رفتار خاک‌ها در برابر بارگذاری، به خواص مکانیکی آن‌ها از جمله تنش موثر، مقاومت برشی، ظرفیت باربری و غیره بستگی دارد. در این بخش، به معرفی مهم‌ترین خواص مکانیکی خاک می‌پردازیم.
تنش موثر خاک چیست؟
«تنش موثر» (Effective Stress) یا تنش بین ذره‌ای، نیرویی است که مجموعه‌ای از ذرات را به صورت صلب در کنار یکدیگر نگه می‌دارد. این نیرو معمولاً در موادی نظیر شن، ماسه و به طور کلی خاک‌ها مشاهده می‌شود. مطابق با تعریف ترزاقی، تنش موثر، تنشی است که از طریق سطح اتصال ذرات، درون خاک توزیع می‌شود. رابطه تنش موثر برابر است با:
- σ: تنش کل
- u: فشار آب منفذی
در حالت عادی، تنش کل و فشار آب منفذی با استفاده از روابط زیر قابل محاسبه خواهند بود:
- Hsoil: ارتفاع خاک
- γsoil: چگالی خاک
- Hw: ارتفاع سطح آب
- γw: چگالی آب
مقاومت برشی خاک چیست؟
مقاومت برشی، توانایی تحمل ماده در برابر تنش‌های برشی است. مقاومت برشی خاک، به اصطکاک ذرات و پیوند سطح اتصال آن‌ها بستگی دارد. به دلیل جفت شدن ذرات در ساختمان خاک، کرنش‌های برشی می‌توانند باعث انبساط یا انقباض حجم در خاک شوند. در صورت افزایش حجم بر اثر تنش برشی، چگالی و مقاومت کاهش می‌یابد. با توقف انبساط یا انقباض خاک و از هم گسیختن پیوند بین ذرات، منحنی تنش-کرنش تغییر سطح می‌دهد. به سطحی که در آن با ثابت ماندن تنش برشی و چگالی، کرنش برشی افزایش می‌یابد، سطح بحرانی، سطح پایدار یا مقاومت باقی‌مانده می‌گویند.
مقاومت برشی خاک، به چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی بستگی دارد.
- «چسبندگی» (Cohesion): نیرویی که ذرات را در کنار یکدیگر نگه می‌دارد. چسبندگی با اجرای آزمایش برش مستقیم تعیین می‌شود.
- «زاویه اصطکاک» (Friction Angle): پارامتری که برای توصیف مقاومت برشی اصطکاکی و تنش موثر مورد استفاده قرار می‌گیرد. زاویه اصطکاک با استفاده از دایره مور قابل تعیین است.
مقاومت برشی، مهم‌ترین عامل موثر بر پایداری شیب‌های خاکی (سد، خاکریز و گود) است.
