căng thẳng hiệu quả hoặc áp lực hiệu quả. Khi ứng suất hiệu quả tăng, độ lún của đất cũng tăng.

Độ bền cắt của đất:

Nhiều vấn đề kỹ thuật địa kỹ thuật đòi hỏi phải đánh giá độ bền cắt bao gồm:

(a) Cơ sở kết cấu:

Tải trọng từ một cấu trúc được chuyển xuống mặt đất thông qua nền tảng. Điều này tạo ra ứng suất cắt và ứng suất nén. Nếu ứng suất cắt tạo ra nhiều hơn cường độ cắt của đất, sự cố cắt xảy ra làm cho cấu trúc bị sụp đổ.

(b) Độ dốc trái đất:

Trên mặt đất dốc, trọng lực tạo ra ứng suất cắt trong đất. Nếu những ứng suất này vượt quá cường độ cắt, một vùng đất xảy ra.

(c) Vỉa hè đường cao tốc:

Tải trọng bánh xe, từ các phương tiện được chuyển qua mặt đường xuống đất. Những tải trọng này tạo ra ứng suất cắt gây ra sự cố cắt.

Bạn có biết?

Giá trị của K theo hướng x bằng với giá trị theo hướng y cho một mặt đất bằng phẳng.

Độ bền cắt của đất được tính bằng công thức

S = σ tan ɸ

Trong đó σ = căng thẳng hiệu quả

= Góc ma sát hiệu quả

Đối với một loại đất nhất định, f là hằng số. Sức mạnh cắt sau đó tỷ lệ thuận với căng thẳng hiệu quả. Vì vậy, với sự gia tăng căng thẳng hiệu quả, sức mạnh tăng lên. Nếu cường độ cắt của đất nhiều hơn, thất bại cắt sẽ ít hơn.

Nguyên tắc căng thẳng hiệu quả:

Nếu khối đất bão hòa được tải, tải được chuyển sang nước lỗ rỗng. Sau khi trục xuất nước lỗ rỗng, nó được chuyển đến các hạt đất. Gọi YY là mặt phẳng lượn sóng đi qua các điểm tiếp xúc của các hạt đất. Gọi A là diện tích của mặt phẳng lượn sóng YY. Vùng A này là tổng diện tích tiếp xúc hạt (A _g ) và diện tích nước lỗ rỗng (A _w ) như trong hình 5.5. Rõ ràng từ hình 5.6, diện tích hạt tiếp xúc (A _g ) nhỏ hơn nhiều so với diện tích nước lỗ rỗng (A _w ), tức là A _w = A.

Gọi F là tổng tải trên khu vực A.