Efektivní/Totální napětí v zemině
Svislá normálová napětí σz definujeme jako:
kde: | σz | - | svislé normálové totální napětí |
γef | - | objemová tíha zeminy pod vodou | |
z | - | hloubka pod povrchem terénu | |
γw | - | měrná tíha vody |
Tento vztah v zobecněném tvaru vyjadřuje tzv. princip efektivních napětí:
kde: | σ | - | totální (celkové) napětí |
σef | - | efektivní (účinné) napětí | |
u | - | neutrální napětí (pórový tlak) |
Totální, efektivní a neutrální napětí v zemině
Princip efektivních napětí platí jen pro normálová napětí σ, protože smyková napětí τ voda nepřenáší a jsou tedy vždy efektivní. Totální napětí určujeme metodami teoretické mechaniky, efektivní napětí jako rozdíl totálního napětí a pórového tlaku (tj. vždy výpočtem, nemůžeme ho nikdy změřit). Pórové tlaky určujeme laboratorními a polními metodami nebo výpočtem. Na otázku, kdy použít efektivní či totální napětí do výpočtu není jednoznačná odpověď. Obecné doporučení dává níže uvedená tabulka, jež platí pro naprostou většinu úloh. Je nutné mít na paměti, že totální napětí závisí na způsobu zatížení zeminy vlastní tíhou a vnějšími účinky. Když je pórová voda v klidu, je pórový tlak rovný hydrostatickému tlaku vody, pokud voda proudí, hydrodynamickému tlaku. V případě neúplně nasycených zemin s vyšším stupněm nasycení (saturací) se musí vzít v úvahu, že pórový tlak vzniká jak ve vodě, tak i ve vzduchových bublinkách.
Uvažované podmínky | Odvodněná vrstva | Neodvodněná vrstva |
Krátkodobé | efektivní napětí | totální napětí |
Dlouhodobé | efektivní napětí | efektivní napětí |
Ve vrstevnatém prostředí s různými objemovými tíhami jednotlivých vodorovných vrstev je svislé totální napětí dáno součtem tíhy všech vrstev zemin nad zkoumaným bodem a pórového napětí:
kde: | σz | - | svislé totální napětí (normálové) |
γ | - | objemová tíha zeminy | |
- pro zeminy nad HPV a suché vrstvy objemová tíha zeminy v přirozeném stavu | |||
- v ostatních případech objemová tíha zeminy pod vodou | |||
d | - | hloubka hladiny podzemní vody pod povrchem terénu | |
z | - | hloubka pod povrchem terénu | |
γw | - | měrná tíha vody |