Stress efficace nel suolo: sviluppo, importanza e principi

Quando un edificio è costruito, il suo peso viene trasmesso al suolo attraverso il suo fondamento, inducendo così stress negli strati sottostanti. Queste sollecitazioni indotte potrebbero causare problemi come l'assestamento eccessivo o l'interruzione del taglio e quindi sono importanti per gli ingegneri geotecnici.

Sottolinea nel sottosuolo:

Le sollecitazioni nel sottosuolo sono causate da:

(i) Peso proprio del suolo

(ii) Carico strutturale sul terreno

Le sollecitazioni sviluppate in suolo saturo sono:

(i) tensioni efficaci

(ii) tensioni neutre

(iii) Tensioni totali.

Stress efficace:

Karl Terzaghi è stato il primo a riconoscere l'importanza dello stress efficace. È lo stress trasmesso da grano a grano nel punto di contatto attraverso la massa del terreno. È anche noto come stress inter-granulare. È denotato da σ '. Quando viene caricata la massa del terreno. Il carico viene trasferito ai guadagni del suolo attraverso il loro punto di contatto. Se nel punto di contatto, il carico applicato è maggiore della resistenza dei grani, allora ci sarà compressione nella massa del terreno.

Questa compressione è in parte dovuta alla compressione elastica dei grani nei punti di contatto e in parte dovuta allo scorrimento relativo tra le particelle. Questo carico per unità di superficie della massa del suolo responsabile della deformazione della massa del suolo è definito come stress effettivo.

Stress neutro:

È lo stress o la pressione trasmessa attraverso il fluido dei pori. Viene anche definito come pressione dei pori ed è indicato da u. Nel terreno saturo, i pori della massa del suolo sono riempiti d'acqua. Quando viene caricata la massa del suolo saturo, il carico non viene trasmesso attraverso i grani. Il carico viene trasferito nell'acqua dei pori. Poiché l'acqua non è comprimibile, si sviluppa una pressione nell'acqua dei pori.

Questa pressione è chiamata pressione dei pori o pressione dei pori. La pressione dei pori non ha alcuna influenza misurabile sulla proprietà meccanica del terreno come rapporto di vuoto, resistenza al taglio ecc. Questa pressione o stress è chiamata stress neutro.

Stress totale:

Lo stress totale è uguale alla somma dello stress effettivo e dello stress neutro. È denotato da σ.

σ = σ + u

Lo stress effettivo non può essere misurato sul campo da alcuno strumento. Può essere calcolato solo dopo aver misurato lo stress totale e la pressione dei pori. Quindi lo stress effettivo non è un parametro fisico, ma è solo un concetto matematico molto utile per la determinazione del comportamento ingegneristico del suolo.

Importanza dello stress effettivo nei problemi di ingegneria:

Lo stress efficace gioca un ruolo importante in:

(i) Insediamento del suolo

(ii) Resistenza al taglio del terreno

Insediamento del suolo:

Il fenomeno della graduale riduzione del volume del suolo a causa dell'espulsione dell'acqua dai pori del suolo è chiamato consolidamento o compressione o insediamento del suolo. La figura 5.3 mostra una curva di compressione di argilla. È una curva tra lo sforzo effettivo σ e il rapporto del vuoto e. Dal grafico risulta chiaro che quando σ aumenta e diminuisce, cioè, a causa dell'aumento dello sforzo effettivo, la compressione del suolo aumenterà.

Il consolidamento finale del consolidamento può essere calcolato utilizzando la formula

S = m _V H

dove m _V è il coefficiente di compressibilità del volume

H è lo spessore dello strato comprimibile

Δσ è l'aumento medio della pressione effettiva.

Dall'equazione di cui sopra è chiaro che l'assestamento del suolo è direttamente proporzionale alla pressione effettiva. Quindi l'insediamento del suolo dipende dallo stress effettivo o dalla pressione effettiva. All'aumentare dello stress effettivo aumenta anche l'assestamento del terreno.

Resistenza al taglio del suolo:

Molti problemi di ingegneria geotecnica richiedono una valutazione della resistenza al taglio, tra cui:

a) Fondazioni strutturali:

Il carico da una struttura viene trasferito a terra attraverso le fondamenta. Questo produce stress da taglio e stress compressivo. Se lo sforzo di taglio prodotto è superiore alla forza di taglio del terreno, si verifica un cedimento di taglio che causa il collasso della struttura.

(b) Pendenze terrestri:

Su un terreno in pendenza, la gravità produce stress da taglio nel terreno. Se queste sollecitazioni superano la resistenza al taglio, si verifica un landside.

(c) Pavimenti autostradali:

I carichi delle ruote, dai veicoli vengono trasferiti attraverso il pavimento a terra. Questi carichi producono stress da taglio che causano cedimenti di taglio.

Lo sai?

Il valore di K in direzione x è uguale a quello in direzione y per una superficie di terreno livellata.

La resistenza al taglio del terreno viene calcolata utilizzando la formula

S = σ tan ɸ

Dove σ = stress efficace

ɸ = Angolo di attrito effettivo

Per un determinato terreno, f è costante. La resistenza al taglio è quindi direttamente proporzionale allo stress effettivo. Quindi con l'aumento dello stress effettivo aumenta la forza. Se la resistenza al taglio del suolo è maggiore, il fallimento del taglio sarà inferiore.

Principio di stress efficace:

Se viene caricata la massa di suolo saturo, il carico viene trasferito nell'acqua dei pori. Dopo l'espulsione dell'acqua interstiziale viene trasferito ai grani del terreno. Lascia che YY sia il piano ondulato che passa attraverso i punti di contatto dei grani del terreno. Sia A l'area del piano ondulato YY. Quest'area A è la somma dell'area di contatto dei grani (A _g ) e dell'area dell'acqua dei pori (A _w ) come mostrato nella figura 5.5. È evidente dalla figura 5.6 che l'area di contatto dei grani (A _g ) è molto inferiore all'area di acqua interstiziale (A _w ) cioè A _w = A.

Sia F il carico totale sull'area A.