Kuat Geser

download Kuat Geser

of 32

Embed Size (px)

Transcript of Kuat Geser

Kuat geser (tanah)Dari Wikipedia, ensiklopedia bebas Langsung ke: navigasi , cari Untuk gambaran umum dari kekuatan geser, lihat kekuatan geser .

Stres Khas regangan untuk tanah dilatant dikeringkan Kekuatan geser adalah istilah yang digunakan dalam mekanika tanah untuk menggambarkan besarnya tegangan geser bahwa tanah dapat dipertahankan. Daya tahan geser tanah adalah hasil dari gesekan dan saling sementasi partikel, dan mungkin atau ikatan pada kontak antara partikel. Karena saling, bahan partikulat dapat memperluas atau kontrak volume seperti yang dikenakan strain geser . Jika tanah mengembang volumenya, kepadatan partikel akan menurun dan kekuatan akan menurun, dalam hal ini, kekuatan puncak akan diikuti dengan pengurangan tegangan geser. Hubungan tegangan-regangan tingkat off ketika material berhenti memperluas atau kontrak, dan ketika obligasi interparticle yang rusak. Keadaan teoritis di mana tegangan geser dan kepadatan tetap konstan sementara kenaikan regangan geser dapat disebut keadaan kritis, kondisi mapan, atau kekuatan sisa.

Sebuah garis keadaan kritis memisahkan negara dilatant dan kontraktif untuk tanah Perubahan volume perilaku dan gesekan interparticle tergantung pada kepadatan partikel, pasukan kontak antar butir, dan untuk tingkat yang agak rendah, faktor lain seperti tingkat geser dan arah tegangan geser. Normal rata-rata gaya kontak antar butir per satuan luas disebut tegangan efektif .

Jika air tidak dibiarkan mengalir dalam atau di luar tanah, jalan stres disebut jalur stres undrained. Selama geser undrained, jika partikel dikelilingi oleh cairan hampir mampat seperti air, maka kepadatan partikel tidak dapat berubah tanpa drainase, tapi tekanan air dan tegangan efektif akan berubah. Di sisi lain, jika cairan diperbolehkan untuk bebas mengalir keluar dari pori-pori, maka tekanan pori akan tetap konstan dan jalur tes disebut jalur stres dikeringkan. Tanah ini bebas untuk melebarkan atau kontrak selama geser jika tanah dikeringkan. Pada kenyataannya, tanah sebagian dikeringkan, di suatu tempat antara kondisi ideal sempurna undrained dan drained. Kekuatan geser suatu tanah tergantung pada tegangan efektif, kondisi drainase, kepadatan partikel, laju regangan, dan arah tekanan. Untuk ditiriskan, geser volume yang konstan, Tresca teori dapat digunakan untuk memprediksi kuat geser, tapi untuk kondisi yang dikeringkan, yang teori Mohr-Coulomb dapat digunakan. Dua teori penting dari geser tanah adalah teori keadaan kritis dan teori steady state . Ada perbedaan penting antara kondisi keadaan kritis dan kondisi steady state dan teori yang dihasilkan sesuai untuk setiap kondisi ini.

Isi[hide]

1 Faktor-faktor Pengendalian Kekuatan Geser Tanah 2 undrained kekuatan 3 terkuras kekuatan geser 4 Teori Kritis negara 5 Mantap negara (sistem dinamis geser tanah based) 6 Lihat juga 7 Referensi 8 Pranala luar

[ sunting ] Faktor-faktor Pengendalian Kekuatan Geser TanahHubungan tegangan-regangan tanah, dan karena itu kekuatan geser, dipengaruhi ( Poulos 1989 ) oleh: 1. tanah komposisi (material tanah dasar): mineralogi , ukuran butir dan distribusi ukuran butir, bentuk partikel, jenis cairan pori dan konten, ion pada biji-bijian dan dalam pori cairan . 2. negara (awal): Ditetapkan oleh awal angka pori , tegangan normal efektif dan tegangan geser (sejarah stres). Negara dapat dijelaskan dengan istilah-istilah seperti: longgar,

padat, overconsolidated, konsolidasi normal, kaku, lembut, kontraktif, yg membesarkan, dll 3. struktur: Mengacu pada susunan partikel dalam massa tanah; cara partikel yang dikemas atau didistribusikan. Fitur seperti lapisan, sendi, celah, slickensides , void, saku, sementasi , dll, merupakan bagian dari struktur. Struktur tanah digambarkan oleh istilahistilah seperti: tidak terganggu, terganggu, dibentuk ulang, dipadatkan, disemen; flocculent , madu disisir , berbutir tunggal; flocculated, deflocculated; bertingkat, berlapis, dilaminasi; isotropik dan anisotropik. 4. Memuat kondisi: Efektif stres jalur , yaitu, tiriskan, dan ditiriskan, dan jenis pembebanan, yaitu, besar, tingkat (statis, dinamis), dan riwayat waktu (monotonik, siklik).

[ sunting ] kekuatan undrainedIstilah ini menggambarkan jenis kekuatan geser dalam mekanika tanah yang berbeda dari kekuatan dikeringkan. Secara konseptual, tidak ada yang namanya kekuatan undrained tanah a. Hal ini tergantung pada sejumlah faktor, yang utama adalah:

Orientasi dari tegangan Stres jalan Laju geser Volume bahan (seperti untuk tanah liat pecah-pecah atau massa batuan)

Kekuatan undrained biasanya didefinisikan oleh Tresca teori , berdasarkan lingkaran Mohr sebagai: 1-3=2Su Dimana: 1 adalah stres prinsipal utama 3 adalah tegangan utama kecil adalah kekuatan geser ( 1 - 3) / 2 maka, S = u (atau kadang-kadang c u), kekuatan undrained.

Hal ini umumnya diadopsi dalam analisis keseimbangan batas mana tingkat pembebanan sangat jauh lebih besar dari tingkat di mana tekanan air pori, yang dihasilkan karena aksi geser tanah, mungkin menghilang. Contoh dari ini adalah muatan cepat pasir selama gempa bumi, atau kegagalan kemiringan tanah liat selama hujan deras, dan berlaku untuk sebagian besar kegagalan yang terjadi selama konstruksi.

Sebagai implikasi dari kondisi undrained, tidak elastis strain volumetrik terjadi, dan dengan demikian rasio Poisson diasumsikan tetap 0,5 seluruh geser. Model tanah Tresca juga tidak memiliki strain volumetrik plastik terjadi. Ini adalah sangat penting dalam analisis yang lebih canggih seperti dalam analisis elemen hingga . Dalam metode analisis canggih, tanah model lain dari Tresca dapat digunakan untuk memodelkan kondisi undrained termasuk Mohr-Coulomb dan model tanah kritis negara seperti model Cam-tanah liat dimodifikasi, asalkan rasio Poisson dipertahankan pada 0,5. Satu hubungan digunakan secara luas dengan berlatih insinyur adalah pengamatan empiris bahwa rasio kekuatan geser undrained c ke p tegangan efektif membatasi 'adalah kira-kira konstan untuk diberikan Selama Rasio Konsolidasi (OCR), dan berubah secara linear dengan logaritma dari OCR . Ide ini adalah sistematis dalam SHANSEP empiris (stres sejarah dan sifat tanah normalisasi teknik) metode. ( Ladd & Foott 1974 ). Hubungan ini juga bisa berasal dari kedua [kritis-negara rujukan? ] dan mekanika tanah kondisi mapan ( Yusuf 2012 ).

[ sunting ] kekuatan geser terkurasKekuatan geser yang dikeringkan sangat kuat geser tanah ketika tekanan fluida pori, yang dihasilkan selama geser tanah, mampu mengusir selama geser. Hal ini juga berlaku apabila ada air pori ada dalam tanah (tanah kering) dan tekanan fluida pori sehingga dapat diabaikan. Hal ini umumnya didekati dengan menggunakan persamaan Mohr-Coulomb. (Ini disebut "persamaan Coulomb" oleh Karl von Terzaghi pada tahun 1942.) ( Terzaghi 1942 ) dikombinasikan dengan prinsip tegangan efektif. Dalam hal tegangan efektif, kekuatan geser sering didekati dengan: = 'tan (') + c ' Dimana '= ( - u)., Didefinisikan sebagai tegangan efektif adalah tegangan total diterapkan normal terhadap bidang geser, dan u adalah tekanan air pori yang bekerja pada bidang yang sama. '= gesekan sudut tegangan efektif, atau the'angle geser' setelah Coulomb gesekan . Para koefisien gesekan sama dengan tan ( '). Nilai yang berbeda dari sudut gesekan dapat didefinisikan, termasuk sudut geser puncak, 'p, sudut keadaan kritis gesekan, ' cv, atau sudut geser residu, r '. c '= disebut kohesi , bagaimanapun, biasanya muncul sebagai konsekuensi dari memaksa garis lurus sesuai melalui nilai-nilai terukur (, ') meskipun data sebenarnya jatuh pada kurva. Mencegat dari garis lurus pada sumbu tegangan geser disebut kohesi. Hal ini juga diketahui bahwa intercept yang dihasilkan tergantung pada tingkat tekanan dipertimbangkan: itu bukan properti tanah dasar. Kelengkungan (nonlinier) dari amplop kegagalan terjadi karena dilatancy partikel tanah erat dikemas tergantung pada tekanan keliling.

[ sunting ] teori keadaan Kritis

Artikel utama: mekanika tanah negara Kritis Pemahaman yang lebih maju dari perilaku tanah menjalani memimpin geser pada pengembangan teori keadaan kritis mekanika tanah ( Roscoe, Schofield & gusar 1958 ). Dalam mekanika tanah negara yang kritis, kekuatan geser yang berbeda diidentifikasi mana geser tanah yang menjalani melakukannya pada volume konstan, juga disebut 'kondisi kritis'. Jadi ada tiga kekuatan geser sering diidentifikasi untuk menjalani geser tanah:

Puncak kekuatan p Kritis negara atau kekuatan volume konstan Sisa kekuatan r

cv

Kekuatan puncak dapat terjadi sebelum atau pada kondisi kritis, tergantung pada keadaan awal dari partikel-partikel tanah yang dicukur:

Sebuah tanah yang gembur akan kontrak dalam volume di geser, dan mungkin mengembangkan setiap kekuatan puncak atas kondisi kritis. Dalam kekuatan 'puncak' hal ini akan bertepatan dengan kekuatan geser kondisi kritis, setelah tanah telah berhenti berkontraksi dalam volume. Ini dapat dinyatakan bahwa tanah tersebut tidak menunjukkan 'kekuatan puncak' yang berbeda. Sebuah tanah padat bisa mengontrak sedikit sebelum berpaut granular mencegah kontraksi lebih lanjut (interlock granular tergantung pada bentuk butir dan susunan kemasan awal mereka). Dalam rangka untuk terus geser sekali berpaut granular telah terjadi, tanah harus melebarkan (memperluas volume). Sebagai gaya geser tambahan diperlukan untuk melebarkan tanah, sebuah 'puncak' kekuatan terjadi. Setelah ini kekuatan puncak yang disebabkan oleh pelebaran telah diatasi melalui geser terus, perlawanan yang diberikan oleh tanah untuk tegangan geser diterapkan mengurangi (disebut "ketegangan pelunakan"). Pelunakan ketegangan akan berlanjut sampai tidak ada perubahan lebih lanjut dalam volume tanah terjadi pada geser lanjutan. Kekuatan puncak juga diamati pada tanah lempung di mana struktur alami dari tanah harus dihancurkan sebelum mencapai geser volume konstan. Efek lainnya yang menghasilkan kekuatan puncak termasuk sementasi dan ikatan partikel.

Volume konstan (atau negara bagian kritis) kekuatan geser dikatakan intrinsik untuk tanah, dan independen dari kepadatan awal atau pengaturan kemasan butir tanah. Dalam keadaan ini bijibijian yang dicukur dikatakan 'jatuh' satu sama lain, tanpa berpaut granular signifikan atau geser pengembangan pesawat mempengaruhi ketahanan terhadap geser. Pada titik ini, tidak ada kain warisan atau ikatan butir tanah mempengaruhi kekuatan tanah. Kekuatan sisa terjadi untuk beberapa tanah di mana bentuk partikel yang membentuk tanah menjadi selaras selama geser (membentuk slickenside ), sehingga resistensi dikurangi menjadi geser lanjutan (strain lanjut pelunakan). Hal ini terutama berlaku untuk tanah liat paling yang terdiri dari piring-seperti mineral, tetapi juga diamati pada beberapa tanah granular dengan lebih memanjang berbentuk biji-bijian. Tanah liat yang tidak memiliki plat seperti mineral (seperti tanah liat allophanic ) tidak cenderung menunjukkan kekuatan sisa.

Digunakan dalam praktek: Jika satu adalah untuk mengadopsi teori keadaan kritis dan mengambil 'c = 0; p dapat digunakan, asalkan tingkat strain diantisipasi diperhitungkan, dan efek pecah potensi atau regangan pelunakan dengan kekuatan negara penting dipertimbangkan. Untuk deformasi regangan besar, potensi untuk membentuk permukaan slickensided dengan r sebuah 'harus dipertimbangkan (seperti mengemudi ambeien). Negara Kritis terjadi pada laju regangan kuasi-statis. Ini tidak memungkinkan untuk perbedaan kekuatan geser berdasarkan tarif galur yang berbeda. Juga pada keadaan kritis, tidak ada keselarasan partikel atau struktur tanah tertentu.

[ mengedit ] Mantap negara (sistem dinamis geser tanah based)Sebuah penyempurnaan dari konsep negara penting adalah konsep steady state. Kekuatan steady state didefinisikan sebagai kekuatan geser tanah saat sedang pada kondisi steady state. Kondisi steady state didefinisikan sebagai "kondisi dimana massa secara terusmenerus deformasi pada volume konstan, tegangan efektif konstan normal, tegangan geser konstan, dan kecepatan konstan." ( Poulos 1981 ) Steve Poulos dibangun dari sebuah hipotesis bahwa Arthur Casagrande adalah memformulasikan menjelang akhir karirnya (. Poulos 1981 ) Mantap negara mekanika tanah berbasis kadang-kadang disebut "mekanika tanah Harvard". Hal ini tidak sama dengan kondisi "kritis negara". Kondisi mapan hanya terjadi setelah semua kerusakan jika ada partikel selesai dan semua partikel berorientasi dalam kondisi negara yang stabil dan statistik sehingga tegangan geser yang diperlukan untuk melanjutkan deformasi pada kecepatan konstan deformasi tidak berubah. Ini berlaku untuk kedua dikeringkan dan kasus undrained. Kondisi mapan memiliki nilai sedikit berbeda tergantung pada laju regangan di mana ia diukur. Dengan demikian kuat geser keadaan tunak pada laju regangan kuasi-statis (laju regangan di mana keadaan kritis didefinisikan terjadi pada) tampaknya akan sesuai dengan kekuatan geser kondisi kritis. Namun ada perbedaan tambahan antara kedua negara. Ini adalah bahwa pada kondisi tunak butir memposisikan diri dalam struktur steady state, sedangkan tidak ada struktur tersebut terjadi untuk kondisi kritis. Dalam kasus geser untuk strain besar untuk tanah dengan partikel memanjang, struktur steady state adalah salah satu dimana butir berorientasi (mungkin bahkan selaras) ke arah geser. Dalam kasus di mana partikel-partikel sangat selaras dalam arah geser, kondisi mapan sesuai dengan "kondisi residual." Dua kesalahpahaman umum tentang kondisi mapan adalah bahwa a) itu adalah sama sebagai negara kritis dan b) bahwa ini hanya berlaku untuk kasus undrained. Sebuah primer pada teori Steady State dapat ditemukan dalam laporan oleh Poulos ( Poulos 1971 ). Penggunaannya dalam rekayasa gempa dijelaskan secara rinci dalam publikasi lain dengan Poulos ( Poulos 1989 ). Perbedaan antara kondisi mapan dan keadaan kritis tidak hanya salah satu dari semantik seperti yang kadang-kadang berpikir, dan itu tidak benar untuk menggunakan dua istilah / konsep secara

bergantian. Persyaratan tambahan dari definisi yang ketat dari steady state atas dan di atas yaitu kondisi kritis. kecepatan deformasi konstan dan secara statistik struktur konstan (struktur steady state), menempatkan kondisi tunak dalam kerangka teori sistem dinamis . Ini definisi yang ketat dari negara yang stabil telah digunakan untuk menggambarkan geser tanah sebagai sistem dinamik ( Yusuf 2009 ). Sistem dinamis di mana-mana di alam (Great Red Spot di Jupiter adalah salah satu contoh) dan matematikawan telah dipelajari secara ekstensif sistem tersebut. Dasar yang mendasari sistem geser tanah dinamis gesekan sederhana ( Yusuf 2012 ).

Mekanika tanahDari Wikipedia, ensiklopedia bebas Langsung ke: navigasi , cari

Mekanika tanah adalah cabang dari mekanika rekayasa yang menggambarkan perilaku dari tanah . Ini berbeda dari mekanika fluida dan mekanika solid dalam arti bahwa tanah terdiri dari campuran heterogen cairan (biasanya air dan udara) dan partikel (biasanya tanah liat , lumpur , pasir , dan kerikil ) tapi tanah juga mengandung padatan organik, cairan, dan gas dan materi lainnya. [1] [2] [3] [4] Seiring dengan mekanika batuan , mekanika tanah menyediakan dasar teoritis untuk analisis dalam rekayasa geoteknik , [5] sebuah subdiscipline dari Civil engineering . Mekanika tanah digunakan untuk menganalisis deformasi dan aliran cairan di dalam struktur alam dan buatan manusia yang didukung pada atau terbuat dari tanah, atau struktur yang terkubur dalam tanah. [6] Contoh aplikasi bangunan dan jembatan yayasan, dinding penahan , bendungan, dan sistem pipa terkubur. Prinsip-prinsip mekanika tanah juga digunakan dalam disiplin terkait seperti teknik geofisika , rekayasa pesisir , teknik pertanian , hidrologi dan fisika tanah .

The Tower of Pisa - contoh masalah karena deformasi tanah.

Artikel ini menjelaskan asal-usul dan komposisi tanah, perbedaan antara tekanan air pori dan antar butiran tegangan efektif, aksi kapiler cairan dalam ruang pori, klasifikasi tanah, rembesan dan permeabilitas, waktu perubahan tergantung volume karena memeras air dari kecil pori ruang, juga dikenal sebagai konsolidasi, kuat geser dan kekakuan tanah. Kekuatan geser suatu tanah terutama berasal dari gesekan antara partikel dan saling terkait, yang sangat peka terhadap stres yang efektif. [6] Artikel tersebut diakhiri dengan beberapa contoh aplikasi dari prinsipprinsip mekanika tanah seperti stabilitas lereng, tekanan tanah lateral yang pada dinding penahan, dan daya dukung pondasi.

Lereng ketidakstabilan masalah untuk tanggul pengendalian banjir sementara di North Dakota, 2009

Pekerjaan tanah di Jerman

Fox Glacier, Selandia Baru: Tanah diproduksi dan diangkut dengan pelapukan intensif dan erosi.

Isi[hide]

Kejadian 1 dan komposisi tanah o 1.1 Kejadian o 1,2 Transportasi o Tanah 1,3 komposisi 1.3.1 Tanah mineralogi 1.3.2 Butir distribusi ukuran 1.3.2.1 Saringan analisis 1.3.2.2 analisis hidrometer 1.3.3 Mass-volume hubungan 2 Efektif stres dan kapilaritas: kondisi hidrostatik o 2.1 Jumlah stres o 2,2 tekanan pori air 2.2.1 Hidrostatik kondisi 2.2.2 kapiler tindakan

3 Klasifikasi tanah o 3.1 Klasifikasi butiran tanah 3.1.1 Klasifikasi pasir dan kerikil 3.1.2 Atterberg limit 3.1.3 Klasifikasi silts dan tanah liat o 3.2 Indeks berhubungan dengan kekuatan tanah 3.2.1 Indeks Likuiditas 3.2.2 Relatif kepadatan 4 Rembesan: mantap keadaan aliran air o 4.1 Darcy hukum o 4,2 Khas nilai permeabilitas o 4.3 Arus jala o 4,4 Rembesan pasukan dan erosi o 4,5 Rembesan tekanan 5 Konsolidasi aliran transien air 6 Shear perilaku: kekakuan dan kekuatan o 6,1 Gesekan, saling dan pelebaran o 6.2 Kegagalan kriteria o 6,3 Struktur, kain, dan kimia o 6,4 drained atau undrained geser o 6,5 Shear tes o 6,6 Faktor-faktor lain 7 Aplikasi o 7.1 tekanan lateral bumi o 7,2 Bantalan kapasitas o 7,3 kestabilan lereng 8 Lihat pula 9 Referensi

[ sunting ] Kejadian dan komposisi tanah[ sunting ] Kejadian

Mekanisme utama dari penciptaan tanah adalah pelapukan batuan. Semua jenis batuan ( batuan beku , batuan metamorf dan batuan sedimen ) dapat dipecah menjadi partikel kecil untuk membuat tanah. Mekanisme Pelapukan fisik adalah pelapukan, kimia pelapukan, dan biologis pelapukan [1] [2] [3] Kegiatan manusia seperti penggalian, peledakan, dan pembuangan limbah, juga dapat membuat tanah. Seiring waktu geologi, tanah terkubur dapat diubah oleh tekanan dan temperatur menjadi batuan metamorf atau sedimen, dan jika meleleh dan dipadatkan lagi, mereka akan menyelesaikan siklus geologi dengan menjadi batuan beku. [3] Fisik pelapukan mencakup efek suhu, pembekuan dan pencairan air di celah-celah, hujan, angin, dampak dan mekanisme lain. Kimia pelapukan mencakup pembubaran materi menyusun batu dan curah hujan dalam bentuk mineral lain. Tanah Liat mineral, misalnya dapat dibentuk oleh pelapukan dari felspar , yang merupakan mineral yang paling umum hadir dalam batuan beku.

Unsur mineral yang paling umum dari lumpur dan pasir kuarsa , juga disebut silika , yang memiliki nama kimia silikon dioksida. Alasan bahwa felspar paling sering terjadi pada batu tetapi silikon yang lebih menonjol dalam tanah adalah feldspar yang jauh lebih larut dari silika. Lumpur , pasir , dan Kerikil pada dasarnya potongan-potongan kecil dari patah batuan . Menurut Sistem Klasifikasi Tanah Bersatu , lanau ukuran partikel berada dalam kisaran 0,002 mm sampai 0,075 mm dan pasir memiliki ukuran partikel dalam kisaran 0,075 mm sampai 4,75 mm. Partikel kerikil yang rusak buah batu dalam berbagai ukuran mm 4,75-100 mm. Partikel lebih besar dari kerikil disebut jalanan batu dan batu-batu. [1] [2][ sunting ] Transportasi

Contoh tanah cakrawala. tanah) atas dan colluvium b) sisa tanah matang c) tanah residual muda d) lapuk rock.

Deposito tanah berdasarkan mekanisme transportasi dan deposisi untuk lokasi mereka. Tanah yang tidak diangkut disebut tanah sisa - mereka ada di lokasi yang sama sebagai batuan dari mana mereka dihasilkan. granit diurai adalah contoh umum dari tanah sisa. Mekanisme transportasi yang umum adalah tindakan gravitasi, es, air, dan angin. Tanah ditiup angin termasuk pasir gundukan dan loess . Air membawa partikel ukuran yang berbeda tergantung pada kecepatan air, sehingga tanah yang diangkut oleh air yang dinilai menurut ukuran mereka. Lumpur dan tanah liat dapat melunasi dalam danau, dan kerikil dan pasir mengumpulkan di bagian bawah tempat tidur sungai. Angin deposito tanah ditiup ( Aeolian tanah) juga cenderung diurutkan sesuai dengan ukuran butir mereka. Erosi di dasar gletser cukup kuat untuk mengambil batu-batu besar dan batu-batu serta tanah; tanah turun es mencair bisa menjadi campuran baik dinilai dari banyak berbagai ukuran partikel. Gravitasi sendiri juga dapat membawa partikel turun dari puncak gunung untuk membuat tumpukan tanah dan batu-batu di dasar, tanah deposito diangkut oleh gravitasi disebut colluvium . [1] [2] Mekanisme transportasi juga memiliki efek besar pada bentuk partikel. Sebagai contoh, kecepatan rendah grinding di dasar sungai akan menghasilkan partikel bulat. Segar partikel colluvium retak sering memiliki bentuk yang sangat sudut.

[ sunting ] Komposisi Tanah [ sunting ] mineralogi tanah

Silts, pasir dan kerikil diklasifikasikan berdasarkan ukuran mereka, dan karenanya mereka dapat terdiri dari berbagai mineral. Karena stabilitas kuarsa dibandingkan dengan mineral batuan lainnya, kuarsa adalah konstituen yang paling umum dari pasir dan lumpur. Mika, dan feldspar adalah mineral umum lainnya yang ada di pasir dan silts. [1] konstituen Mineral kerikil mungkin lebih mirip dengan batuan induk. Yang umum tanah liat mineral monmorilonit atau smektit , ilit , dan kaolinit atau kaolin. Mineral ini cenderung terbentuk dalam lembaran atau pelat seperti struktur, dengan panjang biasanya berkisar antara dan dan ketebalan biasanya berkisar antara dan , Dan mereka memiliki luas permukaan yang relatif besar tertentu. Luas permukaan spesifik (SSA) didefinisikan sebagai rasio luas permukaan partikel dengan massa partikel. Mineral lempung biasanya memiliki area permukaan spesifik pada kisaran 10 sampai 1.000 meter persegi per gram padat. [3] Karena luas permukaan yang besar tersedia untuk kimia, listrik, dan van der Waals interaksi, perilaku mekanik dari mineral lempung sangat sensitif terhadap jumlah cairan pori yang tersedia dan jenis dan jumlah ion terlarut dalam cairan pori. [1] Mineral tanah didominasi dibentuk oleh atom oksigen, silikon, hidrogen, dan aluminium, yang diselenggarakan dalam bentuk kristal yang berbeda. Unsur-unsur ini bersama dengan kalsium, natrium, kalium, magnesium, dan karbon merupakan lebih dari 99 persen dari massa yang solid tanah. [1][ sunting ] Butir distribusi ukuran Artikel utama: gradasi tanah

Tanah terdiri dari campuran partikel yang berbeda, bentuk ukuran dan mineralogi. Karena ukuran partikel jelas memiliki dampak yang signifikan terhadap perilaku tanah, ukuran butir dan distribusi ukuran butir yang digunakan untuk klasifikasi tanah. Distribusi ukuran butir menggambarkan proporsi relatif dari partikel berbagai ukuran. Ukuran butir sering divisualisasikan dalam grafik distribusi kumulatif yang, misalnya, plot persentase lebih halus partikel dari ukuran tertentu sebagai fungsi dari ukuran. Ukuran rata-rata butir, , Adalah ukuran yang 50% dari massa partikel terdiri dari partikel yang lebih halus. Tanah perilaku, khususnya konduktivitas hidrolik , cenderung didominasi oleh partikel yang lebih kecil, maka, "ukuran efektif" panjang, dinotasikan dengan , Didefinisikan sebagai ukuran yang 10% dari massa partikel terdiri dari partikel yang lebih halus. Pasir dan kerikil yang memiliki berbagai ukuran partikel dengan distribusi ukuran partikel halus disebut tanah juga dinilai. Jika partikel tanah dalam sampel sebagian besar adalah dalam kisaran yang relatif sempit ukuran, tanah yang disebut tanah bergradasi seragam. Jika ada kesenjangan yang berbeda dalam kurva gradasi, misalnya, campuran kerikil dan pasir halus, tanpa pasir kasar, tanah dapat disebut kesenjangan dinilai tanah dinilai merata dan kesenjangan gradasi keduanya dianggap buruk dinilai.. Ada banyak metode untuk mengukur distribusi ukuran partikel . Dua metode tradisional saringan dan analisis hidrometer.

[ sunting ] Saringan analisis

Saringan

Distribusi ukuran partikel kerikil dan pasir biasanya diukur dengan menggunakan analisis saringan. Prosedur formal dijelaskan dalam ASTM D6913-04 (2009). [7] Setumpuk saringan dengan akurat dimensioned lubang antara mesh kawat digunakan untuk memisahkan partikel ke dalam tempat sampah ukuran. Sebuah volume dikenal tanah kering, dengan gumpalan dipecah menjadi partikel individu, yang dimasukkan ke bagian atas setumpuk saringan diatur dari kasar untuk denda. Tumpukan saringan dikocok untuk jangka waktu standar waktu sehingga partikel diurutkan ke tempat sampah ukuran. Metode ini bekerja cukup baik untuk partikel dalam berbagai ukuran pasir dan kerikil. Partikel halus cenderung menempel satu sama lain, dan karenanya proses pengayakan bukanlah metode yang efektif. Jika ada banyak denda (lumpur dan tanah liat) hadir dalam tanah mungkin diperlukan untuk menjalankan air melalui saringan untuk mencuci partikel kasar dan gumpalan melalui. Berbagai ukuran saringan yang tersedia. Batas antara pasir dan lumpur adalah sewenangwenang. Menurut Sistem Klasifikasi Tanah Bersatu , sebuah saringan # 4 (4 bukaan per inci) yang memiliki ukuran pembukaan 4.75mm memisahkan pasir dari kerikil dan saringan # 200 dengan pembukaan mm 0,075 memisahkan pasir dari lumpur dan tanah liat. Menurut standar Inggris, 0,063 mm adalah batas antara pasir dan lumpur, dan 2 mm adalah batas antara pasir dan kerikil. [3][ sunting ] analisis hidrometer

Klasifikasi halus tanah, yaitu tanah yang lebih halus dari pasir, ditentukan terutama oleh mereka batas Atterberg , bukan dengan ukuran butir mereka. Jika penting untuk menentukan distribusi ukuran butir halus dari tanah, tes hidrometer dapat dilakukan. Dalam tes hidrometer, partikelpartikel tanah dicampur dengan air dan terguncang untuk menghasilkan suspensi encer dalam silinder kaca, dan silinder kemudian dibiarkan untuk duduk. Sebuah hidrometer digunakan untuk mengukur kepadatan suspensi sebagai fungsi waktu. Partikel tanah liat mungkin memakan waktu beberapa jam untuk menyelesaikan masa lalu kedalaman pengukuran hydrometer itu. Partikel pasir dapat memakan waktu kurang dari satu detik. hukum Stoke menyediakan dasar teoritis untuk menghitung hubungan antara kecepatan sedimentasi dan ukuran partikel. ASTM menyediakan prosedur rinci untuk melakukan tes hidrometer.

Partikel tanah liat dapat menjadi cukup kecil bahwa mereka tidak pernah menyelesaikan karena mereka disimpan di suspensi oleh gerak Brown , dalam hal ini mereka dapat diklasifikasikan sebagai koloid .[ sunting ] Misa-volume hubungan

Diagram fase tanah menunjukkan massa dan volume udara, padat, air, dan void.

Ada berbagai parameter yang digunakan untuk menggambarkan proporsi relatif dari udara, air dan tanah padat di sebuah. Bagian ini mendefinisikan parameter dan beberapa antar hubungan mereka. [2] [6] Notasi dasar adalah sebagai berikut: , , , , Dan , Dan , Dan mewakili volume udara, air dan padatan dalam campuran tanah; merupakan bobot dari udara, air dan padatan dalam campuran tanah; mewakili massa udara, air dan padatan dalam campuran tanah; mewakili kepadatan dari konstituen (udara, air dan padatan) dalam campuran

, , Dan tanah;

Perhatikan bahwa beban, W, dapat diperoleh dengan mengalikan massa, M, oleh percepatan gravitasi, g, misalnya, Berat Jenis adalah rasio kepadatan satu bahan dibandingkan dengan massa jenis air murni ( ).

Spesifik berat dari zat, Perhatikan bahwa bobot satuan , konvensional dilambangkan dengan simbol dengan mengalikan kepadatan bukan oleh percepatan gravitasi, . dapat diperoleh

Kepadatan , Kepadatan Bulk, atau Kepadatan Basah, , Adalah nama yang berbeda untuk kepadatan campuran, yaitu, massa total dari udara, air, padatan dibagi dengan volume total air udara dan padatan (massa udara dianggap nol untuk tujuan praktis):

Kepadatan kering, padatan:

, Adalah massa padatan dibagi dengan volume total air udara dan

Kepadatan apung, , Yang didefinisikan sebagai densitas campuran minus kerapatan air adalah berguna jika tanah tersebut suberged bawah air:

dimana

adalah densitas air

Air Konten, adalah rasio massa air untuk massa yang solid. Hal ini mudah diukur dengan menimbang sampel tanah, mengeringkannya dalam oven dan kembali berat. Prosedur standar dijelaskan oleh ASTM.

Void rasio,

, Adalah rasio dari volume void dengan volume padatan:

Porositas , pori:

, Adalah rasio volume void dengan volume total, dan berhubungan dengan angka

Derajat kejenuhan,

, Adalah rasio volume air dengan volume void:

Dari definisi di atas, beberapa hubungan yang berguna dapat diperoleh dengan menggunakan aljabar dasar.

[ mengedit ] stres yang efektif dan kapilaritas: kondisi hidrostatik

Spheres terendam air, mengurangi stres yang efektif. Artikel utama: stres Efektif

Untuk memahami mekanika tanah perlu untuk memahami bagaimana tegangan normal dan tegangan geser dibagi oleh fase yang berbeda. Baik gas maupun cair memberikan perlawanan yang signifikan untuk tegangan geser . Daya tahan geser tanah disediakan oleh gesekan dan saling partikel. Gesekan tergantung pada tekanan kontak intergranular antara partikel padat. Tekanan yang normal, di sisi lain, juga dimiliki oleh cairan dan partikel. Meskipun udara pori relatif kompresibel, dan karenanya membutuhkan tegangan normal sedikit dalam masalah geoteknik yang paling, air cair relatif mampat dan jika void jenuh dengan air, air pori harus diperas untuk pak partikel lebih dekat. Prinsip tegangan efektif, yang diperkenalkan oleh Karl Terzaghi , menyatakan bahwa tegangan efektif '(yaitu, stres intergranular rata-rata antara partikel padat) dapat dihitung dengan pengurangan sederhana dari tekanan pori dari stres total

di mana adalah tegangan total dan u adalah tekanan pori. Hal ini tidak praktis untuk mengukur 'secara langsung, sehingga dalam prakteknya tegangan efektif vertikal dihitung dari tekanan pori total stress dan vertikal. Perbedaan antara tekanan syarat dan stres juga penting. Menurut definisi, tekanan pada suatu titik sama ke segala arah tetapi tegangan pada suatu titik dapat berbeda dalam arah yang berbeda. Dalam mekanika tanah, tegangan tekan dan tekanan dianggap tekanan positif dan tarik dianggap negatif, yang berbeda dari konvensi tanda mekanika solid untuk stres.[ sunting ] Total stres

Untuk kondisi permukaan tanah, tegangan vertikal total pada titik, , Rata-rata adalah berat segala sesuatu di atas titik per satuan luas. Tegangan vertikal di bawah lapisan permukaan seragam dengan kepadatan , Dan ketebalan adalah misalnya:

dimana adalah percepatan gravitasi, dan adalah berat unit lapisan diatasnya. Jika ada beberapa lapisan tanah atau air di atas tempat tujuan, tegangan vertikal dapat dihitung dengan menjumlahkan produk dari satuan berat dan ketebalan dari semua lapisan atasnya. Jumlah stres meningkat dengan peningkatan kedalaman sebanding dengan kepadatan tanah di atasnya. Hal ini tidak mungkin untuk menghitung tegangan total horisontal dengan cara ini. tekanan tanah Lateral dibahas di tempat lain.[ sunting ] tekanan air pori Artikel utama: tekanan air pori [ sunting ] kondisi hidrostatis

Air ditarik ke dalam tabung kecil dengan tegangan permukaan. Air tekanan, u, adalah negatif dan positif atas bawah permukaan air bebas

Jika tidak ada aliran air pori yang terjadi dalam tanah, tekanan air pori akan hidrostatik . Para tabel air terletak pada kedalaman di mana tekanan air adalah sama dengan tekanan atmosfer.

Untuk kondisi hidrostatik, tekanan air meningkat secara linear dengan kedalaman di bawah tabel air:

dimana

adalah densitas air, dan

adalah kedalaman di bawah permukaan air.

[ mengedit ] aksi kapiler

Air pada kontak antara butir

Karena tegangan permukaan air akan bangkit dalam tabung kapiler kecil di atas permukaan bebas dari air. Demikian juga, air akan naik di atas meja air ke dalam ruang pori kecil di sekitar partikel tanah. Bahkan tanah dapat benar-benar jenuh untuk beberapa jarak di atas permukaan air. Di atas puncak kejenuhan kapiler, tanah basah mungkin tapi kandungan air akan berkurang dengan ketinggian. Jika air di zona kapiler tidak bergerak, tekanan air mematuhi persamaan kesetimbangan hidrostatik, , Tetapi perhatikan bahwa , Adalah negatif atas meja air. Oleh karena itu, tekanan hidrostatik air negatif atas meja air. Ketebalan dari zona kejenuhan kapiler tergantung pada ukuran pori, tetapi biasanya, ketinggian bervariasi antara satu sentimeter atau lebih untuk pasir kasar hingga puluhan meter untuk lumpur atau tanah liat. [3]

gaya kontak intergranular akibat tegangan permukaan.

Tegangan permukaan air menjelaskan mengapa air tidak mengalir keluar dari istana pasir basah atau lembab bola dari tanah liat. Tekanan air negatif membuat tongkat air pada partikel dan tarik partikel satu sama lain, gesekan pada kontak antara butir membuat stabil istana pasir. Tapi begitu istana pasir basah terendam di bawah permukaan air bebas, tekanan negatif hilang dan benteng

runtuh. Mengingat persamaan tegangan efektif, , Jika tekanan air adalah negatif, tegangan efektif mungkin positif, bahkan pada permukaan bebas (permukaan dimana tegangan normal total adalah nol). Tekanan air pori negatif menarik partikel bersama-sama dan menyebabkan partikel tekan kepada pasukan kontak partikel. Tekanan pori negatif dalam tanah lempung dapat jauh lebih kuat daripada yang ada di pasir. Tekanan air pori negatif menjelaskan mengapa tanah liat menyusut ketika mereka kering dan membengkak seperti yang dibasahi. Pembengkakan dan penyusutan dapat menyebabkan bencana yang besar, terutama untuk struktur ringan dan jalan. [8]

Penyusutan yang disebabkan oleh pengeringan

Bagian-bagian akhir artikel ini mengatasi tekanan air pori untuk rembesan dan konsolidasi masalah.

[ sunting ] Klasifikasi TanahInsinyur geoteknik mengklasifikasikan jenis tanah partikel dengan melakukan tes pada terganggu (kering, melewati saringan, dan dibentuk ulang) sampel tanah. Ini memberikan informasi tentang karakteristik butir tanah sendiri. Perlu dicatat bahwa klasifikasi jenis biji-bijian hadir di tanah yang tidak memperhitungkan efek penting dari struktur atau struktur tanah, istilah yang menggambarkan kekompakan dari partikel dan pola dalam susunan partikel dalam membawa beban sebagai kerangka serta ukuran pori dan distribusi cairan pori. Ahli Geologi Teknik juga mengklasifikasikan tanah berdasarkan asal-usul dan sejarah pengendapan.[ sunting ] Klasifikasi butiran tanah

Di negara-negara AS dan lainnya, Sistem Klasifikasi Tanah Bersatu (USCS) sering digunakan untuk klasifikasi tanah. Sistem klasifikasi lainnya termasuk Standard BS5390 Inggris dan AASHTO tanah sistem klasifikasi. [3][ sunting ] Klasifikasi pasir dan kerikil

Dalam USCS, kerikil (diberikan G simbol) dan pasir (diberi simbol S) diklasifikasikan menurut distribusi ukuran butir. Untuk USCS, kerikil dapat diberikan simbol klasifikasi GW (baik dinilai kerikil), GP (kerikil buruk dinilai), GM (kerikil dengan sejumlah besar lumpur), atau GC (kerikil dengan sejumlah besar tanah liat). Demikian juga pasir dapat diklasifikasikan sebagai SW, SP,

SM atau SC. Pasir dan kerikil dengan sejumlah kecil tetapi non-diabaikan denda (5% - 12%) dapat diberikan klasifikasi ganda seperti SW-SC.[ sunting ] Atterberg limit

Lempung dan Silts, sering disebut 'halus tanah', diklasifikasikan menurut mereka batas Atterberg , yang Atterberg yang paling umum digunakan adalah batas batas cair (LL atau dilambangkan dengan ), Batas Plastik (dilambangkan oleh PL atau ), Dan batas susut (dilambangkan dengan SL). Batas susut sesuai dengan kadar air di bawah tanah yang tidak akan menyusut karena mengering. Batas cair dan batas plastis batas sewenang-wenang ditentukan oleh tradisi dan konvensi. Para batas cair ditentukan dengan mengukur kadar air yang alur menutup setelah 25 pukulan dalam tes standar. [9] Atau, kerucut jatuh tes aparat dapat digunakan untuk mengukur Batas cair. Kekuatan geser undrained tanah dibentuk ulang pada batas cair adalah sekitar 2 kPa. [4] [10] Para batas plastik adalah kadar air di bawah ini yang tidak mungkin untuk memutar dengan tangan tanah menjadi 3 silinder mm diameter. Tanah retak atau pecah seperti yang menurunkan kaca dengan diameter ini. Tanah dibentuk ulang pada batas plastik cukup kaku, memiliki kuat geser undrained dari urutan sekitar 200 kPa. [4] [10] Para Indeks Plastisitas spesimen tanah tertentu didefinisikan sebagai selisih antara batas cair dan batas Plastik spesimen, yang merupakan indikator berapa banyak air partikel tanah pada spesimen dapat menyerap. Indeks plastisitas adalah perbedaan kadar air antara negara-negara ketika tanah relatif lunak dan tanah relatif rapuh ketika dibentuk dengan tangan.[ sunting ] Klasifikasi silts dan tanah liat

Menurut Sistem Klasifikasi Tanah Bersatu (USCS), silts dan tanah liat diklasifikasikan dengan memplot nilai-nilai mereka indeks plastisitas dan batas cair pada grafik plastisitas. Line A-pada tabel memisahkan tanah liat (USCS diberi simbol C) dari silts (diberi simbol M). LL = 50% memisahkan tanah plastisitas tinggi (diberikan pengubah simbol H) dari tanah plastisitas rendah (diberi simbol L pengubah). Sebuah tanah yang plot di atas garis A-dan telah LL> 50% akan, misalnya, harus diklasifikasikan sebagai CH. Klasifikasi lain yang mungkin dari silts dan tanah liat sedang ML, CL dan MH. Jika Atterberg membatasi plot di wilayah "menetas" pada grafik dekat asal, tanah diberi klasifikasi ganda 'CL-ML'.[ sunting ] Indeks berhubungan dengan kekuatan tanah [ sunting ] Indeks Likuiditas

Efek dari kadar air pada kekuatan tanah dibentuk ulang jenuh dapat diukur dengan menggunakan indeks likuiditas, LI:

Ketika LI adalah 1, tanah dibentuk ulang adalah di batas cair dan memiliki kekuatan geser undrained dari sekitar 2 kPa. Ketika tanah berada pada batas plastik , LI adalah 0 dan kekuatan geser undrained adalah sekitar 200 kPa. [4] [11][ sunting ] Kepadatan Relatif

Kepadatan pasir (tanah kohesi) sering ditandai dengan kepadatan relatif,

dimana: adalah "angka pori maksimum" sesuai dengan keadaan yang sangat longgar, adalah "angka pori minimum" yang sesuai dengan keadaan yang sangat padat dan e adalah angka pori di situ. Metode yang digunakan untuk menghitung kepadatan relatif didefinisikan dalam ASTM D4254-00 (2006). [12] Jadi jika pasir atau kerikil yang sangat padat, dan jika longgar dan tidak stabil. tanah sangat

[ sunting ] Rembesan: negara aliran air

Sebuah penampang menampilkan tabel air bervariasi dengan topografi permukaan serta air tanah bertengger.

Jika tekanan cairan dalam deposit tanah secara seragam meningkat dengan kedalaman sesuai dengan maka kondisi hidrostatik akan menang dan cairan tidak akan mengalir melalui tanah. adalah kedalaman di bawah permukaan air. Namun, jika tabel air miring atau ada tabel air bertengger seperti yang ditunjukkan dalam sketsa yang menyertainya, maka akan terjadi rembesan. Untuk rembesan steady state, kecepatan rembesan tidak bervariasi dengan waktu. Jika tabel air berubah tingkatan dengan waktu, atau jika tanah sedang dalam proses konsolidasi, kondisi negara stabil maka tidak berlaku.

[ sunting ] Darcy hukum

Darcy hukum menyatakan bahwa volume aliran cairan pori melalui media berpori per satuan waktu sebanding dengan laju perubahan tekanan kelebihan cairan dengan jarak. Konstanta proporsionalitas meliputi viskositas fluida dan permeabilitas intrinsik tanah. Untuk kasus sederhana dari sebuah tabung horisontal diisi dengan tanah

Diagram yang menunjukkan definisi dan petunjuk untuk hukum Darcy.

Debit total, (Unit volume per waktu, misalnya, ft / s atau m / s) adalah sebanding dengan permeabilitas intrinsik , , Luas penampang, , Dan laju perubahan tegangan air pori dengan jarak, , Dan berbanding terbalik dengan viskositas dinamis dari cairan, . Tanda negatif diperlukan karena cairan mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Jadi jika perubahan tekanan negatif (dalam -Arah) maka arus akan positif (dalam -Arah). Persamaan di atas bekerja dengan baik untuk tabung horisontal, tetapi jika tabung itu cenderung sehingga huruf b adalah elevasi yang berbeda dari titik, persamaan tidak akan berhasil. Pengaruh ketinggian dicatat dengan mengganti tekanan pori oleh tekanan pori berlebih, didefinisikan sebagai:

dimana adalah kedalaman diukur dari referensi elevasi sewenang-wenang ( datum ). Mengganti oleh kita memperoleh persamaan yang lebih umum untuk aliran:

Membagi kedua sisi persamaan dengan , Dan mengungkapkan laju perubahan tegangan air pori berlebih sebagai derivatif , dapat diperoleh persamaan yang lebih umum untuk kecepatan nyata dalam arah x-:

dimana memiliki satuan kecepatan dan disebut kecepatan Darcy, atau kecepatan debit. Kecepatan rembesan (Kecepatan rata-rata molekul cairan dalam pori-pori) terkait dengan kecepatan Darcy, dan porositas,

Insinyur sipil terutama bekerja pada masalah yang melibatkan air dan sebagian besar bekerja pada masalah di bumi (dalam gravitasi bumi). Untuk kelas ini masalah, insinyur sipil akan sering menulis hukum Darcy dalam bentuk yang lebih sederhana [4] [6] [8] :

dimana disebut permeabilitas, dan didefinisikan sebagai , Dan saya disebut gradien hidrolik. Gradien hidrolik adalah laju perubahan total head dengan jarak. Kepala total, pada suatu titik didefinisikan sebagai tinggi (diukur relatif terhadap datum) yang akan menaikkan air dalam piezometer pada saat itu. Kepala total berhubungan dengan tekanan kelebihan air oleh:

dan adalah nol jika datum untuk pengukuran kepala dipilih pada elevasi yang sama dengan asal kedalaman, z digunakan untuk menghitung .[ sunting ] Khas nilai permeabilitas

Nilai permeabilitas,

, Dapat bervariasi oleh banyak pesanan besarnya tergantung pada jenis , Kerikil mungkin

tanah. Tanah liat mungkin memiliki permeabilitas sekecil tentang

memiliki permeabilitas sampai sekitar . Layering dan heterogenitas dan gangguan selama proses sampling dan pengujian membuat pengukuran akurat dari permeabilitas tanah masalah yang sangat sulit. [4][ sunting ] Aliran jaring

Hukum Darcy berlaku dalam satu, dua atau tiga dimensi. [3] Dalam dua atau tiga dimensi, rembesan steady state digambarkan oleh persamaan Laplace . Program komputer yang tersedia untuk memecahkan persamaan ini. Tapi tradisional dua dimensi masalah rembesan diselesaikan menggunakan dan prosedur grafis dikenal disebut jaring aliran . [3] [8] [13] Satu set garis dalam jaring aliran berada dalam arah aliran air (garis aliran), dan set lain dari garis ke arah head total

konstan (garis ekipotensial). Jaring aliran dapat digunakan misalnya untuk memperkirakan jumlah rembesan di bawah bendungan dan lembar menumpuk .

Aliran rencana bersih untuk memperkirakan aliran air dari sungai ke sebuah sumur pemakaian [ sunting ] Rembesan pasukan dan erosi

Ketika kecepatan rembesan cukup besar, erosi dapat terjadi karena hambatan gesek yang bekerja pada partikel tanah. Vertikal ke atas rembesan adalah sumber bahaya di sisi hilir lembar menumpuk dan di bawah ujung bendungan atau tanggul. Erosi tanah, yang dikenal sebagai "pipa", dapat menyebabkan kegagalan struktur dan sinkhole formasi. Merembes air menghilangkan tanah, mulai dari tempat keluar rembesan, dan erosi upgradient kemajuan. [14] Para mendidih pasir istilah digunakan untuk menggambarkan penampilan akhir pemakaian dari pipa tanah aktif. [15][ sunting ] tekanan Rembesan

Rembesan dalam arah ke atas mengurangi tegangan efektif dalam tanah. Ketika tekanan air pada suatu titik di dalam tanah adalah sama dengan tegangan vertical total pada titik itu, tegangan efektif adalah nol dan tanah tidak tahan gesekan terhadap deformasi. Untuk lapisan permukaan, tegangan efektif vertikal menjadi nol dalam lapisan ketika gradien hidrolik ke atas sama dengan gradien kritis. [8] Pada nol tegangan efektif tanah memiliki kekuatan yang sangat sedikit dan lapisan tanah yang relatif kedap mungkin heave up karena mendasari tekanan air. Hilangnya kekuatan karena rembesan ke atas adalah kontributor umum untuk kegagalan tanggul. Kondisi tegangan efektif nol terkait dengan rembesan ke atas juga disebut pencairan , pasir , atau kondisi mendidih. Pasir hisap itu dinamakan demikian karena partikel tanah bergerak dan tampak 'hidup' (arti alkitabiah 'cepat' - sebagai lawan dari 'mati'). (Perhatikan bahwa tidak mungkin untuk menjadi 'tenggelam' di pasir hisap Sebaliknya, Anda akan mengapung dengan sekitar setengah tubuh Anda keluar dari air..) [16]

[ sunting ] Konsolidasi aliran transien airArtikel utama: Konsolidasi (tanah)

Konsolidasi analogi. Piston ini didukung oleh bawah air dan mata air. Ketika beban diterapkan pada piston, tekanan air meningkat untuk mendukung beban. Seperti air perlahan kebocoran melalui lubang kecil, beban berpindah dari tekanan air untuk gaya pegas.

Konsolidasi adalah suatu proses dimana tanah penurunan volume. Hal ini terjadi ketika stres diterapkan pada tanah yang menyebabkan partikel tanah untuk berkemas bersama-sama lebih erat, sehingga mengurangi volume. Ketika ini terjadi dalam tanah yang jenuh dengan air, air akan terjepit dari tanah. Waktu yang diperlukan untuk memeras air dari deposit tebal lapisan tanah liat mungkin tahun. Untuk lapisan pasir, air mungkin dapat diperas dalam hitungan detik. Sebuah fondasi bangunan atau konstruksi tanggul baru akan menyebabkan tanah di bawah ini untuk mengkonsolidasikan dan ini akan menyebabkan penurunan yang pada gilirannya dapat menyebabkan kesulitan untuk bangunan atau tanggul. Karl Terzaghi mengembangkan teori konsolidasi yang memungkinkan prediksi jumlah pemukiman dan waktu yang dibutuhkan untuk penyelesaian ini terjadi. [17] Tanah diuji dengan uji oedometer untuk menentukan indeks kompresi dan koefisien konsolidasi. Saat stres akan dihapus dari tanah konsolidasi, tanah akan rebound, menarik air ke dalam poripori dan mendapatkan kembali sebagian volume telah hilang dalam proses konsolidasi. Jika stres ini diterapkan kembali, tanah akan kembali mengkonsolidasikan lagi sepanjang kurva recompression, yang didefinisikan dengan indeks recompression. Tanah yang telah dikonsolidasikan ke tekanan besar dan telah dibongkar kemudian dianggap overconsolidated. Tegangan maksimum efektif masa lalu vertikal disebut stres preconsolidation. Sebuah tanah yang saat ini sedang mengalami tegangan maksimum efektif masa lalu vertikal dikatakan konsolidasi normal. Rasio over, (OCR) adalah rasio tegangan maksimum efektif masa lalu vertikal untuk tegangan efektif saat vertikal. OCR adalah signifikan karena dua alasan: pertama, karena kompresibilitas tanah terkonsolidasi normal secara signifikan lebih besar dari itu untuk tanah overconsolidated, dan kedua, perilaku geser dan dilatancy tanah lempung berkaitan dengan OCR melalui mekanika tanah kondisi kritis ; sangat overconsolidated tanah kelempungan yang dilatant, sementara tanah terkonsolidasi normal cenderung kontraktif. [2] [3] [4]

[ sunting ] perilaku Shear: kekakuan dan kekuatan

Artikel utama: kekuatan geser (tanah)

Stres Khas regangan untuk tanah dilatant dikeringkan

Kekuatan geser dan kekakuan tanah menentukan apakah tanah akan stabil atau berapa banyak merusak. Pengetahuan tentang kekuatan diperlukan untuk menentukan apakah lereng akan stabil, jika sebuah bangunan atau jembatan mungkin menetap terlalu jauh ke dalam tanah, dan membatasi tekanan pada dinding penahan. Adalah penting untuk membedakan antara kegagalan dari elemen tanah dan kegagalan struktur geoteknik (misalnya, pondasi bangunan, lereng atau dinding penahan), beberapa elemen tanah dapat mencapai kekuatan puncaknya sebelum kegagalan struktur. Kriteria yang berbeda dapat digunakan untuk menentukan "kekuatan geser" dan " hasil titik "untuk elemen tanah dari kurva tegangan-regangan . Satu dapat menentukan kekuatan geser puncak sebagai puncak kurva tegangan regangan, atau kekuatan geser pada kondisi kritis sebagai nilai setelah strain besar ketika tingkat ketahanan geser off. Jika kurva tegangan-regangan tidak menstabilkan sebelum akhir uji kuat geser, "kekuatan" kadang-kadang dianggap sebagai perlawanan geser pada 15% sampai 20% strain. [8] Kekuatan geser suatu tanah tergantung pada banyak faktor termasuk dengan tegangan efektif dan angka pori. Kekakuan geser adalah penting, misalnya, untuk evaluasi besarnya deformasi yayasan dan lereng sebelum kegagalan dan karena berkaitan dengan kecepatan gelombang geser . Kemiringan dari bagian, awal hampir linier, dari sebidang tegangan geser sebagai fungsi dari regangan geser disebut modulus geser[ sunting ] Gesekan, saling dan pelebaran

Tanah adalah satu himpunan partikel yang tak ada sementasi tidak ada sedangkan batu (seperti batu pasir) dapat terdiri dari perakitan partikel yang sangat disemen bersama oleh ikatan kimia. Kekuatan geser suatu tanah terutama disebabkan gesekan interparticle dan karena itu, perlawanan geser di pesawat kira-kira sebanding dengan tegangan normal efektif di pesawat itu. [3] Tetapi tanah juga berasal perlawanan geser yang signifikan dari saling biji-bijian. Jika butir yang padat, butir cenderung menyebar terpisah dari satu sama lain sebagaimana mereka tunduk pada regangan geser. Perluasan dari matriks partikel karena geser disebut dilatancy oleh Osborne Reynolds . [11] Jika kita menganggap energi yang dibutuhkan untuk geser perakitan partikel ada input energi oleh gaya geser, T, bergerak jauh, x dan ada juga energi input dengan gaya normal, N, sebagai sampel mengembang jauh, y. [11] Karena energi tambahan yang diperlukan untuk partikel untuk melebarkan terhadap tekanan keliling, tanah dilatant memiliki kekuatan puncak

lebih besar dari tanah kontraktif. Selanjutnya, seperti biji-bijian tanah yg membesarkan membesar, mereka menjadi lebih longgar (void mereka meningkat rasio), dan tingkat mereka pelebaran menurun hingga mencapai angka pori kritis. Tanah kontraktif menjadi lebih padat karena mereka geser, dan tingkat mereka kontraksi menurun hingga mencapai angka pori kritis.

Sebuah garis keadaan kritis memisahkan negara dilatant dan kontraktif untuk tanah

Kecenderungan suatu tanah untuk melebarkan atau kontrak tergantung terutama pada tekanan keliling dan angka pori tanah. Tingkat pelebaran tinggi jika tekanan keliling kecil dan angka pori kecil. Laju kontraksi tinggi jika tekanan keliling besar dan angka pori besar. Sebagai pendekatan pertama, daerah kontraksi dan pelebaran dipisahkan oleh perbatasan negara bagian penting.[ mengedit ] kriteria Kegagalan

Setelah tanah mencapai keadaan kritis, tidak lagi tertular atau dilatasi dan tegangan geser pada bidang kegagalan ditentukan oleh tegangan normal efektif pada bidang kegagalan : dan negara kritis gesekan sudut

Kekuatan puncak tanah mungkin lebih besar, bagaimanapun, karena kontribusi (dilatancy) saling. Hal ini dapat dinyatakan:

Dimana . Namun, penggunaan sudut gesekan lebih besar dari nilai keadaan kritis untuk desain membutuhkan perawatan. Kekuatan puncak tidak akan dimobilisasi di mana-mana pada saat yang sama dalam masalah praktis seperti yayasan, lereng atau dinding penahan. Sudut keadaan kritis gesekan tidak hampir sebagai variabel sebagai sudut gesekan puncak dan karena itu bisa diandalkan dengan percaya diri. [3] [4] [11]

Tidak mengakui pentingnya dilatancy, Coulomb mengusulkan bahwa kekuatan geser tanah dapat dinyatakan sebagai kombinasi dari komponen adhesi dan gesekan [11] :

Sekarang diketahui bahwa[3] [6] [11] [18] [18]

dan

parameter dalam persamaan terakhir tidak sifat tanah dasar.

Secara khusus, dan yang berbeda tergantung pada besarnya tegangan efektif. [6] Menurut Schofield (2006), [11] penggunaan lama dari dalam prakteknya telah menyebabkan banyak insinyur untuk secara keliru percaya bahwa adalah parameter mendasar. Asumsi ini yang dan yang konstan dapat menyebabkan terlalu tinggi kekuatan puncak. [3] [18]

[ sunting ] Struktur, kain, dan kimia

Selain gesekan dan saling (dilatancy) komponen kekuatan, struktur dan kain juga memainkan peran penting dalam perilaku tanah. Struktur dan kain termasuk faktor-faktor seperti jarak dan susunan partikel-partikel padat atau jumlah dan distribusi spasial air pori, dalam beberapa kasus bahan semen terakumulasi pada partikel-partikel kontak. Perilaku mekanis tanah dipengaruhi oleh kepadatan partikel dan struktur atau susunan partikel serta jumlah dan distribusi spasial cairan hadir (misalnya, air dan udara void). Faktor lainnya termasuk muatan listrik dari partikel, kimia air pori, kimia obligasi (yaitu sementasi-partikel terhubung melalui zat padat seperti kalsium karbonat rekristalisasi) [1] [18][ sunting ] geser drained atau undrained

Kehadiran hampir mampat cairan seperti air dalam ruang pori mempengaruhi kemampuan untuk pori-pori membesar atau kontrak. Jika pori-pori yang jenuh dengan air, air harus tersedot ke dalam ruang pori melebar untuk mengisi pori-pori memperluas (fenomena ini terlihat di pantai ketika bintik ternyata kering terbentuk di sekitar kaki bahwa pers ke dalam pasir basah).

Foot menekan dalam tanah menyebabkan tanah membesar, dawing air dari permukaan ke dalam poripori

Demikian pula, untuk tanah kontraktif, air harus diperas keluar dari ruang pori untuk memungkinkan kontraksi berlangsung. Pelebaran rongga menyebabkan tekanan air negatif yang menarik cairan ke dalam pori-pori, dan kontraksi dari void menyebabkan tekanan pori positif untuk mendorong air keluar dari pori-pori. Jika laju geser sangat besar dibandingkan dengan tingkat bahwa air dapat tersedot ke dalam atau terjepit dari ruang pori melebar atau mengontrak, kemudian geser disebut geser undrained, jika geser lambat cukup bahwa tekanan air dapat diabaikan, geser disebut geser dikeringkan. Selama geser undrained, perubahan tekanan air u tergantung pada kecenderungan perubahan volume. Dari persamaan tegangan efektif, perubahan u langsung efek tegangan efektif dengan persamaan:

dan kekuatan ini sangat sensitif terhadap tegangan efektif. Maka kemudian bahwa kekuatan geser undrained tanah mungkin lebih kecil atau lebih besar dari kuat geser dikeringkan tergantung pada apakah tanah adalah kontraktif atau yg membesarkan.[ sunting ] tes geser

Kekuatan parameter dapat diukur di laboratorium menggunakan uji geser langsung , uji geser triaksial , uji geser sederhana , uji jatuh kerucut dan uji geser baling , ada banyak perangkat lain dan variasi pada perangkat ini digunakan dalam praktek hari ini. Pengujian dilakukan untuk mengkarakterisasi kekuatan dan kekakuan tanah di tanah meliputi tes Cone penetrasi dan uji penetrasi standar .[ sunting ] Faktor-faktor lain

Hubungan tegangan-regangan tanah, dan karena itu kekuatan geser, dipengaruhi oleh [19] :1. tanah komposisi (material tanah dasar): mineralogi, ukuran butir dan distribusi ukuran butir, bentuk partikel, cairan pori dan jenis konten, ion pada biji-bijian dan dalam cairan pori. 2. negara (awal): Tentukan dengan awal angka pori , tegangan normal efektif dan tegangan geser (sejarah stres). Negara dapat digambarkan dengan istilah-istilah seperti: longgar, padat, overconsolidated, konsolidasi normal, kaku, lembut, kontraktif, yg membesarkan, dll 3. struktur: Mengacu pada susunan partikel dalam massa tanah; cara di mana partikel-partikel yang dikemas atau didistribusikan. Fitur seperti lapisan, sendi, celah, slickensides, void, saku, sementasi, dll, merupakan bagian dari struktur. Struktur tanah digambarkan oleh istilah-istilah seperti: tidak terganggu, terganggu, dibentuk ulang, dipadatkan, disemen; flocculent, madu disisir, berbutir tunggal; flocculated, deflocculated; bertingkat, berlapis, dilaminasi; isotropik dan anisotropik. 4. Memuat kondisi: Efektif stres jalan -dikeringkan, ditiriskan, dan jenis pembebanan-besarnya, tingkat (statis, dinamis), dan riwayat waktu (monotonik, siklik).

[ sunting ] Aplikasi

[ sunting ] tekanan tanah Lateral Artikel utama: tekanan tanah Lateral

Bumi teori stres lateral digunakan untuk memperkirakan jumlah tanah stres dapat mengerahkan tegak lurus terhadap gravitasi. Ini adalah stres yang bekerja pada dinding penahan . Sebuah stres koefisien bumi lateral, K, didefinisikan sebagai rasio dari lateral (horisontal) stres yang efektif untuk tegangan efektif vertikal untuk kohesi tanah (K = 'h / ' v). Ada tiga koefisien: di-istirahat, aktif, dan pasif. At-sisa stres adalah stres lateral dalam tanah sebelum gangguan apapun terjadi. Keadaan stres aktif tiba saat dinding bergerak menjauh dari tanah di bawah pengaruh tegangan lateral, dan hasil dari kegagalan geser akibat pengurangan stres lateral. Keadaan stres pasif tiba saat dinding didorong ke dalam tanah cukup jauh untuk menyebabkan keruntuhan geser dalam massa akibat kenaikan tegangan lateral. Ada banyak teori untuk memperkirakan tekanan lateral tanah, beberapa yang secara empiris berdasarkan, dan beberapa analitis diturunkan.[ sunting ] kapasitas Bantalan Artikel utama: kapasitas Bantalan

Daya dukung tanah adalah kontak rata stres antara pondasi dan tanah yang akan menyebabkan keruntuhan geser dalam tanah. Tegangan dukung yang diijinkan adalah daya dukung dibagi dengan faktor keselamatan. Kadang-kadang, di situs tanah lunak, pemukiman besar mungkin terjadi di bawah yayasan dimuat tanpa terjadi secara aktual kegagalan geser, dalam kasus tersebut, tegangan dukung yang diijinkan ditentukan sehubungan dengan penyelesaian maksimum.[ sunting ] stabilitas Lereng

Kemiringan sederhana selip bagian Artikel utama: stabilitas lereng

Bidang stabilitas lereng meliputi analisis stabilitas statis dan dinamis dari lereng bendungan bumi dan batu-fill, lereng jenis lain tanggul, lereng digali, dan lereng alam di tanah dan batuan lunak.[20]

Seperti yang terlihat ke kanan, lereng tanah dapat mengembangkan zona kelemahan cut-bulat. Probabilitas hal ini terjadi dapat dihitung terlebih dahulu menggunakan 2-D sederhana paket analisis melingkar ... [21] Kesulitan utama dengan analisis ini adalah untuk menemukan bidang slip paling-kemungkinan untuk situasi tertentu. [22] Banyak tanah longsor telah dianalisis hanya setelah fakta.