Effektiv stress i jord: Utvikling, Viktighet og prinsipper

Når en bygning er konstruert, overføres vekten til grunnen gjennom grunnlaget, og dermed fremkaller spenninger i underliggende lag. Disse induserte spenningene kan forårsake problemer som for stor oppløsning eller skjærfeil og er derfor viktig for geotekniske ingeniører.

Stress i Sub-Soil:

Stress i undergrunn er forårsaket av:

(i) Selvvekt av jord

(ii) Strukturell belastning på jorden

Stress utviklet i mettet jord er:

(i) Effektive påkjenninger

(ii) Neutrale påkjenninger

(iii) Totalt spenninger.

Effektiv stress:

Karl Terzaghi var den første som gjenkjente viktigheten av effektivt stress. Det er stresset som overføres gjennom korn til korn ved kontaktpunkt gjennom jordmasse. Det er også kjent som intergranulær stress. Det er betegnet av σ '. Når jordmassen er lastet. Lasten overføres til jordvinster gjennom deres kontaktpunkt. Hvis det på kontakten er den påførte belastningen større enn motstanden til kornene, vil det bli kompresjon i jordmassen.

Denne kompresjon skyldes delvis den elastiske komprimeringen av kornene ved kontaktpunktene og delvis på grunn av relativ glidning mellom partikler. Denne belastningen per arealareal av jordmasse som er ansvarlig for deformasjon av jordmassen kalles som effektiv spenning.

Neutral Stress:

Det er stresset eller trykket som overføres gjennom porevolumet. Det kalles også som poretrykk og er betegnet av deg. I mettet jord er porer av jordmassen fylt med vann. Når mettet jordmasse er lastet, overføres ikke lasten gjennom kornene. Lasten overføres til porevannet. Ettersom vann er inkomprimerbart, utvikles et trykk i porevannet.

Dette trykket kalles poretrykk eller porvannstrykk. Poretrykk har ingen målbar innflytelse på jordens mekaniske egenskaper som tomrum, skjærstyrke etc. Dette trykket eller stresset kalles nøytralstress.

Totalt stress:

Total stress er lik summen av effektiv stress og nøytral stress. Det er betegnet av σ.

σ = σ + u

Effektiv stress kan ikke måles i feltet ved hjelp av et hvilket som helst instrument. Den kan bare beregnes etter måling av total spenning og poretrykk. Dermed er effektivt stress ikke en fysisk parameter, men er bare meget nyttig matematisk konsept for å bestemme jordens teknologiske oppførsel.

Betydningen av effektiv stress i ingeniørproblemer:

Det effektive stresset spiller en viktig rolle i:

(i) Oppgjør av jord

(ii) Skjuvfasthet av jord

Oppgjør av jord:

Fenomenet gradvis reduksjon i volum av jord på grunn av utvisning av vann fra jordporer kalles konsolidering eller kompresjon eller oppgjør av jord. Figur 5.3 viser en kompresjonskurve av leire. Det er en kurve mellom effektiv stress σ og tomrum e. Det er tydelig fra grafen at når σ øker e, reduseres dvs. på grunn av økt effektiv spenning, vil kompresjonen av jord øke.

Den endelige konsolideringsoppgjøret kan beregnes ved å bruke formelen

S = m _V H

hvor m _V er volumkoeffisienten

H er tykkelsen på komprimerbart lag

Δσ er gjennomsnittlig økning i effektivt trykk.

Fra ovennevnte ligning er det klart at oppgjør av jord er direkte proporsjonal med det effektive trykket. Så avgjørelsen av jord avhenger av det effektive stresset eller det effektive trykket. Etter hvert som det effektive stresset øker, øker jordens oppgjør også.

Skjærstyrke av jord:

Mange geotekniske problemstillinger krever en vurdering av skjærstyrke, inkludert:

(a) Strukturelle grunner:

Last fra en struktur overføres til grunn gjennom fundamentet. Dette gir skjærspenning og trykkspenning. Hvis skjuvspenning produsert er mer enn jordskjærets styrke, oppstår skjærfeil som forårsaker at strukturen faller sammen.

(b) Jordskråninger:

På skrånende bakken produserer tyngdekraft skjærspenninger i jorda. Hvis disse belastningene overstiger skjærstyrken, oppstår en landside.

(c) motorveier:

Hjullast, fra kjøretøyer blir overført gjennom fortau til bakken. Disse belastningene produserer skjærspenning som forårsaker skjærfeil.

Vet du?

Verdien av K i x-retning er lik den i y-retningen for et jevnt underlag.

Skjærstyrke av jord beregnes ved å bruke formelen

S = σ tan ɸ

Hvor σ = Effektiv stress

ɸ = Effektiv friksjonsvinkel

For en gitt jord er f konstant. Skjærstyrken er da direkte proporsjonal med effektiv stress. Så med økning i effektiv stress øker styrken. Hvis skjuvfasthet i jord er mer, vil skjærfeil være mindre.

Prinsipp for effektiv stress:

Hvis mettet jordmasse er lastet, overføres lasten til porevannet. Etter utvisning av porevann overføres det til jordkornene. La YY være det bølgede flyet som går gjennom kontaktpunktene til jordkornene. La A være området av det bølgete planet YY. Dette arealet A er summen av område av kornkontakt (A _g ) og område av porevannet (A _w ) som vist i figur 5.5. Det fremgår av figur 5.6 at kornområdet (A _g ) er mye mindre enn området for porevann (A _w ) dvs. A _w = A.

La F være totalbelastningen i område A.