Čvrstoća na smicanje i ugao unutrašnjeg trenja tla

Čvrstoća tla na smicanje predstavlja najveći smičući napon koji se može nanijeti tlu u određenom pravcu. Stabilnost i sigurnost bilo koje građevinske konstrukcije zavisi od čvrstoće tla na kojem je građevinska konstrukcija temeljena. Ukoliko dođe do loma tla, konstrukcija koja je temeljena na njemu će se najvjerovatnije srušiti. Čvrstoća tla na smicanje prvenstveno zavisi od interakcija između čestica tla. Lom u tlu nastaje kada nastupi klizanje između čestica ili se počnu mimoilaziti kotrljanjem po nekoj talasastoj ravni. 

Šta utiče na smičuću čvrstoću tla

Na smičuću čvrstoću tla utiče kohezija i trenje između čestica tla. Kohezija predstavlja silu koja drži čestice tla zajedno i predstavlja mjeru cementacije čestica tla. Trenje između čestica tla se opisuje uglom unutrašnjeg trenja tla. Najveći dio smičuće čvrstoće tla potiče od trenja između čestica. Da tog trenja nema tlo bi se ponašalo kao tečnost. 

Šta je ugao unutrašnjeg trenja tla

Ugao unutrašnjeg trenja predstavlja mjeru čvrstoće tla na smicanje. Što je ugao unutrašnjeg trenja veći to je i čvrstoća tla na smicanje veća. Ugao unutrašnjeg trenja tla se najslikovitije može objasniti na primjeru kule od pijeska. Kada pravimo nasip kupastog oblika na pjeskovitoj plaži primijetićemo da će nagib nasipa zauzimati konstantan ugao. Tokom pravljenja nasipa se može desiti da ugao bude malo veći, ali vremenom pijesak klizi niz padinu i formira se taj konstantan ugao. Taj konstantan ugao je najstrmiji ugao usljed kojeg je kula pijeska stabilna i on predstavlja ugao unutrašnjeg trenja za taj pijesak. Ukoliko pijesku dodamo vode moći ćemo da napravimo kulu sa strmijom padinom tj. da povećamo čvrstoću pijeska na smicanje. Dodavanjem vode smo povećali stepen kohezije tla što utiče na povećanje čvrstoće tla na smicanje. 

Intuitivno se može pretpostaviti da će zbijenije tlo imati veću čvrstoću na smicanje od rastresitog tla. Razlog za ovo je veća kohezija i veće trenje između čestica tla. Osim kohezije i unutrašnjeg trenja tla, na smičuću čvrstoću tla utiče i naponsko stanje u kojem se tlo nalazi. Tlo koje se nalazi na većoj dubini ima veću količinu tla iznad sebe koje ga sabija i zbog toga ima i veću čvrstoću na smicanje. 

Mor-Kulonov zakon loma

Mor-Kulonov zakon loma je prvi upotrebljiv zakon loma koji kaže da do loma tla dolazi pri kritičnoj kombinaciji smičuće i normalne sile, a ne pri njihovim maksimalnim vrijednostima.

τ = c + σ tanφ

c - kohezija

φ - ugao unutrašnjeg trenja

σ - normalni napon koji djeluje na ravan smicanja

τ - smičuća čvrstoća tla 

Mor-Kulonov-Tercagijev zakon loma

Mor-Kulonov zakon je modifikovao Tercagi koji je uvidio potrebu uvođenja veličine pornog pritiska. Prethodni zakon je razmatrao samo totalne napone dok se uvođenjem pornog pritiska razmatraju efektivni naponi, pa zakon dobija novu formu.

τ = c' + (σ - u) tanφ'  = c' + σ' tanφ'

c - kohezija za efektivne napone

φ - ugao unutrašnjeg trenja za efektivne napone

σ - normalni efektivni napon koji djeluje na ravan smicanja