Effectieve stress in de bodem: ontwikkeling, belang en principes

Wanneer een gebouw wordt gebouwd, wordt het gewicht ervan via de fundering doorgegeven aan de grond, waardoor spanningen in de onderliggende lagen worden veroorzaakt. Deze geïnduceerde spanningen kunnen problemen veroorzaken zoals overmatige afzetting of afschuiving en zijn dus belangrijk voor geotechnische ingenieurs.

Spanningen in subgrond:

Spanningen in de ondergrond worden veroorzaakt door:

(i) Eigen gewicht van de grond

(ii) Structurele belasting van de bodem

Spanningen ontwikkeld in verzadigde grond zijn:

(i) Effectieve spanningen

(ii) Neutrale spanningen

(iii) Totale spanningen.

Effectieve stress:

Karl Terzaghi was de eerste die het belang van effectieve stress onderkende. Het is de spanning die door graan op graan wordt overgedragen op het contactpunt door de bodemmassa. Het is ook bekend als intergranulaire stress. Het wordt aangegeven door σ '. Wanneer de bodemmassa wordt geladen. De belasting wordt via hun contactpunt overgebracht naar de grondwinsten. Als op het contactpunt de uitgeoefende belasting groter is dan de weerstand van de korrels, dan is er sprake van compressie in de grondmassa.

Deze compressie is gedeeltelijk te wijten aan de elastische samendrukking van de korrels op de contactpunten en deels vanwege het relatieve glijden tussen deeltjes. Deze belasting per oppervlakte-eenheid van de bodemmassa die verantwoordelijk is voor vervorming van de bodemmassa wordt effectieve stress genoemd.

Neutrale stress:

Het is de spanning of druk die door de poriënvloeistof wordt overgedragen. Het wordt ook wel poriëndruk genoemd en wordt aangeduid met u. In verzadigde grond worden de poriën van de bodem gevuld met water. Wanneer de verzadigde grondmassa wordt geladen, wordt de lading niet door de korrels getransporteerd. De lading wordt overgebracht naar het poriewater. Omdat water niet samendrukbaar is, wordt een druk ontwikkeld in het poriewater.

Deze druk wordt waterspanning of poriëndruk genoemd. De waterspanning heeft geen meetbare invloed op de mechanische eigenschappen van de bodem zoals de holteverhouding, de afschuifsterkte enz. Deze druk of spanning wordt neutrale spanning genoemd.

Totale stress:

Totale spanning is gelijk aan de som van de effectieve spanning en de neutrale spanning. Het wordt aangegeven door σ.

σ = σ + u

Effectieve stress kan met geen enkel instrument in het veld worden gemeten. Het kan alleen worden berekend na het meten van de totale spanning en de waterspanning. Effectieve stress is dus geen fysieke parameter, maar is slechts een zeer nuttig wiskundig concept voor het bepalen van technisch gedrag van grond.

Het belang van effectieve stress bij technische problemen:

De effectieve stress speelt een belangrijke rol bij:

(i) Afzetting van grond

(ii) Afschuifsterkte van grond

Settlement of Soil:

Het fenomeen van geleidelijke afname van het volume van grond door uitdrijving van water uit bodemporiën wordt consolidatie of compressie of afzetting van grond genoemd. Figuur 5.3 toont een compressiecurve van klei. Het is een curve tussen effectieve stress σ en ongelijke verhouding e. Het is duidelijk uit de grafiek dat wanneer σ e-dalingen verhoogt dat wil zeggen, als gevolg van toename van de effectieve spanning de samendrukking van grond zal toenemen.

De uiteindelijke consolidatie-afrekening kan worden berekend met behulp van de formule

S = m V H

waarbij mV de volumecompressiecoëfficiënt is

H is de dikte van de samendrukbare laag

Δσ is de gemiddelde toename in effectieve druk.

Uit de bovenstaande vergelijking is het duidelijk dat de afzetting van de bodem recht evenredig is met de effectieve druk. De bodemafzetting is dus afhankelijk van de effectieve belasting of effectieve druk. Naarmate de effectieve stress toeneemt, neemt ook de afzetting van de bodem toe.

Schuifsterkte van de bodem:

Veel problemen met geotechniek vereisen een beoordeling van de afschuifsterkte, waaronder:

(a) Structurele grondslagen:

Lading van een structuur wordt via fundering naar de grond overgebracht. Dit produceert schuifspanning en drukspanning. Als de geproduceerde schuifspanning groter is dan de schuifsterkte van de grond, treedt er afschuiffalen op waardoor de structuur bezwijkt.

(b) Aardehellingen:

Op een hellende ondergrond produceert de zwaartekracht schuifspanningen in de grond. Als deze spanningen de afschuifsterkte overschrijden, treedt er een landzijde op.

(c) Snelwegverhardingen:

Wielbelastingen, van voertuigen worden via bestrating op de grond overgebracht. Deze belastingen produceren schuifspanning die afschuiving veroorzaakt.

Weet jij?

De waarde van K in x-richting is gelijk aan die in y-richting voor een vlak grondoppervlak.

Schuifsterkte van aarde wordt berekend met behulp van de formule

S = σ tan ɸ

Waar o = effectieve stress

ɸ = effectieve wrijvingshoek

Voor een gegeven bodem is f constant. Schuifsterkte is dan direct evenredig met effectieve spanning. Dus met toename van effectieve stress neemt de kracht toe. Als de afschuifsterkte van de grond groter is, zal de schuifkracht minder zijn.

Principe van effectieve stress:

Als de verzadigde grondmassa wordt geladen, wordt de lading overgebracht naar het poriewater. Na uitzetting van poriënwater wordt het overgebracht naar de grondkorrels. Laat YY het golvende vlak zijn dat door de contactpunten van de grondgranen loopt. Laat A het gebied van het golvende vlak YY zijn. Dit gebied A is de som van het oppervlak van het korrelcontact (A g ) en het gebied van het poriënwater ( Aw ) zoals weergegeven in figuur 5.5. Het is duidelijk uit figuur 5.6 dat het gebied van korrelcontact (A g ) veel kleiner is dan het gebied van poriënwater ( Aw ) dat wil zeggen, A w = A.

Laat F de totale belasting op gebied A zijn.

Het principe van effectieve stress in de eenvoudigste van kan worden vermeld als

(i) De effectieve spanning is gelijk aan de totale spanning min de waterspanning voor een verzadigde grond

σ = σ - u

(ii) De effectieve spanning bestuurt bepaalde aspecten van bodemgedrag zoals sterkte, vervorming enz.