Si in solo cohaerenti cylindrum excidimus eumque sub actione pressionis normalis P ponimus (fig. 1), in cylindro nova tensiones orietur, nempe tensio compressiva verticalis σ et tensio cisoria horizontalis. Si pressionem P gradatim augemus, post aliquod tempus in cylindro fissurae obliquae apparebunt, atque statim postea fractura cylindri sequetur. In momento fracturae cylindrus vi pressionis P dislocatus est secundum planum cisorium minimae resistentiae N-N.
Fig. 1. Effectus pressionis in cylindrum e solo cohaerenti extractum
The soil resistance that the cylinder offered against the action of force P at the moment of failure is called the shear resistance of the soil, and the angle α of inclination of the plane of least resistance to the horizontal is called the angle of the plane of least soil shear resistance.
Otpor smicanja vezanog tla sastoji se iz dva elementarna otpora: unutrašnjeg trenja između čvrstih čestica i kohezije koja vezuje čvrste čestice. Čvrstoća smicanja tla usvaja se kao jednaka najvećem naponu smicanja u trenutku loma i izražava se jednačinom
τf = c + σ tg_φ_
ubi est: τf resistentia tondendi soli [kp/cm2]
c cohaesio soli [kp/cm3],
σ tensio normalis soli [kp/cm3],
φ angulus frictionis internae soli.
Gornji obrazac dao je Francuz Coulomb 1785. god. Prema ovom obrascu, za dato tlo je kohezija c konstantna i nezavisna od normalnog pritiska, dok je otpor trenja σ tg_ϕ_ upravo proporcionalan naponu σ. U stvarnosti kohezija e nije konstantna za dato tlo, već je i ona u izvesnoj meri zavisna od normalnog napona σ, jer se pod dejstvom tog pritiska smanjuje debljina vodenog filma koji obavija čvrste čestice i time kohezija povećava. Coulombov obrazac važi za propustljiva tla, u kojima se pod dejstvom normalnog pritiska voda iz pora istiskuje bez otpora, što je slučaj šljunkovitog i peskovitog tla, ali nije slučaj vezanog tla, koje je malo propustljivo, zbog čega se voda iz pora teško istiskuje i zaostaje kao napregnuta porna voda pod dejstvom opterećenja P.
Tensiones efficaces et neutrae in solo
Fig. 2. Tensio effectiva et neutralis in solo
Si ad fundum vasis specimen soli, exempli gratia arenam aridam, ponimus et aliqua massa oneramus, exempli gratia plumbo grani pondere W, totum hoc pondus a solidis particulis soli recipietur. Pressio specifica in superficiem speciminis p0 = W/A in kp/cm3, ubi A est superficies sectionis speciminis, subsidentiam speciminis efficiet, id est diminutionem porositatis eius; simul tamen mutationes etiam aliarum proprietatum physicarum speciminis efficiet, ut sunt augmentum resistentiae ad secturam, augmentum moduli comprimitatis et aliae. Pressio quae in superficiiebus contactus inter particulas valet vocatur pressio effectiva sive intergranularis σ’. Cum consolidatio effecta est, id est cum specimen sub onere p0 desinuit subsidere, pressio effectiva aequalis est totali pressioni specificae quae in altitudine, qua solum consideratur, viget. Hoc in casu, ad altitudinem sub superficie speciminis in fig. 2 σ’ = W/A + hzγ ubi γ est pondus volumetricum speciminis.
Attamen, si specimen in vase loco grani plumbei aqua ad altitudinem h oneremus, ita ut illa omnes poros speciminis impleverit, pressio columnae aquae super specimen hγw, ubi γw est pondus volumetricum aquae, non efficiet subsidentiam speciminis neque diminutionem eius porositatis, nec augebit eius resistentiam ad cisuram et modulum compressibilitatis. Quapropter pressio hydrostatica hγw vocatur pressio neutra. Pressio neutra, quae per u significatur, per specimen in omnes partes aequali intensitate transmittitur. Haec pressio non efficiet augmentum resistentiae ad cisuram, quia aqua ipsa nullam habet resistentiam ad cisuram.
Proinde pressio effectiva σ’ per superficies contactus inter particulas solidas soli transmittitur, pressio autem neutralis u per aquam in poris. Si pars inferior vasis impleta est exemplo soli saturato cuius pondus volumetricum γz est, et supra superficiem exemplaris usque ad gradum N vas aqua impletur cuius pondus volumetricum γw est, tum tota pressio σ in quovis puncto exemplaris erit σ = σ’ + u.
Ad profunditatem hz, sub superficie speciminis pressio efficax erit σ = σ’ - u
ubi σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Ergo erit σ’ = hz γ’
γ’ est pondus volumetricum soli in aqua submersi.
Aequatio generalis resistentiae cisoriae soli
Si solum cohaerens onere P oneramus, hoc onus subsidium soli efficiet et primum sub eius actione aer ex poris expelletur, ita ut mox in poris sola aqua remaneat. Quoniam propter parvam permeabilitatem aquae soli cohaerentis aqua statim expelli non potest, remanet ut aqua pressa in poris et initio totum onus externum P recipit. Deinceps, sub actione oneris P, aqua e poris exprimi incipit et appropinquatio particularum solidarum oritur, quae nunc partem oneris P recipiunt. Tum habemus τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ ubi σ est pressio totalis ex onere P, u pressio aquae pororum.
Pressio aquae pororum u pendet a pluribus factoribus, ut sunt progressus temporalis consolidationis, permeabilitas soli, magnitudo oneris soli, etc. Firmitas ad scindendum soli a pressione aquae pororum pendet, et maxima est pro u=0, cum consolidatio soli fit.
Actio colloidalis soli
Elementa resistentiae internae soli cohesionis et frictionis varia esse possunt et magna ex parte a magnitudine particularum solidarum soli atque eius proprietatibus plasticis pendent. Ut influentia cohaesionis in relatione ad resistentiam frictionis internae soli cohaerentis determinetur, Skempton notionem activitatis colloidalis soli _K_P introduxit, quae exprimitur relatione indicis plasticitatis IP ad quantitatem particularum minorum quam 0,002 mm in % ponderis totius massae. Ad hoc sequens criterium adsumptum est (fig. 3):
Fig. 3. Colloidal activity of the soil
Pro KP < 0,75 sunt argillae inactivae,
pro KP = 0,75 – 1,25 sunt argillae normales,
pro Kp > 1,25 argilla activa.
Crescente KP crescit influxus cohaesionis respectu frictionis internae soli cohaerentis.
Sensitivitas soli
Si in solo cohaerenti cylindrum diametri 3—3,4 cm et altitudinis ~ 5 cm extrahimus eumque onere normali oneramus, momento rupturae cylindri firmitatem pressionis soli in statu intacto σ__ₙ: obtinebimus
σn = P/A in kp/cm2,
ubi A est sectio transversa cylindri.
Expleto experimento fractum specimen transferimus et cylindrum eiusdem dimensionis denuo conficimus, eodem cylindro-forma adhibito, ita tamen ut eius humiditas eadem maneat quae in priore experimento fuit. Deinde statim post confectionem cylindri reamassi cum eo experimentum iteratur, ut obtineatur resistentia compressionis soli in statu perturbato σ__ₚ.
Sensitivitas (sensitivitas) S__ₜ est ratio roboris compressionis in statu integro ad robur compressionis in statu perturbato: St = σn/σp,
Secundum unum criterium sensibilitas S__ₜ hoc modo aestimatur:
- ad S__ₜ = 1 — 2 est parva sensibilitas argillae,
- ad S__ₜ = 2 — 4 est media sensilitas argillae,
- pro S__ₜ = 4 — 8 magna est sensibilitas argillae,
- ad S__ₜ > 8 est argilla nimis sensibilis.
U prirodi se događa da usled mehaničkog dejstva, na primer potresa, glinovito tlo odjednom izgubi svoju čvrstoću, koju zatim u stanju mirovanja ponovo dobije. Ova osobina zove se tiksotropija tla. Mnoge gline imaju u izvesnoj meri tiksotropna svojstva. Poznati su slučajevi klizanja kosina useka usled isticanja tiksotropne gline u Norveškoj, Švedskoj i Finskoj, gde je ispitivanjem utvrđeno da tokom ovog procesa nije bilo promene vlažnosti gline, tj. da je vlažnost gline bila konstantna pre i posle isticanja.