Če v vezanih tleh izrežemo valj in ga obremenimo z normalnim pritiskom P (sl. 1), se v valju pojavijo nove napetosti, in sicer navpična tlačna napetost σ in vodoravna strižna napetost . Če pritisk P postopoma povečujemo, se po določenem času na valju pojavijo poševne razpoke, takoj zatem pa pride do porušitve valja. Ob porušitvi je valj odrezan pod vplivom pritiska P po strižni ravnini najmanjšega odpora N-N.
Sl. 1. Delovanje tlaka na valj, izkopan iz koherentnih tal
Odpornost tal, ki jo je valj nudil proti delovanju sile P v trenutku loma, se imenuje strižna odpornost tal, kot α naklona ravnine najmanjšega odpora glede na horizontalo pa se imenuje kot ravnine najmanjšega strižnega odpora tal.
Upor striga vezanih tal je sestavljen iz dveh elementarnih uporov: notranjega trenja med trdnimi delci in kohezije, ki veže trdne delce. Trdnost striga tal se šteje za enako največji strižni napetosti v trenutku loma in se izraža z enačbo
τf = c + σ tg_φ_
kjer je: τf strižna trdnost tal [kp/cm2],
c kohezija tal [kp/cm3],
σ normálne napätie pôdy [kp/cm3],
φ kot notranjega trenja tal.
Horný vzorec uviedol Francúz Coulomb 1785. rok. Podľa tohto vzorca je pre danú pôdu kohézia c konštantná a nezávislá od normálneho tlaku, zatiaľ čo odpor trenia σ tg_ϕ_ je priamo úmerný napätiu σ. V skutočnosti kohézia e nie je pre danú pôdu konštantná, ale je do určitej miery závislá aj od normálového napätia σ, pretože pôsobením tohto tlaku sa zmenšuje hrúbka vodného filmu obklopujúceho pevné častice, a tým sa kohézia zvyšuje. Coulombov vzorec platí pre priepustné pôdy, v ktorých sa pôsobením normálneho tlaku voda z pórov vytláča bez odporu, čo je prípad štrkovitej a piesočnatej pôdy, ale nie je to prípad viazanej pôdy, ktorá je málo priepustná, a preto sa voda z pórov ťažko vytláča a zostáva ako napätá pórová voda pôsobením zaťaženia P.
Efektivni in nevtralni napetosti v tleh
Obr. 2. Efektívne a neutrálne napätie v pôde
Ak na dno nádoby vložíme vzorku pôdy, napríklad suchého piesku, a zaťažíme ju nejakou hmotou, napríklad olovenými brokmi s hmotnosťou W, celé zaťaženie tejto hmotnosti prevezmú pevné častice pôdy. Špecifický tlak na povrch vzorky p0 = W/A v kp/cm3, kde A je plocha prierezu vzorky, vyvolá sadanie vzorky, t. j. zníženie jej pórovitosti, ale zároveň vyvolá aj zmeny iných fyzikálnych vlastností vzorky, ako sú zvýšenie šmykovej pevnosti, zvýšenie modulu stlačiteľnosti a ďalšie. Tlak, ktorý panuje na styčných plochách medzi časticami, sa nazýva efektívny alebo intergranulárny tlak σ’. Keď sa dosiahne konsolidácia, t. j. keď sa vzorka prestala sadať pod zaťažením p0, efektívny tlak sa rovná celkovému špecifickému tlaku, ktorý panuje v hĺbke, v ktorej sa pôda posudzuje. V tomto prípade je v hĺbke pod povrchom vzorky na obr. 2 σ’ = W/A + hzγ kde γ je objemová tiaž vzorky.
Vendar pa, če vzorec v posodi namesto s svinčeno šibrino obtežimo z vodo do višine h, pri čemer je ta zapolnila vse pore vzorca, tlak vodnega stolpca nad vzorcem hγw, kjer je γw prostorninska teža vode, ne bo povzročil posedanja vzorca in zmanjšanja njegove poroznosti niti ne bo povečal njegove strižne trdnosti in modula stisljivosti. Zato se hidrostatični tlak hγw imenuje nevtralni tlak. Nevtralni tlak, označen z u, se skozi vzorec prenaša v vseh smereh z enako intenziteto. Ta tlak ne bo povzročil povečanja strižne trdnosti, ker voda sama nima nobene strižne trdnosti.
Zato se efektivni pritisk σ’ prenaša prek stičnih površin med trdnimi delci tal, nevtralni pritisk u pa se prenaša skozi vodo v porah. Če je spodnji del posode napolnjen z nasičenim vzorcem tal, katerega prostorninska teža je γz, nad površino vzorca do nivoja N pa je posoda napolnjena z vodo, katere prostorninska teža je γw, potem bo skupni pritisk σ v katerikoli točki vzorca σ = σ’ + u.
V hĺbke hz, pod povrchom vzorky, bude účinný tlak σ = σ’ - u
kjer je σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Torej velja σ’ = hz γ’
γ’ je objemová tiaž zeminou nasýtenej vodou.
Splošna enačba strižne trdnosti tal
Če vezano tla obremenimo z obtežbo P, bo ta obtežba povzročila posedanje tal in najprej bo pod njenim vplivom iz por iztisnjen zrak, tako da bo kmalu v porah ostala le še voda. Ker se zaradi majhne vodoprepustnosti vezanih tal voda ne more takoj iztisniti, ostane kot napeta voda v porah in sprva prevzame celotno zunanjo obtežbo P. V nadaljnjem časovnem poteku začne pod vplivom obtežbe P iz por iztekati voda in nastane zbliževanje trdnih delcev, ki zdaj prevzamejo del obtežbe P. Tedaj imamo τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ kjer je σ skupni tlak zaradi obtežbe P, u tlak porne vode.
Tlak porne vode je odvisen od več dejavnikov, kot so časovni potek konsolidacije, prepustnost tal, velikost obremenitve tal itd. Strižna trdnost tal je odvisna od tlaka porne vode in je največja pri u=0, ko nastopi konsolidacija tal.
Koloidna aktivnost tal
Elementi notranjega upora tal kohezije in trenja so lahko različni in v veliki meri odvisni od velikosti trdnih delcev tal in njegovih plastičnih lastnosti. Za določitev vpliva kohezije v primerjavi z uporom notranjega trenja koherentnih tal je Skempton uvedel pojem koloidne aktivnosti tal _K_P, ki je predstavljen z razmerjem indeksa plastičnosti IP do količine delcev, manjših od 0,002 mm v % teže celotne mase. Pri tem je bil sprejet naslednji kriterij (sl. 3):
Sl. 3. Koloidna aktivnost tal
Za KP < 0,75 so neaktivne gline,
pre KP = 0,75 – 1,25 sú normálne hliny,
pre Kp > 1,25 aktívnej ílovitej zeminy.
Z večanjem KP narašča vpliv kohezije v primerjavi z notranjim trenjem koherentne zemlje.
Citlivosť pôdy
Ak v koherentnej pôde vyberieme valec s priemerom 3—3,4 cm a výškou ~ 5 cm a zaťažíme ho normálnym zaťažením, v okamihu porušenia valca získame pevnosť v tlaku pôdy v neporušenom stave σ__ₙ:
σn = P/A v kp/cm2,
kde je A prierez valca.
Po končanem preskusu zdrobljeni vzorec prestavimo in ponovno izdelamo valj enakih dimenzij z istim cilindrom-izvlekom, pri čemer njegova vlažnost ostane enaka tisti pri prejšnjem preskusu. Nato takoj po izdelavi premesenega valja ponovimo preskus z njim, tako da dobimo tlačno trdnost tal v porušenem stanju σ__ₚ.
Občutljivost (senzitivnost) S__ₜ je razmerje med tlačno trdnostjo v neporušenem in tlačno trdnostjo v porušenem stanju: St = σn/σp,
Podľa jedného kritéria sa citlivosť S__ₜ hodnotí takto:
- za S__ₜ = 1 — 2 je majhna občutljivost gline,
- za S__ₜ = 2 — 4 je srednja občutljivost gline,
- pre S__ₜ = 4 — 8 je veľká citlivosť ílu,
- za S__ₜ > 8 je preobčutljiva glina.
V prírode sa stáva, že v dôsledku mechanického pôsobenia, napríklad otrasu, ílovitá pôda náhle stratí svoju pevnosť, ktorú potom v pokoji znovu získa. Táto vlastnosť sa nazýva tixotropia pôdy. Mnohé íly majú v určitej miere tixotropné vlastnosti. Sú známe prípady zosuvu svahov zárezov v dôsledku vytekania tixotropného ílu v Nórsku, Švédsku a Fínsku, kde sa skúmaním zistilo, že počas tohto procesu nedošlo k zmene vlhkosti ílu, t. j. že vlhkosť ílu bola pred vytekaním aj po ňom konštantná.