Tensiune efectivă

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 18 iunie 2015; verificările necesită 5 modificări .

Stres efectiv (eng. effective stress path esp ) - termenul de bază al mecanicii solului , definit ca diferența dintre stresul aplicat asupra solului și presiunea porilor ${\boldsymbol {\sigma }}_{ij}$ $p$ sau, cu alte cuvinte, stresul aplicat unui corp poros uscat (adică la ) . [unu] $p=0$

În cazul solurilor granulometrice, poate fi considerată ca o forță care ține agregatul de particule într-o stare rigidă. Acest lucru se aplică de obicei nisipului sau pietrișului și altor materiale poroase, cum ar fi etc.biologicepulberile (adică efectuate la presiunea porilor zero).

În funcție de dependență , tensiunea totală în fiecare punct este constantă, dacă tensiunea efectivă crește, tensiunea porilor scade. $\sigma ^{'}=\sigma -u$ $\sigma$ $\sigma ^{'}$ $u$

Istorie

Carl von Terzaghi a propus pentru prima dată termenul de stres efectiv în 1925 în sensul actual. [2] Înainte de aceasta, termenul „eficient” însemna stresul de proiectare , care era eficient în deplasarea solului sau în cauza deplasărilor . Este adesea interpretat ca stresul mediu perceput de scheletul solului.

Maurice Biot a dezvoltat o teorie tridimensională a consolidării solului prin extinderea modelului unidimensional dezvoltat anterior de Terzaghi la ipoteze mai generale și prin introducerea unui set de ecuații de poroelasticitate de bază.

Alex Skempton, în lucrarea sa din 1960, a efectuat o revizuire amplă a formulărilor disponibile din literatura de specialitate și a datelor experimentale privind tensiunile eficiente pentru a perfecționa ipoteze precum comportamentul stres-deformare sau rezistență al solului, mediu saturat sau nesaturat, comportamentul solului etc.

Descriere

Tensiunea efectivă (σ') care acționează asupra solului se calculează din doi parametri: stresul total (σ) și presiunea apei poroase (u) conform:

\sigma '=\sigma -u\,

De regulă, pentru cazuri simple

{\begin{aliniat}\sigma &=H_{\mathrm {sol} }\,\gamma _{\mathrm {sol} }\\u&=H_{\mathrm {w} }\,\gamma _ {\mathrm {w} }\end{aliniat}}

Similar conceptului de stres în sine, formula este o construcție pentru a simplifica vizualizarea forțelor care acționează asupra unui corp de sol, în special în modelele simple de analiză a stabilității pantei care includ un plan de alunecare. [3] În aceste modele, este important să se cunoască greutatea totală a solului de deasupra (inclusiv apa) și presiunea porilor apei în planul de alunecare, presupunând că aceasta acționează ca un strat închis.

Cu toate acestea, formula devine confuză atunci când se consideră adevăratul comportament al particulelor de sol în diferite condiții măsurate, deoarece niciunul dintre parametri nu este de fapt o acțiune independentă asupra particulelor.

Să luăm în considerare un grup de granule rotunde de nisip de cuarț , pliate liber în modelul clasic de „ghiule de tun”. După cum puteți vedea, există o tensiune de contact unde sferele se ating efectiv. Adăugați mai multe sfere și tensiunile de contact cresc până la punctul în care provoacă instabilitate de frecare ( frecare dinamică ) și posibil defecțiune. Un parametru independent care afectează contactele (atât normale, cât și transversale) este rezistența sferelor de sus. Acest lucru poate fi calculat folosind densitatea medie totală a sferelor și înălțimea sferelor de deasupra lor.

Dacă apoi punem aceste sfere într- un pahar și adăugăm puțină apă, ele vor începe să plutească puțin în funcție de densitatea lor ( flotabilitate ). Cu soluri naturale, efectul poate fi semnificativ, așa cum poate atesta oricine care a ridicat o stâncă mare dintr-un lac. Tensiunea de contact asupra sferelor scade pe măsură ce marginile sferelor se scufundă, dar nimic nu se schimbă dacă se adaugă mai multă apă după aceea. Deși presiunea apei dintre sfere (presiunea porilor apei) crește, stresul efectiv rămâne același deoarece conceptul de „stres total” include greutatea întregii ape de deasupra. Aici ecuația poate deveni confuză și stresul efectiv poate fi calculat folosind densitatea plutitoare a sferelor (solului) și înălțimea solului deasupra acestora.

Conceptul de stres efectiv devine cu adevărat interesant când vine vorba de presiunea apei interioare nehidrostatice . În condițiile unui gradient de presiune a porilor, apa subterană curge conform ecuației de permeabilitate ( legea lui Darcy ). Folosind sferele noastre ca model, pompăm (sau luăm) apă între sfere. Când apa este injectată, forța de infiltrație separă sferele și reduce stresul efectiv. Astfel, masa solului devine mai slabă. Când apa este aspirată, sferele se micșorează și stresul efectiv crește.

Cele două extreme ale acestui efect sunt nisipurile mișcătoare , unde gradientul apei subterane și forța de infiltrație acționează împotriva gravitației ; și „efectul de castele de nisip” [4] unde drenajul apei și acțiunea capilară întăresc nisipul. În plus, stresul efectiv joacă un rol important în stabilitatea pantei și în alte probleme geotehnice și geotehnice , cum ar fi tasarea asociată cu apa subterană.

Note

Terzaghi, K. (1925). Principiile mecanicii solului. Engineering News-Record, 95(19-27).

↑ 1 2 Guerriero, V (2021). „Teoria stresului eficient în sol și rocă și implicații pentru procesele de fracturare: o revizuire.” geoștiințe . 11 (3): 119. Cod biblic : 2021Geosc..11..119G . DOI : 10.3390/geosciences11030119 .
↑ Terzaghi, Karl (1936). „Relația dintre mecanica solului și ingineria fundației: discurs prezidențial.” Proceedings, First International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Boston . 3, 13-18.
↑ Geo-Inginerie la Universitatea Durham
↑ http://home.tu-clausthal.de/~pcdj/publ/PRL96_058301.pdf Arhivat din original la 30 mai 2008.