Naprężenia efektywne i całkowite

Naprężenia efektywne i całkowite w gruntach oraz zilustrowanie różnicy w wynikach spowodowanych przesunięciem o wartości ciśnienia wody w porach gruntu na podstawie kół Mohra.

Badania według procedury CD mają na celu umożliwienie dyssypacji nadmiaru ciśnienia wody w porach gruntu. W rzeczywistości warunki z drenażem są powszechne tam, gdzie obciążane są grunty dobrze przepuszczalne oraz gdzie przyrost obciążenia jest powolny. Często jednak w sytuacjach inżynierskich mamy do czynienia z szybkim wzrostem obciążenia oraz z gruntami mało-/ lub wręcz nieprzepuszczalnymi. Wówczas, zgodnie z omówioną w poprzednim rozdziale zasadą Terzaghiego, każdy wzrost obciążenia będzie wiązał się ze wzrostem naprężeń całkowitych i wzrostem ciśnienia wody w porach gruntu, ale niekoniecznie ze wzrostem naprężeń efektywnych.

\sigma =\sigma'+u

Należy także przypomnieć, że woda nie przenosi naprężeń ścinających, a jedynie naprężenia normalne, tak więc zgodnie z zasadą Terzaghiego dziewięć składowych tensora naprężenia w trzech wymiarach można przedstawić jako.

\sigma_{xx} =\sigma'_{xx}+u
\\
\\
\sigma_{yy} =\sigma'_{yy}+u
\\
\\
\sigma_{zz} =\sigma'_{zz}+u
\\
\\
\sigma_{xy} =\sigma'_{xy}
\\
\\
\sigma_{yz} =\sigma'_{yz}
\\
\\
\sigma_{zx} =\sigma'_{zx}

Jest to istotne w przypadku badań w aparacie trójosiowego ściskania według procedury CU, w której po zakończeniu konsolidacji próbki w początkowej fazie testu, odpływ wody z próbki na czas ściskania tłokiem zostaje odcięty, a ciśnie wody w porach wzrasta. Aparaty trójosiowego ściskania są z reguły wyposażone w czujniki ciśnienia w porach gruntu, więc wartość ciśnienia u jest znana. Zatem do wyznaczenia efektywnych parametrów wytrzymałościowych gruntu wystarczy odjąć znaną wartość u od naprężeń normalnych σ₁ oraz σ₃, czyli przesunąć graniczne koła Mohra w poziomie.

Na poniższym kole Mohra przedstawiono interpretacje dwóch przykładowych badań CU w naprężeniach całkowitych φ’ i c’ różnią się od pozornych parametrów całkowitych φ i c.

Wynik badania CU dwóch próbek gruntu spoistego w aparacie trójosiowego ściskania. Na czerwono zaznaczono graniczne koła Mohra i odpowiadającą im obwiednię dla naprężeń całkowitych. Na niebiesko te same graniczne koła Mohra, ale wyrażone w naprężeniach efektywnych, to jest przesunięte o wartości ciśnienia wody w porach gruntu.

W aparatach skrzynkowych wartości ciśnienia wody w porach gruntu nie są badane.