Naprężenia efektywne / uogólnione w gruncie
Normalne naprężenie pionowe σz jest definiowane w następujący sposób:
gdzie: | σz | - | pionowe, normalne naprężenie całkowite |
γef | - | ciężar jednostkowy gruntu zanurzonego | |
z | - | głębokość pod powierzchnią gruntu | |
γw | - | ciężar jednostkowy wody |
Wyrażenie to w swojej uogólnionej formie opisuje tak zwane pojęcie naprężenia efektywnego:
gdzie: | σ | - | całkowite naprężnie (ogólne) |
σef | - | naprężenie efektywne (aktywne) | |
u | - | naprężenie neutralne (parcie wody w porach) |
Całkowite, efektywne i neutralne naprężenie w gruncie
Pojęcie naprężenia efektywnego jest ważne tylko dla naprężenia normalnego σ, bowiem naprężenie ścinające τ nie jest przenoszone przez wodę, aby było efektywne. Naprężenie całkowite wyznaczane jest za pomocą podstawowych narzędzi mechaniki teoretycznej, jako różnica pomiędzy naprężeniem całkowitym a parciem neutralnym (porowym) (tzn. zawsze z obliczeń, nie istnieje możliwość zmierzenia). Parcia porowe wyznaczane jest w laboratoriach, na miejscu lub za pomocą obliczeń. Decyzja, czy stosować naprężenie całkowite czy też efektywne, nie jest prosta. Poniższa tabela może zawierać kilka ogólnych zaleceń ważnych dla większości przypadków. Należy zdać sobie sprawę, że naprężenie całkowite zależne jest od sposobu obciążenia gruntu ciężarem własnym oraz siłami zewnętrznymi. W przypadku parcia porowego, zakładamy, że dla wody przepływającej przez pory parcie równe jest ciśnieniu hydrodynamicznemu, w przeciwnym razie, ciśnieniu hydrostatycznemu. Dla częściowo nawodnionych gruntów z wyższym stopniem, należy uwzględnić fakt, że ciśnienie porowe powstaje w wodzie i pęcherzykach powietrza.
Zakładane warunki | Warstwa z odpływem | Warstwa bez odpływu |
krótkoterminowe | naprężenie efektywne | naprężenie całkowite |
długoterminowe | naprężenie efektywne | naprężenie efektywne |
W podłożu warstwowym o różnych ciężarach jednostkowych gruntu w poszczególnych warstwach poziomych, pionowe naprężenie całkowite wyznaczane jest jako suma ciężaru wszystkich warstw ponad sprawdzanym punktem i parcia parowego:
gdzie: | σz | - | pionowe normalne naprężenie całkowite |
γ | - | ciężar jednostkowy gruntu | |
- ciężar jednostkowy gruntu w stanie naturalnym dla gruntów ponad ZWG i suchymi warstwami | |||
- ciężar jednostkowy gruntu pod wodą w innych przypadkach | |||
d | - | głębokość zwierciadła wody gruntowej pod powierzchnią gruntu | |
z | - | głębokość pod powierzchnią gruntu | |
γw | - | ciężar jednostkowy wody |