Ако во сврзана почва исечеме цилиндар и го ставиме под дејство на нормален притисок P (сл. 1), во цилиндарот ќе се појават нови напони, и тоа вертикален притисен напон σ и хоризонтален смолкнувачки напон . Ако притисокот P постепено го зголемуваме, по извесно време на цилиндарот ќе се појават коси пукнатини, а веднаш потоа ќе настане лом на цилиндарот. Во моментот на лом цилиндарот е смолкнат под дејство на притисокот P по смолкнувачката рамнина на најмал отпор N-N.
Сл. 1. Дејството на притисокот врз валјак изваден од кохезивна почва
Отпорот на тлото што валјакот го пружил против дејството на силата P во моментот на лом се нарекува отпор на смолкнување на тлото, а аголот α на наклонот на рамнината на најмал отпор кон хоризонталата се нарекува агол на рамнината на најмал отпор на смолкнување на тлото.
Отпорот на смолкнување на сврзана почва се состои од два елементарни отпори: внатрешно триење меѓу цврстите честички и кохезија што ги врзува цврстите честички. Цврстината на смолкнување на почвата се усвојува дека е еднаква на најголемиот напон на смолкнување во моментот на лом и се изразува со равенка
τf = c + σ tg_φ_
каде што: τf цврстина на смолкнување на тлото [kp/cm2],
c кохезија на почвата [kp/cm3],
σ нормален напон на почвата [kp/cm3],
φ агол на внатрешно триење на тлото.
Горниот образец го дал Французинот Coulomb 1785. год. Според овој образец, за дадено тло кохезијата c е константна и независна од нормалниот притисок, додека отпорот на триење σ tg_ϕ_ е токму пропорционален со напонот σ. Во стварност, кохезијата e не е константна за дадено тло, туку и таа во извесна мера зависи од нормалниот напон σ, бидејќи под дејство на тој притисок се намалува дебелината на водениот филм што ги обвива цврстите честички и со тоа кохезијата се зголемува. Coulombовиот образец важи за пропустливи тла, во кои под дејство на нормалниот притисок водата од порите се истискува без отпор, што е случај кај чакалестото и песочестото тло, но не е случај кај врзаното тло, кое е малку пропустливо, поради што водата од порите тешко се истискува и останува како напрегната пора вода под дејство на оптоварувањето P.
Ефективни и неутрални напрегања во почвата
Сл. 2. Ефективен и неутрален напон во тлото
Ако на дното на садот ставиме примерок од почва, на пример сув песок, и го оптоваруваме со некоја маса, на пример оловна сачма со тежина W, целокупното оптоварување од оваа тежина ќе го примат цврстите честички на почвата. Специфичниот притисок на површината на примерокот p0 = W/A во kp/cm3, каде што A е површината на пресекот на примерокот, ќе предизвика слегнување на примерокот, т.е. намалување на неговата порозност, но исто така ќе предизвика и промени на други физички својства на примерокот, како што се зголемување на цврстината на смолкнување, зголемување на модулот на стисливост и други. Притисокот што владее на допирните површини меѓу честичките се нарекува ефективен или интергрануларен притисок σ’. Кога е постигната консолидација, односно кога примерокот престанал да слегува под оптоварувањето p0, ефективниот притисок е еднаков на вкупниот специфичен притисок што владее на длабочината на која се набљудува почвата. Во овој случај на длабочина, под површината на примерокот на сл. 2 σ’ = W/A + hzγ каде што γ е волуменската тежина на примерокот.
Меѓутоа, ако примерокот во садот наместо со оловна сачма го оптовариме со вода до висина h, при што таа ги исполнила сите пори на примерокот, притисокот на водениот столб над примерокот hγw, каде што γw е волуменската тежина на водата, нема да предизвика слегување на примерокот и намалување на неговата порозност, ниту ќе ја зголеми неговата отпорност на смолкнување и модулот на стисливост. Затоа хидростатичкиот притисок hγw се нарекува неутрален притисок. Неутралниот притисок, кој се означува со u, се пренесува низ примерокот во сите правци со еднаков интензитет. Овој притисок нема да предизвика зголемување на отпорноста на смолкнување, бидејќи водата сама по себе нема никаква отпорност на смолкнување.
Според тоа ефективниот притисок σ’ се пренесува преку допирните површини меѓу цврстите честички на почвата, а неутралниот притисок u се пренесува низ водата во порите. Ако долниот дел од садот е исполнет со заситен примерок на почва чија волуменска тежина е γz, а над површината на примерокот до нивото N садот е исполнет со вода чија волуменска тежина е γw, тогаш вкупниот притисок σ во која било точка на примерокот ќе биде σ = σ’ + u.
На длабочина hz, под површината на примерокот ефективниот притисок ќе биде σ = σ’ - u
каде што σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Според тоа ќе биде σ’ = hz γ’
γ’ е волуменската тежина на потопеното тло во вода.
Општа равенка за смолкнувачка цврстина на почвата
Ако врзано тло го оптовариме со оптоварување P, ова оптоварување ќе предизвика слегнување на тлото и најпрво под неговото дејство ќе биде истиснат воздухот од порите, така што наскоро во порите ќе остане само вода. Бидејќи поради малата водопропустливост на врзаното тло водата не може веднаш да се истисне, таа останува како напрегната вода во порите и на почетокот го прима целокупното надворешно оптоварување P. Во понатамошниот тек на времето, под дејство на оптоварувањето P почнува да се истискува водата од порите и настанува приближување на цврстите честички, кои сега примаат еден дел од оптоварувањето P. Тогаш имаме τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ каде што σ е вкупниот притисок од оптоварувањето P, u е притисокот на порската вода.
Притисокот на порната вода u зависи од повеќе фактори, како што се временскиот тек на консолидацијата, пропустливоста на тлото, големината на оптоварувањето на тлото итн. Јакоста на смолкнување на тлото зависи од притисокот на порната вода и таа е најголема за u=0, кога настанува консолидација на тлото.
Колоидна активност на тлото
Елементите на внатрешниот отпор на тлото кохезија и триење можат да бидат различни и во голема мера зависат од крупноста на цврстите честички на тлото и неговите пластични особини. Со цел да се одреди влијанието на кохезијата во однос на отпорот на внатрешно триење на кохерентното тло, Скемптон го воведе поимот колоидна активност на тлото _K_P, која е претставена со односот на индексот на пластичност IP спрема количината на честички помали од 0,002 mm во % од тежината на целата маса. При тоа е усвоен следниот критериум (сл. 3):
Сл. 3. Колоидна активност на почвата
За KP < 0,75 се неактивни глини,
за KP = 0,75 – 1,25 се нормални глини,
за Kp > 1,25 активна глина.
Со зголемување на KP расте влијанието на кохезијата во однос на внатрешното триење на кохерентната почва.
Осетливост на тлото
Ако во кохерентно тло извадиме цилиндар со пречник 3—3,4 cm и висина ~ 5 cm и го оптовариме со нормален товар, во моментот на кршење на цилиндарот ќе ја добиеме јакоста на притисок на тлото во неизменета состојба σ__ₙ:
σn = P/A во kp/cm2,
каде што A е попречниот пресек на цилиндарот.
По завршениот опит скршениот примерок го преместуваме и повторно изработуваме цилиндар со исти димензии, со помош на истиот цилиндар-калап, при што неговата влажност останува онаа што ја имал при претходниот опит. Потоа веднаш по изработката на замесениот цилиндар опитот се повторува со него, така што се добива цврстината на притисок на почвата во нарушена состојба σ__ₚ.
Осетливост (сензитивитет) S__ₜ е однос на цврстината на притисок во нерастроената спрема цврстината на притисок во растроената состојба: St = σn/σp,
Според еден критериум, чувствителноста S__ₜ се оценува на следниов начин:
- за S__ₜ = 1 — 2 е мала чувствителноста на глината,
- за S__ₜ = 2 — 4 е средна чувствителност на глината,
- за S__ₜ = 4 — 8 е голема чувствителноста на глината,
- за S__ₜ > 8 е преосетлива глина.
Во природата се случува, поради механичко дејство, на пример земјотрес, глинестото тло одеднаш да ја изгуби својата цврстина, која потоа во состојба на мирување повторно ја добива. Ова својство се нарекува тиксотропија на тлото. Многу глини имаат во извесна мера тиксотропни својства. Познати се случаи на лизгање на косини на ископи поради истекување на тиксотропна глина во Норвешка, Шведска и Финска, каде што со испитување е утврдено дека не било дојдено до промена на влажноста на глината во текот на овој процес, односно дека влажноста на глината била константна пред и по истекувањето.