Effektiver Stress im Boden: Entwicklung, Bedeutung und Prinzipien

Wenn ein Gebäude errichtet wird, wird sein Gewicht durch sein Fundament auf den Boden übertragen, wodurch Spannungen in den darunter liegenden Schichten induziert werden. Diese induzierten Spannungen können Probleme wie übermäßiges Absetzen oder Scherfehler verursachen und sind daher für Geotechnikingenieure wichtig.

Spannungen im Unterboden:

Spannungen im Untergrund werden verursacht durch:

(i) Eigengewicht des Bodens

(ii) strukturelle Belastung des Bodens

In gesättigten Böden entwickelte Spannungen sind:

(i) Wirksame Spannungen

(ii) Neutrale Spannungen

(iii) Gesamtspannungen.

Effektiver Stress:

Karl Terzaghi erkannte als erster die Wichtigkeit von effektivem Stress. Es ist die Spannung, die durch das Korn an der Kontaktstelle durch die Bodenmasse auf das Korn übertragen wird. Es wird auch als intergranularer Stress bezeichnet. Es wird mit σ 'bezeichnet. Wenn die Bodenmasse geladen ist. Die Last wird durch ihren Berührungspunkt auf die Bodenzuwächse übertragen. Wenn am Kontaktpunkt die aufgebrachte Last größer ist als der Widerstand der Körner, wird die Bodenmasse komprimiert.

Diese Kompression ist zum Teil auf die elastische Kompression der Körner an den Berührungspunkten und zum Teil auf relatives Gleiten zwischen den Partikeln zurückzuführen. Diese Belastung pro Flächeneinheit Bodenmasse, die für die Verformung der Bodenmasse verantwortlich ist, wird als effektive Spannung bezeichnet.

Neutraler Stress:

Es ist die Belastung oder der Druck, die durch die Porenflüssigkeit übertragen werden. Es wird auch als Porendruck bezeichnet und mit u bezeichnet. In gesättigten Böden sind die Poren der Bodenmasse mit Wasser gefüllt. Wenn die gesättigte Bodenmasse beladen ist, wird die Last nicht durch die Körner übertragen. Die Ladung wird auf das Porenwasser übertragen. Da Wasser nicht komprimierbar ist, entwickelt sich im Porenwasser ein Druck.

Dieser Druck wird Porendruck oder Porenwasserdruck genannt. Der Porendruck hat keinen messbaren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Bodens wie Hohlraumanteil, Scherfestigkeit usw. Dieser Druck oder diese Belastung wird als neutrale Belastung bezeichnet.

Gesamtspannung:

Die Gesamtspannung ist gleich der Summe der wirksamen und der neutralen Belastung. Es wird mit σ bezeichnet.

σ = σ + u

Effektive Spannungen können von keinem Gerät im Feld gemessen werden. Sie kann nur nach Messung der Gesamtspannung und des Porendrucks berechnet werden. Effektiver Stress ist somit keine physikalische Größe, sondern nur ein sehr nützliches mathematisches Konzept zur Bestimmung des Ingenieurverhaltens von Böden.

Wichtigkeit effektiver Spannung in technischen Problemen:

Der effektive Stress spielt eine wichtige Rolle bei:

(i) Bodensiedlung

(ii) Scherfestigkeit des Bodens

Siedlung des Bodens:

Das Phänomen der allmählichen Verringerung des Bodenvolumens aufgrund des Ausstoßens von Wasser aus den Bodenporen wird als Verfestigung oder Verdichtung oder Besiedlung des Bodens bezeichnet. Abbildung 5.3 zeigt eine Kompressionskurve von Ton. Es ist eine Kurve zwischen der effektiven Spannung σ und dem Hohlraumverhältnis e. Aus dem Diagramm geht klar hervor, dass wenn σ zunimmt, dh abnimmt, dh aufgrund der Erhöhung der effektiven Belastung die Verdichtung des Bodens zunimmt.

Die endgültige Konsolidierungsabrechnung kann anhand der Formel berechnet werden

S = m _V H

Dabei ist m _V der Koeffizient der Volumenkompressibilität

H ist die Dicke der komprimierbaren Schicht

Ist der durchschnittliche Anstieg des effektiven Drucks.

Aus der obigen Gleichung wird deutlich, dass die Bodensiedlung direkt proportional zum effektiven Druck ist. Die Besiedlung des Bodens hängt also von der effektiven Belastung oder dem effektiven Druck ab. Wenn der effektive Stress zunimmt, nimmt auch die Besiedlung des Bodens zu.

Scherfestigkeit des Bodens:

Viele geotechnische Probleme erfordern eine Beurteilung der Scherfestigkeit, einschließlich:

(a) Strukturelle Grundlagen

Die Last von einer Struktur wird durch das Fundament auf den Boden übertragen. Dies erzeugt Scherspannung und Druckspannung. Wenn die erzeugte Scherspannung größer ist als die Scherfestigkeit des Bodens, tritt ein Scherbruch auf, der zum Zusammenbruch der Struktur führt.

(b) Erdhänge:

Auf einem abfallenden Boden erzeugt die Schwerkraft Schubspannungen im Boden. Wenn diese Spannungen die Scherfestigkeit überschreiten, tritt eine Landseite auf.

c) Straßenbeläge

Radlasten von Fahrzeugen werden durch Pflaster auf den Boden übertragen. Diese Lasten erzeugen eine Scherspannung, die einen Scherbruch verursacht.

Wissen Sie?

Der Wert von K in x-Richtung ist gleich dem in y-Richtung für eine ebene Bodenfläche.

Die Scherfestigkeit des Bodens wird anhand der Formel berechnet

S = σ tan

Wobei σ = effektive Spannung

Eff = effektiver Reibungswinkel

Für einen gegebenen Boden ist f konstant. Die Scherfestigkeit ist dann direkt proportional zur effektiven Spannung. Mit zunehmender effektiver Belastung nimmt also die Festigkeit zu. Wenn die Scherfestigkeit des Bodens größer ist, ist das Scherversagen geringer.

Prinzip des effektiven Stress:

Wenn die gesättigte Bodenmasse geladen ist, wird die Last auf das Porenwasser übertragen. Nach dem Austreiben des Porenwassers wird es auf die Bodenkörner übertragen. Sei YY die Wellenebene, die durch die Berührungspunkte der Bodenkörner verläuft. Sei A die Fläche der Wellenebene YY. Diese Fläche A ist die Summe aus Kontaktfläche der Körner (A _g ) und Fläche des Porenwassers (A _w ), wie in Abbildung 5.5 dargestellt. Aus Abbildung 5.6 ist ersichtlich, dass der Kontaktbereich der Körner (A _g ) viel kleiner ist als der Bereich des Porenwassers (A _w ), dh A _w = A.

Sei F die Gesamtbelastung der Fläche A.