Nëse në tokë të lidhur presim një cilindër dhe e vendosim nën veprimin e presionit normal P (fig. 1), në cilindër do të shfaqen tensione të reja, dhe pikërisht tensioni vertikal i shtypjes σ dhe tensioni horizontal i prerjes . Nëse presionin P e rrisim gradualisht, pas një kohe në cilindër do të shfaqen çarje të pjerrëta, dhe menjëherë pas kësaj do të ndodhë thyerja e cilindrit. Në momentin e thyerjes, cilindri është prerë nën veprimin e presionit P dhe përgjatë planit prerës me rezistencën më të vogël N-N.
Fig. 1. Veprimi i presionit mbi cilindrin e nxjerrë nga toka kohezive
Rezistenca e tokës që ka dhënë cilindri kundër veprimit të forcës P në çastin e thyerjes quhet rezistencë ndaj prerjes së tokës, ndërsa këndi α i pjerrësisë së rrafshit me rezistencën më të vogël ndaj horizontales quhet këndi i rrafshit me rezistencën më të vogël ndaj prerjes së tokës.
Rezistenca ndaj prerjes e tokës së lidhur përbëhet nga dy rezistenca elementare: fërkimi i brendshëm midis grimcave të ngurta dhe kohezioni që i lidh grimcat e ngurta. Qëndrueshmëria në prerje e tokës merret e barabartë me tensionin më të madh të prerjes në momentin e thyerjes dhe shprehet me ekuacionin
τf = c + σ tg_φ_
ku: τf rezistenca në prerje e tokës [kp/cm2],
c kohezioni i tokës [kp/cm3],
σ tensioni normal i tokës [kp/cm3],
φ këndi i fërkimit të brendshëm të tokës.
Formulën e mësipërme e dha francezi Coulomb më 1785. vit. Sipas kësaj formule, për një tokë të caktuar kohezioni c është konstant dhe i pavarur nga presioni normal, ndërsa rezistenca e fërkimit σ tg_ϕ_ është pikërisht proporcionale me sforcimin σ. Në të vërtetë kohezioni e nuk është konstant për një tokë të caktuar, por edhe ai në njëfarë mase varet nga sforcimi normal σ, sepse nën veprimin e këtij presioni zvogëlohet trashësia e filmit ujor që mbështjell grimcat e ngurta dhe kështu kohezioni rritet. Formula e Coulomb-it vlen për toka të përshkueshme, në të cilat nën veprimin e presionit normal uji nga poret shtrydhet pa rezistencë, gjë që është rasti i tokës zhavorrore dhe ranore, por jo rasti i tokës së lidhur, e cila është pak e përshkueshme, për shkak të së cilës uji nga poret shtrydhet me vështirësi dhe mbetet si ujë pore i sforcuar nën veprimin e ngarkesës P.
Streset efektive dhe neutrale në tokë
Fig. 2. Tensioni efektiv dhe neutral në tokë
Nëse në fund të enës vendosim një mostër toke, për shembull rërë të thatë, dhe e ngarkojmë me ndonjë masë, për shembull me një peshë plumbi me peshë W, të gjithë ngarkesën e kësaj peshe do ta marrin grimcat e ngurta të tokës. Presioni specifik mbi sipërfaqen e mostrës p0 = W/A në kp/cm3, ku A është sipërfaqja e prerjes së mostrës, do të shkaktojë uljen e mostrës, pra zvogëlimin e porozitetit të saj, por do të shkaktojë edhe ndryshime në veti të tjera fizike të mostrës, si rritja e qëndrueshmërisë në prerje, rritja e modulit të ngjeshshmërisë dhe të tjera. Presioni që mbretëron në sipërfaqet e kontaktit midis grimcave quhet presion efektiv ose presion ndërgranular σ’. Kur arrihet konsolidimi, pra kur mostra ka pushuar së ulesi nën ngarkesën p0, presioni efektiv është i barabartë me presionin specifik të përgjithshëm që mbretëron në thellësinë ku toka po shqyrtohet. Në këtë rast, në thellësi, nën sipërfaqen e mostrës në fig. 2 σ’ = W/A + hzγ ku γ është pesha vëllimore e mostrës.
Megjithatë, nëse mostrën në enë, në vend të shtresës së plumbit, e ngarkojmë me ujë deri në lartësinë h, me kusht që ai t’i ketë mbushur të gjitha poret e mostrës, presioni i shtyllës së ujit mbi mostër hγw, ku γw është pesha vëllimore e ujit, nuk do të shkaktojë uljen e mostrës dhe zvogëlimin e porozitetit të saj, as nuk do të rrisë qëndrueshmërinë e saj në prerje dhe modulin e kompresueshmërisë. Prandaj presioni hidrostatik hγw quhet presion neutral. Presioni neutral, i shënuar me u, transmetohet nëpër mostër në të gjitha drejtimet me intensitet të barabartë. Ky presion nuk do të shkaktojë rritje të qëndrueshmërisë në prerje, sepse uji vetë nuk ka asnjë qëndrueshmëri në prerje.
Prandaj presioni efektiv σ’ transmetohet përmes sipërfaqeve të kontaktit ndërmjet grimcave të ngurta të tokës, ndërsa presioni neutral u transmetohet përmes ujit në pore. Nëse pjesa e poshtme e enës është e mbushur me një mostër toke të ngopur, pesha vëllimore e së cilës është γz, ndërsa mbi sipërfaqen e mostrës deri në nivelin N ena është e mbushur me ujë, pesha vëllimore e të cilit është γw, atëherë presioni i përgjithshëm σ në cilëndo pikë të mostrës do të jetë σ = σ’ + u.
Në thellësinë hz, nën sipërfaqen e mostrës, presioni efektiv do të jetë σ = σ’ - u
ku σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Prandaj do të jetë σ’ = hz γ’
γ’ është pesha vëllimore e tokës së zhytur në ujë.
Ekuacioni i përgjithshëm i qëndrueshmërisë në prerje të tokës
Nëse tokën kohezive e ngarkojmë me ngarkesë P, kjo ngarkesë do të shkaktojë ulje të tokës dhe së pari nën veprimin e saj do të nxirret ajri nga poret, kështu që së shpejti në pore do të mbetet vetëm uji. Meqenëse për shkak të përshkueshmërisë së vogël nga uji të tokës kohezive uji nuk mund të nxirret menjëherë, ai mbetet si ujë i tendosur në pore dhe në fillim merr tërë ngarkesën e jashtme P. Në vijim, nën veprimin e ngarkesës P fillon të nxirret uji nga poret dhe ndodh afrimi i grimcave të ngurta, të cilat tani marrin një pjesë të ngarkesës P. Atëherë kemi τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ ku σ është shtypja e përgjithshme nga ngarkesa P, u presioni i ujit në pore.
Presioni i ujit të poreve u varet nga disa faktorë, siç janë rrjedha kohore e konsolidimit, përshkueshmëria e tokës, madhësia e ngarkesës së tokës etj. Qëndrueshmëria në prerje e tokës varet nga presioni i ujit të poreve dhe ajo është më e madhe për u=0, kur ndodh konsolidimi i tokës.
Aktiviteti koloidal i tokës
Elementet e rezistencës së brendshme të tokës kohezioni dhe fërkimi mund të jenë të ndryshëm dhe varen në masë të madhe nga madhësia e grimcave të ngurta të tokës dhe nga vetitë e saj plastike. Me qëllim përcaktimin e ndikimit të kohezionit në raport me rezistencën e fërkimit të brendshëm të tokës koherente, Skempton futi konceptin e aktivitetit koloidal të tokës _K_P, i cili paraqitet me raportin e indeksit të plasticitetit IP ndaj sasisë së grimcave më të vogla se 0,002 mm në % të peshës së gjithë masës. Për këtë u pranua kriteri vijues (fig. 3):
Fig. 3. Aktiviteti koloidal i tokës
Për KP < 0,75 janë argjilat joaktive,
për KP = 0,75 – 1,25 janë argjilat normale,
për Kp > 1,25 të argjilës aktive.
Me rritjen e KP rritet ndikimi i kohezionit në raport me fërkimin e brendshëm të tokës koherente.
Ndjeshmëria e tokës
Nëse në një tokë koherente nxjerrim një cilindër me diametër 3—3,4 cm dhe lartësi ~ 5 cm dhe e ngarkojmë me ngarkesë normale, në momentin e thyerjes së cilindrit do të marrim qëndrueshmërinë në shtypje të tokës në gjendje të paprishur σ__ₙ:
σn = P/A në kp/cm2,
ku A është prerja tërthore e cilindrit.
Pas përfundimit të provës, kampionin e thyer e zhvendosim dhe përsëri përgatisim cilindrin me të njëjtat përmasa, me të njëjtin kallëp cilindrik, me kusht që lagështia e tij të mbetet ajo që ishte në provën paraprake. Pastaj, menjëherë pas përgatitjes së cilindrit të rimodeluar, prova përsëritet me të, në mënyrë që të merret qëndrueshmëria në shtypje e tokës në gjendje të prishur σ__ₚ.
Ndjeshmëria (sensitiviteti) S__ₜ është raporti i qëndrueshmërisë në shtypje në gjendje të pandryshuar me qëndrueshmërinë në shtypje në gjendje të shqetësuar: St = σn/σp,
Sipas një kriteri, ndjeshmëria S__ₜ vlerësohet në mënyrën e mëposhtme:
- për S__ₜ = 1 — 2 është ndjeshmëri e vogël e argjilës,
- për S__ₜ = 2 — 4 është ndjeshmëri mesatare e argjilës,
- për S__ₜ = 4 — 8 është ndjeshmëri e madhe e argjilës,
- për S__ₜ > 8 është argjilë e ndjeshme.
Në natyrë ndodh që, për shkak të veprimit mekanik, për shembull tërmeti, toka argjilore papritur ta humbasë qëndrueshmërinë e saj, të cilën pastaj, në gjendje qetësie, e rifiton. Kjo veti quhet tiksotropia e tokës. Shumë argjila kanë deri në një masë veti tiksotropike. Janë të njohura raste të rrëshqitjes së shpatëve të prerjeve për shkak të daljes së argjilës tiksotropike në Norvegji, Suedi dhe Finlandë, ku me anë të ekzaminimeve është konstatuar se nuk ka pasur ndryshim të lagështisë së argjilës gjatë këtij procesi, dmth. se lagështia e argjilës ka qenë konstante para dhe pas daljes.