Se en kohera grundo ni eltranĉas cilindron kaj metas ĝin sub la agon de normala premo P (fig. 1), en la cilindro aperos novaj streĉoj, nome vertikala kunpremstreĉo σ kaj horizontala tondstreĉo . Se ni iom post iom pligrandigas la premon P, post certa tempo aperos sur la cilindro oblikvaj fendoj, kaj tuj poste okazos la rompo de la cilindro. En la momento de rompo la cilindro estas tondita sub la ago de la premo P laŭ la tonda ebeno de la plej malgranda rezisto N-N.
Fig. 1. Efiko de premo sur cilindro elprenita el kohereca grundo
La rezisto de la grundo, kiun la cilindro donis kontraŭ la ago de la forto P en la momento de rompo, nomiĝas tondrezisto de la grundo, kaj la angulo α de klino de la ebeno de la minimuma rezisto rilate al la horizonto nomiĝas angulo de la ebeno de la minimuma tondrezisto de la grundo.
La tondrezisto de kohera grundo konsistas el du elementaj rezistoj: interna frotado inter la solidaj partikloj kaj kohero, kiu ligas la solidajn partiklojn. La tondforto de la grundo estas konsiderata egala al la plej granda tond-streĉo en la momento de rompo kaj esprimiĝas per la ekvacio
τf = c + σ tg_φ_
kie estas: τf la tonda forto de la grundo [kp/cm2],
c kohezio de la grundo [kp/cm3],
σ normala tensio de la grundo [kp/cm3],
φ angulo de interna frotado de la grundo.
La supra formulo estis donita de la franco Coulomb 1785. jare. Laŭ ĉi tiu formulo, por donita grundo la kohesio c estas konstanta kaj sendependa de la normala premo, dum la frota rezisto σ tg_ϕ_ estas rekte proporcia al la streĉo σ. Fakte la kohesio e ne estas konstanta por donita grundo, sed ankaŭ ĝi estas laŭ certa mezuro dependa de la normala streĉo σ, ĉar sub la ago de tiu premo la dikeco de la akva filmo, kiu envolvas la solidajn partiklojn, malaltiĝas kaj tiel la kohesio kreskas. La formulo de Coulomb validas por trairigeblaj grundoj, en kiuj sub la ago de normala premo la akvo el la poroj estas elpremata sen rezisto, kio estas la kazo ĉe gruzeca kaj sabla grundo, sed ne ĉe kohera grundo, kiu estas malmulte trairigebla, pro kio la akvo el la poroj estas malfacile elpremata kaj restas kiel streĉita pora akvo sub la ago de la ŝarĝo P.
Efikaj kaj neŭtralaj streĉoj en la grundo
Fig. 2. Efika kaj neŭtrala streĉo en la grundo
Se ni metas sur la fundon de ujo grundan specimenon, ekzemple sekan sablon, kaj ŝarĝas ĝin per ia maso, ekzemple plumboŝrapnelo de pezo W, la tutan ŝarĝon de tiu pezo ricevos la solidaj partikloj de la grundo. La specifa premo sur la surfaco de la specimeno p0 = W/A en kp/cm3, kie A estas la sekca areo de la specimeno, kaŭzos la setliĝon de la specimeno, t.e. malpliigon de ĝia poreco, sed ĝi ankaŭ kaŭzos ŝanĝojn de aliaj fizikaj ecoj de la specimeno, kiel ekzemple pliiĝon de la tondforto, pliiĝon de la kunpremeblo-modulo kaj aliajn. La premo, kiu regas sur la kontaktaj surfacoj inter la partikloj, nomiĝas efika aŭ intergrajna premo σ’. Kiam konsolidiĝo estas atingita, t.e. kiam la specimeno ĉesis setli sub la ŝarĝo p0, la efika premo egalas al la tuta specifa premo, kiu regas je la profundo, ĉe kiu la grundo estas observata. En tiu ĉi okazo je la profundo, sub la surfaco de la specimeno en fig. 2 σ’ = W/A + hzγ kie γ estas la volumena pezo de la specimeno.
Sed se ni ŝarĝas la specimenon en la ujo anstataŭ per plumba ŝrapnelo per akvo ĝis la alto h, tiel ke ĝi plenigis ĉiujn porojn de la specimeno, la premo de la akvokolono super la specimeno hγw, kie γw estas la volumpeza pezo de akvo, ne kaŭzos la malleviĝon de la specimeno kaj la redukton de ĝia porozeco nek ĝi pligrandigos ĝian tondreziston kaj modulan kunpremeblecon. Tial la hidrostatika premo hγw nomiĝas neŭtrala premo. La neŭtrala premo, markata per u, transdoniĝas tra la specimeno en ĉiuj direktoj kun egala intenseco. Ĉi tiu premo ne kaŭzos pligrandigon de la tondrezisto, ĉar akvo mem ne posedas ian ajn tondreziston.
Sekve la efika premo σ’ transdoniĝas tra la kontaktaj surfacoj inter la solidaj partikloj de la grundo, kaj la neŭtrala premo u transdoniĝas tra la akvo en la poroj. Se la malsupra parto de la ujo estas plenigita per saturita grundoprovaĵo kies volumena pezo estas γz, kaj super la surfaco de la provaĵo ĝis la nivelo N la ujo estas plenigita per akvo kies volumena pezo estas γw, tiam la totala premo σ en iu ajn punkto de la provaĵo estos σ = σ’ + u.
Je profundo hz, sub la surfaco de la specimeno la efika premo estos σ = σ’ - u
kie σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Sekve estos σ’ = hz γ’
γ’ estas la volumena pezo de subakvigita grundo en akvo.
Ĝenerala ekvacio de la tondrezisto de grundo
Se ni ŝarĝas koheran grundon per ŝarĝo P, ĉi tiu ŝarĝo kaŭzos la setliĝon de la grundo kaj unue sub ĝia efiko estos elpremita la aero el la poroj, tiel ke baldaŭ en la poroj restos nur akvo. Ĉar pro la malgranda akvopermeseco de la kohera grundo la akvo ne povas tuj esti elpremita, ĝi restas kiel streĉita akvo en la poroj kaj komence ricevas la tutan eksteran ŝarĝon P. En la plua tempo, sub la efiko de la ŝarĝo P komencas esti elpremata akvo el la poroj kaj okazas proksimiĝo de la solidaj partikloj, kiuj nun ricevas unu parton de la ŝarĝo P. Tiam ni havas τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ kie σ estas la tuta premo pro la ŝarĝo P, u la premo de la porakvo.
Pora akvopremo dependas de pluraj faktoroj, kiel ekzemple la tempa kurso de konsolidiĝo, la permeablo de la grundo, la grandeco de la grundŝarĝo ktp. La ŝera forto de la grundo dependas de la pora akvopremo, kaj ĝi estas plej granda por u=0, kiam okazas konsolidiĝo de la grundo.
Koloida aktiveco de la grundo
La elementoj de la interna rezisto de grundo kohero kaj frikcio povas esti diversaj kaj en granda mezuro dependas de la krudeco de la solidaj partikloj de la grundo kaj de ĝiaj plastaj ecoj. Por difini la influon de kohero rilate al la rezisto de interna frikcio de kohera grundo, Skempton enkondukis la nocion de koloida aktiveco de la grundo _K_P, kiu estas prezentita per la rilato de la plastikecindekso IP al la kvanto de partikloj pli malgrandaj ol 0,002 mm en % de la pezo de la tuta maso. Tie estis akceptita la sekva kriterio (fig. 3):
Fig. 3. Koloida aktiveco de la grundo
Por KP < 0,75 validas neaktivaj argiloj,
por KP = 0,75 – 1,25 estas normalaj argiloj,
por Kp > 1,25 de aktiva argilo.
Kun kresko de KP kreskas la influo de kohezio rilate al la interna frotado de kohera grundo.
Sentiveco de la grundo
Se en kohera grundo ni elprenas cilindron kun diametro 3—3,4 cm kaj alteco ~ 5 cm, kaj ŝarĝas ĝin per normala ŝarĝo, en la momento de rompo de la cilindro ni ricevos la kunpreman forton de la grundo en nemalfremita stato σ__ₙ:
σn = P/A en kp/cm2,
kie A estas la transversa sekco de la cilindro.
Post la finita provo ni translokas la rompitan specimenon kaj denove fabrikas cilindron de la samaj dimensioj, uzante la saman cilindra-muldan, kun tio ke ĝia humideco restu tiu, kiu estis ĉe la antaŭa provo. Poste tuj post la fabrikado de la knedita cilindro oni ripetas la provon kun ĝi, tiel ke oni akiru la premreziston de la grundo en perturbitaj stato σ__ₚ.
Sentemeco (sensitivito) S__ₜ estas la rilato de la kunprema forto en nedifektita stato al la kunprema forto en difektita stato: St = σn/σp,
Laŭ unu kriterio la sentemo S__ₜ estas taksata jene:
- por S__ₜ = 1 — 2 estas malgranda sentemo de la argilo,
- por S__ₜ = 2 — 4 estas meza sentiveco de la argilo,
- por S__ₜ = 4 — 8 estas granda sentemo de la argilo,
- por S__ₜ > 8 estas tro sentema argilo.
En la naturo okazas, ke pro mekanika ago, ekzemple tertremo, argila grundo subite perdas sian solidecon, kiun ĝi poste denove akiras en ripoza stato. Ĉi tiu eco nomiĝas tiksotropio de la grundo. Multaj argiloj havas tiksotropiajn ecojn laŭ iu mezuro. Konataj estas kazoj de glitado de fosdeklivoj pro elfluo de tiksotropa argilo en Norvegio, Svedio kaj Finnlando, kie per esploro estis konstato, ke dum ĉi tiu procezo ne okazis ŝanĝo de la humideco de la argilo, t.e. ke la humideco de la argilo restis konstanta antaŭ kaj post la elfluo.