Jika dalam tanah terikat kita memotong sebuah silinder dan meletakkannya di bawah tindakan tekanan normal P (raj. 1), tegasan baharu akan timbul dalam silinder, iaitu tegasan mampatan menegak σ dan tegasan ricih mendatar . Jika tekanan P kita tingkatkan secara beransur-ansur, selepas suatu masa akan muncul retakan serong pada silinder, dan sejurus selepas itu silinder akan pecah. Pada saat pecah, silinder telah tergeser akibat tindakan tekanan P dan sepanjang satah ricih rintangan minimum N-N.
Raj. 1. Kesan tekanan pada silinder yang dikeluarkan daripada tanah kohesif
Rintangan tanah yang ditentang oleh silinder terhadap tindakan daya P pada saat runtuh disebut rintangan ricih tanah, dan sudut α kecondongan satah rintangan minimum terhadap horizontal disebut sudut satah rintangan ricih tanah minimum.
Rintangan ricih tanah berikat terdiri daripada dua rintangan asas: geseran dalaman antara zarah pepejal dan kohesi yang mengikat zarah pepejal. Kekuatan ricih tanah dianggap sama dengan tegasan ricih maksimum pada saat patah dan dinyatakan dengan persamaan
τf = c + σ tg_φ_
di mana: τf ialah kekuatan ricih tanah [kp/cm2],
c kohesi tanah [kp/cm3],
σ tegasan normal tanah [kp/cm3],
φ sudut geseran dalaman tanah.
Formula di atas diperkenalkan oleh orang Perancis Coulomb pada tahun 1785. Menurut formula ini, bagi tanah tertentu kohesi c adalah malar dan tidak bergantung pada tekanan normal, manakala rintangan geseran σ tg_ϕ_ adalah berkadar terus dengan tegasan σ. Sebenarnya kohesi e bukanlah malar bagi tanah tertentu, sebaliknya ia juga pada tahap tertentu bergantung pada tegasan normal σ, kerana di bawah tindakan tekanan itu ketebalan filem air yang menyelubungi zarah pepejal berkurang dan dengan itu kohesi meningkat. Formula Coulomb terpakai bagi tanah telap, di mana di bawah tindakan tekanan normal air daripada liang diperah keluar tanpa rintangan, yang berlaku bagi tanah berkerikil dan berpasir, tetapi bukan bagi tanah terikat, yang kurang telap, menyebabkan air liang sukar diperah keluar dan tertinggal sebagai air liang tertekan di bawah tindakan beban P.
Tegasan efektif dan neutral dalam tanah
Raj. 2. Tegangan efektif dan neutral dalam tanah
Jika kita meletakkan sampel tanah, misalnya pasir kering, di dasar bekas dan membebankannya dengan suatu jisim, misalnya serbuk plumbum dengan berat W, keseluruhan beban berat ini akan ditanggung oleh zarah-zarah pepejal tanah. Tekanan spesifik pada permukaan sampel p0 = W/A dalam kp/cm3, di mana A ialah luas keratan rentas sampel, akan menyebabkan sampel mendap, iaitu berkurangnya keliangannya, tetapi juga akan menyebabkan perubahan pada sifat fizikal sampel yang lain seperti peningkatan kekuatan ricih, peningkatan modulus kemampatan dan sebagainya. Tekanan yang wujud pada permukaan sentuhan antara zarah dipanggil tekanan berkesan atau tekanan intergranular σ’. Apabila konsolidasi tercapai, iaitu apabila sampel berhenti mendap di bawah beban p0, tekanan berkesan adalah sama dengan tekanan spesifik keseluruhan yang wujud pada kedalaman di mana tanah diperhatikan. Dalam kes ini, pada kedalaman di bawah permukaan sampel dalam raj. 2 σ’ = W/A + hzγ di mana γ ialah berat isipadu sampel.
Namun jika sampel dalam bekas, bukannya dibebankan dengan peluru timah, dibebani dengan air hingga ketinggian h, dengan syarat air itu telah memenuhi semua liang sampel, tekanan lajur air di atas sampel hγw, di mana γw ialah berat isipadu air, tidak akan menyebabkan penurunan sampel dan pengurangan keliangannya mahupun akan meningkatkan kekuatan ricih dan modulus kemampatannya. Oleh itu tekanan hidrostatik hγw disebut tekanan neutral. Tekanan neutral yang ditandakan dengan u dipindahkan melalui sampel dalam semua arah dengan keamatan yang sama. Tekanan ini tidak akan menyebabkan peningkatan kekuatan ricih, kerana air itu sendiri tidak mempunyai sebarang kekuatan ricih.
Oleh itu, tekanan berkesan σ’ dipindahkan melalui permukaan sentuhan antara zarah pepejal tanah, manakala tekanan neutral u dipindahkan melalui air dalam liang. Jika bahagian bawah bekas diisi dengan sampel tanah tepu yang berat isipadunya γz, dan di atas permukaan sampel hingga ke paras N bekas diisi dengan air yang berat isipadunya γw, maka jumlah tekanan σ pada mana-mana titik sampel ialah σ = σ’ + u.
Pada kedalaman hz, di bawah permukaan sampel tekanan efektif akan menjadi σ = σ’ - u
di mana σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Maka akan diperoleh σ’ = hz γ’
γ’ ialah berat isipadu tanah yang tenggelam dalam air.
Persamaan umum kekuatan ricih tanah
Jika tanah terikat dikenakan beban P, beban ini akan menyebabkan penurunan tanah dan pada mulanya udara akan terkeluar dari liang-liang di bawah kesannya, sehingga tidak lama kemudian hanya air yang tinggal di dalam liang. Oleh sebab kebolehtelapan air tanah terikat yang rendah, air tidak dapat segera diperah keluar, maka ia kekal sebagai air tertekan dalam liang-liang dan pada awalnya menanggung keseluruhan beban luar P. Dalam perjalanan masa selanjutnya, di bawah kesan beban P air mula diperah keluar dari liang-liang dan berlakulah penghampiran zarah-zarah pepejal, yang kini menerima sebahagian daripada beban P. Maka kita mempunyai τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ di mana σ ialah tekanan keseluruhan daripada beban P, u tekanan air liang.
Tekanan air liang bergantung pada beberapa faktor, seperti tempoh masa penimbunan, kebolehtelapan tanah, magnitud beban tanah dan sebagainya. Kekuatan ricih tanah bergantung pada tekanan air liang dan ia paling besar bagi u=0, apabila konsolidasi tanah berlaku.
Aktiviti koloid tanah
Unsur rintangan dalaman tanah kohesi dan geseran boleh berbeza dan banyak bergantung pada saiz butiran pepejal tanah serta sifat plastiknya. Bagi menentukan pengaruh kohesi berbanding rintangan geseran dalaman tanah yang berkohesi, Skempton memperkenalkan konsep aktiviti koloid tanah _K_P, yang diwakili oleh nisbah indeks keplastikan IP terhadap jumlah zarah yang lebih kecil daripada 0,002 mm dalam % berat keseluruhan jisim. Dalam hal ini, kriteria berikut telah diterima (raj. 3):
Raj. 3. Aktiviti koloid tanah
Bagi KP < 0,75 ialah tanah liat tidak aktif,
bagi KP = 0,75 – 1,25 ialah tanah liat biasa,
untuk Kp > 1,25 tanah liat aktif.
Dengan peningkatan KP, pengaruh kohesi berbanding geseran dalaman tanah koheren turut meningkat.
Kepekaan tanah
Jika dalam tanah kohesif kita mengeluarkan silinder berdiameter 3—3,4 cm dan tinggi ~ 5 cm lalu membebankannya dengan beban normal, pada saat silinder pecah kita akan memperoleh kekuatan mampatan tanah dalam keadaan tidak terganggu σ__ₙ:
σn = P/A dalam kp/cm2,
di mana A ialah keratan rentas silinder.
Setelah ujian selesai, sampel yang pecah dipindahkan dan silinder dengan dimensi yang sama dibuat semula, menggunakan acuan silinder yang sama, dengan kelembapannya dibiarkan seperti pada ujian sebelumnya. Kemudian sebaik sahaja silinder yang diuli semula siap, ujian dengannya diulang, supaya diperoleh kekuatan mampatan tanah dalam keadaan terganggu σ__ₚ.
Kepekaan (sensitiviti) S__ₜ ialah nisbah kekuatan mampatan dalam keadaan tidak terganggu kepada kekuatan mampatan dalam keadaan terganggu: St = σn/σp,
Menurut satu kriteria, kepekaan S__ₜ dinilai seperti berikut:
- bagi S__ₜ = 1 — 2 kepekaan tanah liat adalah rendah,
- untuk S__ₜ = 2 — 4 ialah kepekaan sederhana bagi tanah liat,
- bagi S__ₜ = 4 — 8 terdapat kepekaan tanah liat yang tinggi,
- bagi S__ₜ > 8 ialah tanah liat yang sangat peka.
Dalam alam semula jadi berlaku bahawa akibat tindakan mekanik, contohnya gegaran, tanah liat tiba-tiba kehilangan kekukuhannya, lalu mendapatnya semula apabila dalam keadaan rehat. Sifat ini dinamakan tiksotropi tanah. Banyak tanah liat mempunyai sifat tiksotropi pada tahap tertentu. Terdapat kes cerun korekan tergelincir akibat aliran keluar tanah liat tiksotropi di Norway, Sweden dan Finland, di mana melalui ujian didapati tidak berlaku perubahan kandungan lembapan tanah liat sepanjang proses ini, iaitu kandungan lembapan tanah liat kekal malar sebelum dan selepas aliran keluar.