تنش موثر در مکانیک خاک

1- آنچه در این آموزش خواهیم خواند…

در بخش گزیده مهم‌ترین مباحث مکانیک خاک به بررسی و بحث پیرامون موضوعات پرکاربردتر موجود در مکانیک خاک می‌پردازیم. در این آموزش مبحث تنش موثر در مکانیک خاک بررسی می‌شود. مباحث خواص خمیری خاک‌ها، حدود اتربرگ (حد روانی، حد خمیری و حد انقباض) نیز در آموزش قبلی از این سری آموزشی، بحث شد. منابع مورد استفاده در این آموزش نیز که کتاب‌های رفرنس مکانیک خاک شامل کتاب‌های داس، بودهو و ترزاقی هستند در انتها قرار داده شده است و می‌توانید آن‌ها را دانلود کنید.

2- مفهوم کلی

توده خاک شامل دانــه‌هــای جامد خاک و حفرات بین آن‌هاست که با آب یا هوا پر شده است. بنابراین تنشی که در درون خاک وجود دارد به بخش‌های مختلف تقسیم می‌گردد. در خاک‌های اشباع تنش کل موجود در خاک به دو بخش تقسیم می‌شود:

تنش موثر: معرف بخشی از تنش است که در تعیین رفتار مقاومتی و تغییر شکلی خاک‌ها مؤثر است.

3- تنش موثر در حالت آب ساکن در خاک

در شکل زیر سطح a-a از یک توده خاک اشباع را در نظر بگیرید. تنش کل وارد بر این سطح برابر وزن خاک تقسیم بر مساحت می‌باشد.

با استفاده از وزن مخصوص خاک (γ_sat) می‌توان ثابت کرد که:

همچنین مانند شکل زیر بخشی از سطح a-a از دانه‌های جامد و بخشی از آب تشکیل شده.

بنابراین در سطح A بخشی از نیروی W از سطح تماس دانه‌ها (نیروی دانه‌ها F_s) و بخشی دیگر از سطح تماس آب (نیروی آب F_w) عبور می‌کند.

4- تنش موثر کوتاه مدت و بلند مدت

برای خاک های ریز دانه قبل از اعمال بار، در کوتاه مدت و در بلند مدت تنش موثر، فشار آب منفذی و تنش کل مانند شکل زیر خواهد بود.

توجه کنید که در خاک‌های درشت‌دانه چه در کوتاه مدت و چه در بلند مدت، آب‌های اضافه به سرعت خارج می‌شوند و همه بار به تنش موثر منتقل شوند.

5- تمرین

در پروفیل خاک زیر، تنش کل، فشار آب منفذی و تنش مؤثر را در نقاط A، B،C  و D محاسبه کنید.

6- مراجع

1- Braja m. Das, 2005, fundamentals of geotechnical engineering, 3th ed

2- Braja m. Das, 2010, principles of geotechnical engineering, 7th ed

3- Braja m. Das, 2019, advanced soil mechanics, 5th ed

4- Karl terzaghi & ralph b. Peck & gholamreza mesri, 1996, soil mechanics in engineering practice, 3th ed

5- Muni budhu, 2015, soil mechanics fundamentals, metric version