Jekk fil-ħamrija marbuta naqtgħu ċilindru u npoġġuh taħt l-effett ta’ pressjoni normali P (fig. 1), fiċ-ċilindru jidhru tensjonijiet ġodda, jiġifieri t-tensjoni vertikali ta’ kompressjoni σ u t-tensjoni orizzontali ta’ qtugħ. Jekk inżidu l-pressjoni P gradwalment, wara ċertu żmien jidhru xquq oblikwi fuq iċ-ċilindru, u minnufih wara jseħħ it-tkissir taċ-ċilindru. Fil-mument tat-tkissir iċ-ċilindru jkun imċaqlaq taħt l-effett tal-pressjoni P u tul il-pjan ta’ qtugħ tal-inqas reżistenza N-N.
Fig. 1. L-effett tal-pressjoni fuq ċilindru meħud minn ħamrija koeżiva
Ir-reżistenza tal-ħamrija li ċ-ċilindru pprovda kontra l-azzjoni tal-forza P fil-mument tal-ksur tissejjaħ reżistenza tal-qtugħ tal-ħamrija, u l-angolu α tal-inklinazzjoni tal-pjan tar-reżistenza minima lejn l-orizzont jissejjaħ l-angolu tal-pjan tar-reżistenza minima tal-qtugħ tal-ħamrija.
Ir-reżistenza għaċ-ċiċri tal-ħamrija marbuta tikkonsisti f’żewġ reżistenzi elementari: frizzjoni interna bejn il-partiċelli solidi u l-koeżjoni li torbot il-partiċelli solidi. Is-saħħa taċ-ċiċri tal-ħamrija titqies ugwali għall-akbar stress taċ-ċiċri fil-mument tat-tkissir u tiġi espressa bl-ekwazzjoni
τf = c + σ tg_φ_
fejn: τf is-saħħa tal-qtugħ tal-art [kp/cm2],
c koeżjoni tal-ħamrija [kp/cm3],
σ stress normali tal-ħamrija [kp/cm3],
φ angolu tal-frizzjoni interna tal-ħamrija.
Il-formula ta’ fuq ġiet proposta mill-Franċiż Coulomb 1785. sena. Skont din il-formula, għal ħamrija partikolari l-koeżjoni c hija kostanti u indipendenti mill-pressjoni normali, filwaqt li r-reżistenza tal-frizzjoni σ tg_ϕ_ hija direttament proporzjonali mal-istress σ. Fil-verità l-koeżjoni e mhijiex kostanti għal ħamrija partikolari, iżda hija wkoll sa ċertu punt dipendenti fuq l-istress normali σ, għax taħt l-effett ta’ dik il-pressjoni tonqos il-ħxuna tal-film tal-ilma li jgħatti l-partiċelli solidi u b’hekk tiżdied il-koeżjoni. Il-formula ta’ Coulomb tapplika għal ħamrija permeabbli, fejn taħt l-effett tal-pressjoni normali l-ilma mill-pori jiġi mbuttat ’il barra mingħajr reżistenza, kif jiġri fil-ħamrija taċ-ċagħaq u tar-ramel, iżda mhux fil-każ ta’ ħamrija magħquda, li hija ftit permeabbli, u għalhekk l-ilma mill-pori jiġi mbuttat ’il barra b’diffikultà u jibqa’ bħala ilma poruż taħt tensjoni taħt l-effett tat-tagħbija P.
Tensjonijiet effettivi u newtrali fil-ħamrija
Fig. 2. Tensjoni effettiva u newtrali fil-ħamrija
Jekk fil-qiegħ ta’ reċipjent inpoġġu kampjun ta’ ħamrija, pereżempju ramel niexef, u nġorruh b’xi massa, pereżempju xram taċ-ċomb piż W, it-tagħbija kollha ta’ dan il-piż tittieħed mill-partiċelli solidi tal-ħamrija. Il-pressjoni speċifika fuq il-wiċċ tal-kampjun p0 = W/A f’kp/cm3, fejn A hija l-erja tas-sezzjoni trasversali tal-kampjun, tikkawża l-għarqa tal-kampjun, jiġifieri tnaqqis fil-porożità tiegħu, iżda tikkawża wkoll bidliet f’proprjetajiet fiżiċi oħra tal-kampjun bħaż-żieda fir-reżistenza għaċ-ċaqlieq, iż-żieda fil-modulu ta’ kompressibbiltà u oħrajn. Il-pressjoni li teżisti fuq il-wiċċijiet ta’ kuntatt bejn il-partiċelli tissejjaħ pressjoni effettiva jew intergranulari σ’. Meta tinkiseb il-konsolidazzjoni jiġifieri meta l-kampjun jieqaf jgħarraq taħt it-tagħbija p0, il-pressjoni effettiva tkun ugwali għall-pressjoni speċifika totali li teżisti fil-fond fejn il-ħamrija tkun osservata. F’dan il-każ, fil-fond, taħt il-wiċċ tal-kampjun fil-fig. 2 σ’ = W/A + hzγ fejn γ hija l-piż volumetriku tal-kampjun.
Madankollu jekk kampjun fil-bastiment, minflok bi xfafar taċ-ċomb, niżnuh bl-ilma sa għoli h, b’mod li dan jimla l-pori kollha tal-kampjun, il-pressjoni tal-kolonna tal-ilma fuq il-kampjun hγw, fejn γw hija l-piż volumetriku tal-ilma, ma tikkawżax is-sedimentazzjoni tal-kampjun u t-tnaqqis tal-porożità tiegħu u lanqas ma żżid is-saħħa tiegħu għat-tqattigħ u l-modulu tal-kompressibbiltà. Għalhekk il-pressjoni idrostatika hγw tissejjaħ pressjoni newtrali. Il-pressjoni newtrali li tiġi indikata b’u tiġi trasferita mill-kampjun fid-direzzjonijiet kollha bl-istess intensità. Din il-pressjoni ma tikkawżax żieda fis-saħħa għat-tqattigħ, għax l-ilma waħdu m’għandu ebda saħħa għat-tqattigħ.
Għaldaqstant il-pressjoni effettiva σ’ tiġi trasferita permezz tal-uċuħ ta’ kuntatt bejn il-partiċelli solidi tal-ħamrija, filwaqt li l-pressjoni newtrali u tiġi trasferita permezz tal-ilma fil-pori. Jekk il-parti t’isfel tal-kontenitur tkun mimlija b’kampjun ta’ ħamrija saturata li l-piż volumetriku tagħha huwa γz, u fuq il-wiċċ tal-kampjun sa l-livell N il-kontenitur ikun mimli bl-ilma li l-piż volumetriku tiegħu huwa γw, allura l-pressjoni totali σ fi kwalunkwe punt tal-kampjun tkun σ = σ’ + u.
F’fond hz, taħt il-wiċċ tal-kampjun, il-pressjoni effettiva tkun σ = σ’ - u
fejn σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Għaldaqstant ikun σ’ = hz γ’
γ’ hija l-piż volumetriku tal-ħamrija mgħaddsa fl-ilma.
L-ekwazzjoni ġenerali tas-saħħa tat-tqattigħ tal-ħamrija
Jekk l-art marbuta ntgħabbewha bit-tagħbija P, din it-tagħbija tikkawża s-sedimentazzjoni tal-art u l-ewwel jitkeċċa l-arja mill-pori taħt l-effett tagħha, b’tali mod li dalwaqt fil-pori jibqa’ biss l-ilma. Peress li minħabba l-permeabbiltà baxxa għall-ilma tal-art marbuta l-ilma ma jistax jitkeċċa immedjatament, dan jibqa’ bħala ilma taħt tensjoni fil-pori u fil-bidu jieħu fuqu t-tagħbija esterna kollha P. Fil-kors taż-żmien ulterjuri, taħt l-effett tat-tagħbija P jibda jitkeċċa l-ilma mill-pori u sseħħ il-qrib tat-tikek solidi, li issa jieħdu fuqhom parti mit-tagħbija P. Imbagħad għandna τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ fejn σ huwa l-pressjoni totali mit-tagħbija P, u l-pressjoni tal-ilma fil-pori.
Il-pressjoni tal-ilma poruż fil-ħamrija tiddependi minn diversi fatturi, bħalma huma l-andament temporali tal-konsolidazzjoni, il-permeabbiltà tal-ħamrija, id-daqs tat-tagħbija fuq il-ħamrija, eċċ. Is-saħħa ta’ qtugħ tal-ħamrija tiddependi mill-pressjoni tal-ilma poruż u hi l-akbar għal u=0, meta sseħħ il-konsolidazzjoni tal-ħamrija.
Attività kolloidali tal-ħamrija
L-elementi tar-reżistenza interna tal-ħamrija koeżjoni u frizzjoni jistgħu jkunu differenti u jiddependu ħafna fuq il-granulometrija tal-partiċelli solidi tal-ħamrija u fuq il-karatteristiċi plastiċi tagħha. Bil-għan li jiddetermina l-influwenza tal-koeżjoni fir-rigward tar-reżistenza tal-frizzjoni interna tal-ħamrija koerenti, Skempton daħħal il-kunċett tal-attività kollojdali tal-ħamrija _K_P, li hija rappreżentata mir-relazzjoni bejn l-indiċi tal-plastiċità IP u l-ammont ta’ partiċelli iżgħar minn 0,002 mm f’% tal-piż tal-massa kollha. F’dan il-każ ġie adottat il-kriterju li ġej (fig. 3):
Fig. 3. Attività kollojdali tal-ħamrija
Għal KP < 0,75 il-krankli huma mhux attivi,
għal KP = 0,75 – 1,25 huma tafal normali,
għal Kp > 1,25 ta’ tafal attiv.
Biż-żieda tal-KP jiżdied l-influwenza tal-koeżjoni meta mqabbla mal-frizzjoni interna tal-ħamrija koerenti.
Is-sensittività tal-ħamrija
Jekk f’ħamrija koeżiva noħorġu ċilindru b’dijametru 3—3,4 cm u għoli ~ 5 cm u ngħabbuh b’tagħbija normali, fil-mument tal-ksur taċ-ċilindru niksbu r-reżistenza għall-kompressjoni tal-ħamrija fl-istat mhux imħarrek σ__ₙ:
σn = P/A f’kp/cm2,
fejn A hija s-sezzjoni trasversali tal-valzun.
Wara li jintemm l-esperiment, il-kampjun imkisser inċaqalqu u nerġgħu nagħmlu l-valzun tal-istess dimensjonijiet, bl-użu tal-istess ċilindru-forom, b’dan li l-umdità tiegħu tibqa’ dik li kienet waqt l-esperiment preċedenti. Imbagħad immedjatament wara li jsir il-valzun magħġun jerġa’ jsir l-esperiment fuqu, sabiex tinkiseb ir-reżistenza għall-kompressjoni tal-ħamrija fi stat disturbat σ__ₚ.
Sensittività (sensitivitet) S__ₜ hija r-relazzjoni bejn is-saħħa kompressiva fl-istat mhux imfixkel u s-saħħa kompressiva fl-istat imfixkel: St = σn/σp,
Skont kriterju wieħed, is-sensittività S__ₜ tiġi evalwata kif ġej:
- għal S__ₜ = 1 — 2 hija sensittività baxxa tal-tafal,
- għal S__ₜ = 2 — 4 hija l-medja sensittività tat-tafal,
- għal S__ₜ = 4 — 8 hemm sensittività għolja tat-tafal,
- għal S__ₜ > 8 hija tafal ipersensittiv.
Fin-natura jiġri li minħabba azzjoni mekkanika, pereżempju terremot, il-ħamrija taflija f’daqqa waħda titlef is-saħħa tagħha, li mbagħad terġa’ takkwistaha meta tkun fil-mistrieħ. Din il-proprjetà tissejjaħ tixotropija tal-ħamrija. Ħafna tafal għandhom sa ċertu punt proprjetajiet tixotropiċi. Magħrufa huma każijiet ta’ żerżiq ta’ għoljiet ta’ qtugħ minħabba l-ħruġ ta’ tafal tixotropiku fin-Norveġja, l-Iżvezja u l-Finlandja, fejn bl-eżami ġie stabbilit li ma kien hemm l-ebda bidla fl-umdità tat-tafal matul dan il-proċess, jiġifieri li l-umdità tat-tafal kienet kostanti qabel u wara l-ħruġ.