Tukikata silinda katika udongo uliofungamana na kuiweka chini ya athari ya shinikizo la kawaida P (kielelezo 1), katika silinda zitatokea mkazo mpya, yaani mkazo wa wima wa kubana σ na mkazo wa mlalo wa kukata . Tukiongeza shinikizo P taratibu, baada ya muda fulani yatajitokeza nyufa za mwinuko kwenye silinda, na mara tu baada ya hapo silinda itavunjika. Wakati wa kuvunjika silinda huwa imekatwa chini ya athari ya shinikizo P na katika uso wa kukata wenye upinzani mdogo zaidi N-N.
Kielelezo 1. Athari ya shinikizo kwenye silinda iliyotolewa kutoka kwenye udongo wenye mshikamano
Upinzani wa udongo ambao silinda iliutoa dhidi ya athari ya nguvu P wakati wa kuvunjika huitwa upinzani wa kukata wa udongo, na pembe α ya mwelekeo wa ndege ya upinzani mdogo zaidi dhidi ya usawa huitwa pembe ya ndege ya upinzani mdogo zaidi wa kukata wa udongo.
Upinzani wa shear wa udongo uliounganishwa una vipengele viwili vya msingi: msuguano wa ndani kati ya chembe ngumu na mshikamano unaoshikamanisha chembe ngumu. Nguvu ya shear ya udongo hukubalika kuwa sawa na mkazo mkubwa zaidi wa shear wakati wa kuvunjika na huonyeshwa kwa mlinganyo
τf = c + σ tg_φ_
ambapo: τf ni nguvu ya kukata ya udongo [kp/cm2],
c mshikamano wa udongo [kp/cm3],
σ mkazo wa kawaida wa udongo [kp/cm3],
φ pembe ya msuguano wa ndani wa udongo.
Mfumo huu wa juu uliotolewa na Mfaransa Coulomb mwaka 1785. Kulingana na mfumo huu, kwa udongo fulani mshikamano c ni wa kudumu na hauhusiani na shinikizo la kawaida, ilhali upinzani wa msuguano σ tg_ϕ_ ni sawia moja kwa moja na mkazo σ. Kwa kweli mshikamano e si wa kudumu kwa udongo fulani, bali nao kwa kiwango fulani unategemea mkazo wa kawaida σ, kwa sababu chini ya athari ya shinikizo hilo unene wa filamu ya maji inayofunika chembe ngumu hupungua na hivyo mshikamano huongezeka. Mfumo wa Coulomb unatumika kwa udongo unaopenya, ambao chini ya athari ya shinikizo la kawaida maji kutoka kwenye matundu husukumwa bila upinzani, kama ilivyo kwa udongo wa changarawe na mchanga, lakini si kwa udongo ulioshikana, ambao haupenyi sana, kwa sababu hiyo maji kutoka kwenye matundu husukumwa kwa shida na hubaki kama maji ya matundu yaliyo chini ya mkazo chini ya athari ya mzigo P.
Mivutano inayofanya kazi na ya upande wowote katika udongo
Mch. 2. Msongo halisi na msongo wa kati katika udongo
Ikiwa kwenye sakafu ya chombo tutaweka sampuli ya udongo, kwa mfano mchanga mkavu, na kuipakia kwa uzito fulani, kwa mfano risasi ya kuokea yenye uzito W, mzigo wote wa uzito huu utabebwa na chembe ngumu za udongo. Shinikizo la juu maalumu kwenye uso wa sampuli p0 = W/A katika kp/cm3, ambapo A ni eneo la sehemu mtambuko ya sampuli, litasababisha kushuka kwa sampuli, yaani kupungua kwa upenyo wake, lakini pia litasababisha mabadiliko ya sifa nyingine za kimwili za sampuli kama vile kuongezeka kwa nguvu ya kukata, kuongezeka kwa moduli ya kubanika na nyingine. Shinikizo linalotawala kwenye nyuso za mgusano kati ya chembe huitwa shinikizo tendaji au shinikizo kati ya chembe σ’. Wakati ujumuishaji unapopatikana yaani sampuli inapokoma kushuka chini ya mzigo p0, shinikizo tendaji huwa sawa na shinikizo la jumla maalumu linalotawala katika kina ambamo udongo unachunguzwa. Katika hali hii, katika kina chini ya uso wa sampuli katika mch. 2 σ’ = W/A + hzγ ambapo γ ni uzito wa ujazo wa sampuli.
Hata hivyo, ikiwa sampuli ndani ya chombo, badala ya kuipakia kwa risasi za risasi, tutaipakia kwa maji hadi urefu h, kwa kuzingatia kuwa maji yamejaza matundu yote ya sampuli, shinikizo la safu ya maji juu ya sampuli hγw, ambapo γw ni uzito wa ujazo wa maji, halitasababisha kukaa kwa sampuli na kupungua kwa utando wake wala halitaongeza nguvu yake ya kukata na moduli ya kukandamizwa. Ndiyo sababu shinikizo la hidrostatiki hγw huitwa shinikizo lisiloegemea. Shinikizo lisiloegemea linaloonyeshwa kwa u hupitishwa kupitia sampuli katika pande zote kwa ukubwa sawa. Shinikizo hili halitasababisha kuongezeka kwa nguvu ya kukata, kwa kuwa maji yenyewe hayana nguvu yoyote ya kukata.
Hivyo basi shinikizo tendaji σ’ hupitishwa kupitia nyuso za mgusano kati ya chembe ngumu za udongo, ilhali shinikizo la upande wa pili u hupitishwa kupitia maji yaliyo katika matundu. Ikiwa sehemu ya chini ya chombo imejaa sampuli ya udongo iliyoshiba ambayo uzito wake wa ujazo ni γz, na juu ya uso wa sampuli hadi kiwango N chombo kimejaa maji ambayo uzito wake wa ujazo ni γw, basi shinikizo la jumla σ katika nukta yoyote ya sampuli litakuwa σ = σ’ + u.
Katika kina hz, chini ya uso wa sampuli shinikizo tendaji litakuwa σ = σ’ - u
ambapo σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Hivyo basi itakuwa σ’ = hz γ’
γ’ ni uzito wa ujazo wa udongo ulioloweshwa ndani ya maji.
Mlinganyo wa jumla wa nguvu ya kukata ya udongo
Ikiwa tutapakia udongo ulioshikamana kwa mzigo P, mzigo huu utasababisha kusinyaa kwa udongo na kwanza hewa itasukumwa nje ya matundu yake chini ya athari yake, hivyo hivi karibuni matunduni utabaki maji pekee. Kwa kuwa kutokana na upitishaji mdogo wa maji wa udongo ulioshikamana maji hayawezi kusukumwa nje mara moja, hubaki kama maji yenye msongo kwenye matundu na mwanzoni hupokea mzigo wote wa nje P. Kadiri muda unavyopita, chini ya athari ya mzigo P maji huanza kusukumwa kutoka kwenye matundu na ukaribiano wa chembe ngumu hutokea, ambazo sasa hupokea sehemu ya mzigo P. Hapo tuna τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ ambapo σ ni shinikizo la jumla kutokana na mzigo P, u ni shinikizo la maji ya matundu.
Shinikizo la maji ya kwenye matundu ya udongo hutegemea mambo kadhaa, kama vile mwendo wa wakati wa uunganishaji, upitishaji wa udongo, ukubwa wa mzigo wa udongo n.k. Nguvu ya kukata ya udongo hutegemea shinikizo la maji ya kwenye matundu ya udongo na huwa kubwa zaidi kwa u=0, wakati uunganishaji wa udongo hutokea.
Shughuli ya kolloidi ya udongo
Vipengele vya upinzani wa ndani wa udongo muungano na msuguano vinaweza kuwa tofauti na hutegemea kwa kiasi kikubwa ukubwa wa chembe ngumu za udongo na sifa zake za plastiki. Ili kubaini athari ya muungano kwa uwiano na upinzani wa msuguano wa ndani wa udongo unaoshikamana, Skempton alianzisha dhana ya shughuli ya koloidi ya udongo _K_P, ambayo huwakilishwa na uwiano wa kielezo cha plastisiti IP dhidi ya kiasi cha chembe zilizo chini ya 0,002 mm kwa % ya uzito wa jumla. Katika hili, kigezo kifuatacho kilikubaliwa (kielelezo 3):
Mch. 3. Uhai wa koloidi wa udongo
Kwa KP < 0,75 hizi ni udongo wa mfinyanzi usio hai,
kwa KP = 0,75 – 1,25 ni udongo wa kawaida,
kwa Kp > 1,25 ya udongo hai.
Kadiri KP inavyoongezeka, ndivyo athari ya mshikamano inavyoongezeka ikilinganishwa na msuguano wa ndani wa udongo shikamani.
Uwezo wa udongo kupenyeza maji
Ikiwa katika udongo mshikamano tunatoa silinda yenye kipenyo 3—3,4 cm na urefu ~ 5 cm na kuiwekea mzigo wa kawaida, wakati wa kuvunjika kwa silinda tutapata nguvu ya kukandamiza ya udongo katika hali isiyosumbuliwa σ__ₙ:
σn = P/A katika kp/cm2,
ambapo A ni sehemu ya msalaba ya silinda.
Baada ya jaribio kukamilika, sampuli iliyovunjika tunaiondoa na kutengeneza upya silinda yenye vipimo vilevile, kwa kutumia ukungu uleule wa silinda, kwa sharti kwamba unyevunyevu wake ubaki ule uliokuwapo katika jaribio la awali. Kisha mara tu baada ya kutengenezwa kwa silinda iliyofanyiwa kukandwa, jaribio hilo hurudiwa nayo, ili kupata nguvu ya kubana ya udongo katika hali iliyosumbuliwa σ__ₚ.
Uwezekano wa kushindwa (sensitivitet) S__ₜ ni uwiano wa nguvu ya kubana katika hali isiyovurugwa kwa nguvu ya kubana katika hali iliyovurugwa: St = σn/σp,
Kwa mujibu wa kigezo kimoja, unyeti S__ₜ hutathminiwa kama ifuatavyo:
- kwa S__ₜ = 1 — 2 ni unyeti mdogo wa udongo mfinyanzi,
- kwa S__ₜ = 2 — 4 ni unyeti wa kati wa mfinyanzi,
- kwa S__ₜ = 4 — 8 kuna unyeti mkubwa wa udongo wa mfinyanzi,
- kwa S__ₜ > 8 ni udongo wenye msikivu kupita kiasi.
Katika asili hutokea kwamba kutokana na athari ya kimwili, kwa mfano mtetemeko, udongo wa mfinyanzi hupoteza ghafla uimara wake, kisha katika hali ya utulivu huupata tena. Sifa hii inaitwa tiksotropia ya udongo. Mfinyanzi mingi ina kwa kiwango fulani sifa za tiksotropia. Mifano ya kuteleza kwa miteremko ya mashimo kutokana na mtiririko wa mfinyanzi yenye tiksotropia inajulikana nchini Norwe, Uswidi na Ufini, ambapo kwa uchunguzi ilibainika kuwa hakukuwa na mabadiliko ya unyevu wa mfinyanzi wakati wa mchakato huu, yaani unyevu wa mfinyanzi ulikuwa wa kudumu kabla na baada ya mtiririko.