الإجهاد الفعّال في التربة
- الإجهاد الكلي
- σ = Σγi·hi
- ضغط الماء المسامي
- u = γw·(z − zw)
- الإجهاد الفعّال
- σ′ = σ − u
- الماء
- γw = 9,81 kN/m³
الهندسة الجيوتقنية: حزمة المراجعة المكثفة
أوراق القوانين، وأهم خطوات الحل لكل موضوع، و6 مسألة تدريبية، مع الحلول الكاملة في الخلف.
1القوانين وطرق الحل
هبوط التصلّب
- متصلّبة طبيعيًا
- S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
- الإجهاد النهائي
- σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
- مفرطة التصلّب، σ′f ≤ σ′p
- S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
- مفرطة التصلّب، σ′f > σ′p
- S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
- نسبة فرط التصلّب
- OCR = σ′p/σ′0
- زمن التصلّب
- t = Tv·Hdr²/cv
- مسار التصريف
- Hdr = H/2 (تصريف مزدوج)، H (تصريف أحادي)
- معاملات الزمن
- U 50% → 0,197, 60% → 0,287, 70% → 0,403, 80% → 0,567, 90% → 0,848
القوة الهيدروستاتيكية
- الضغط عند عمق
- p = ρgh
- القوة على جدار رأسي
- F = ρg·hc·A
- مركز الضغط
- yp = yc + Ic/(ycA)
- مستطيل
- Ic = bH³/12
2مسائل تدريبية
1.الإجهاد الفعّال في التربةمتوسطة
لمقطع التربة الموضّح، أوجد الإجهاد الرأسي الكلي σ عند النقطة X.
z = 6 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 15,5 kN/m³رمل: γsat = 20 kN/m³
σ = kPa
2.الإجهاد الفعّال في التربةصعبة
لمقطع التربة الموضّح، أوجد الإجهاد الرأسي الفعّال σ′ عند النقطة X.
z = 8 mzw = 5 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 16,5 kN/m³رمل: γsat = 19 kN/m³طين: γsat = 18,5 kN/m³
σ′ = kPa
3.هبوط التصلّبمتوسطة
طبقة طين مفرطة التصلّب سُمكها 5,5 m لها Cc = 0,25، و Cr = 0,02 و e₀ = 0,8. في منتصف عمقها يكون الإجهاد الرأسي الفعّال 105 kPa ونسبة فرط التصلّب OCR = 2. يضيف مبنى جديد 120 kPa من الإجهاد الرأسي في منتصف العمق. أوجد هبوط التصلّب الابتدائي S بالـ mm.
H = 5,5 mCc = 0,25Cr = 0,02e0 = 0,8σ′0 = 105 kPaOCR = 2Δσ = 120 kPa
S = mm
4.هبوط التصلّبصعبة
طبقة طين سُمكها 3 m معامل تصلّبها cv = 1,2 m²/year. تقع على صخر غير منفذ وفوقها رمل، لذا يُصرَّف الماء من الأعلى فقط. لتصلّب متوسط بنسبة 70% يكون معامل الزمن Tv = 0,403. كم سنة t تستغرق الطبقة لتبلغ تصلّبًا بنسبة 70%؟
H = 3 mcv = 1,2 m²/السنةU = 70%Tv = 0,403تصريف أحادي
t = سنوات
5.القوة الهيدروستاتيكيةمتوسطة
بوابة مستطيلة رأسية عرضها 2 m في جدار خزان يحتوي ماء، وحافتها العليا على عمق 1 m تحت السطح. أوجد القوة الهيدروستاتيكية المحصّلة F على البوابة.
d = 1 mH = 2 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
6.القوة الهيدروستاتيكيةصعبة
بوابة مستطيلة رأسية عرضها 1,5 m في جدار خزان يحتوي جلسرين، وحافتها العليا على عمق 1 m تحت السطح. أوجد عمق ycp مركز الضغط تحت السطح.
d = 1 mH = 3 mb = 1,5 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
3المحاليل
1.الإجهاد الفعّال في التربة
الإجابة: σ = 106,5 kPa
الإجهاد الفعّال (ترزاغي): يحمل هيكل التربة σ′ = σ − u. الإجهاد الكلي σ هو وزن كل ما فوق النقطة، Σγ·h، باستخدام الوزن الحجمي الجاف فوق منسوب المياه والمشبع أسفله. أسفل منسوب المياه يكون ضغط الماء المسامي هيدروستاتيكيًا: u = γw·(العمق أسفل منسوب المياه).
الإجهاد الكلي
اجمع وزن كل طبقة تربة فوق X. فوق منسوب المياه استخدم الوزن الحجمي الجاف، وأسفله المشبع.
σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 15,5·3 + 20·3 = 106,5 kPa
الإجابة
σ = 106,5 kPa
2.الإجهاد الفعّال في التربة
الإجابة: σ′ = 109,1 kPa
الإجهاد الفعّال (ترزاغي): يحمل هيكل التربة σ′ = σ − u. الإجهاد الكلي σ هو وزن كل ما فوق النقطة، Σγ·h، باستخدام الوزن الحجمي الجاف فوق منسوب المياه والمشبع أسفله. أسفل منسوب المياه يكون ضغط الماء المسامي هيدروستاتيكيًا: u = γw·(العمق أسفل منسوب المياه).
الإجهاد الكلي
اجمع وزن كل طبقة تربة فوق X. فوق منسوب المياه استخدم الوزن الحجمي الجاف، وأسفله المشبع.
σ = γd·5 + γsat,sand·1 + γsat,clay·2
σ = 16,5·5 + 19·1 + 18,5·2 = 138,5 kPa
ضغط الماء المسامي
يزداد ضغط الماء مع العمق أسفل منسوب المياه.
u = γw·(z − zw) = 9,81·3 = 29,43 kPa
الإجهاد الفعّال
σ′ = σ − u = 138,5 − 29,43 = 109,1 kPa
الإجابة
σ′ = 109,1 kPa
3.هبوط التصلّب
الإجابة: S = 41,28 mm
التصلّب الابتدائي لطبقة طين سُمكها H، باستخدام الإجهاد الفعّال في منتصف الطبقة: σ′f = σ′0 + Δσ. الطين المتصلّب طبيعيًا: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). الطين مفرط التصلّب يُعاد ضغطه على امتداد Cr حتى ضغط التصلّب المسبق σ′p ولا يتبع Cc إلا بعده. الزمن: t = Tv·Hdr²/cv، حيث مسار التصريف Hdr يساوي H/2 عندما يستطيع الماء الخروج من الأعلى والأسفل، و H عندما يصرّف جانب واحد فقط.
ضغط التصلّب المسبق
σ′p = OCR·σ′0 = 2·105 = 210 kPa
قارن بضغط التصلّب المسبق
σ′f = 105 + 120 = 225 kPa > 210 kPa
الهبوط
إعادة الضغط حتى σ′p، ثم الانضغاط البكر بعده.
S = 0,02·5,5/(1 + 0,8)·log₁₀(210/105) + 0,25·5,5/(1 + 0,8)·log₁₀(225/210)
S = 18,4 + 22,89 = 41,28 mm
الإجابة
S = 41,28 mm
4.هبوط التصلّب
الإجابة: t = 3,023 سنوات
التصلّب الابتدائي لطبقة طين سُمكها H، باستخدام الإجهاد الفعّال في منتصف الطبقة: σ′f = σ′0 + Δσ. الطين المتصلّب طبيعيًا: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). الطين مفرط التصلّب يُعاد ضغطه على امتداد Cr حتى ضغط التصلّب المسبق σ′p ولا يتبع Cc إلا بعده. الزمن: t = Tv·Hdr²/cv، حيث مسار التصريف Hdr يساوي H/2 عندما يستطيع الماء الخروج من الأعلى والأسفل، و H عندما يصرّف جانب واحد فقط.
مسار التصريف
Hdr = H = 3 m
الزمن
t = Tv·Hdr²/cv = 0,403·3²/1,2 = 3,023 سنوات
الإجابة
t = 3,023 سنوات
5.القوة الهيدروستاتيكية
الإجابة: F = 78,48 kN
القوة الهيدروستاتيكية على سطح مستوٍ: F = ρ·g·yc·A. وتؤثّر عند مركز الضغط، ycp = yc + Ic/(ycA)، الذي يقع دائمًا أسفل المركز.
عمق المركز والمساحة
yc = d + H/2 = 1 + 2/2 = 2 m
A = H·b = 2·2 = 4 m²
القوة المحصّلة
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2·4 = 78,48 kN
الإجابة
F = 78,48 kN
6.القوة الهيدروستاتيكية
الإجابة: ycp = 2,8 m
القوة الهيدروستاتيكية على سطح مستوٍ: F = ρ·g·yc·A. وتؤثّر عند مركز الضغط، ycp = yc + Ic/(ycA)، الذي يقع دائمًا أسفل المركز.
عمق المركز والمساحة
yc = d + H/2 = 1 + 3/2 = 2,5 m
A = H·b = 3·1,5 = 4,5 m²
القوة المحصّلة
F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·2,5·4,5 = 139,1 kN
مركز الضغط
يزداد الضغط مع العمق، لذا تؤثّر المحصّلة أسفل المركز.
Ic = b·H³/12 = 1,5·3³/12 = 3,375 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 2,5 + 3,375/(2,5·4,5) = 2,8 m
الإجابة
ycp = 2,8 m
ExamProblems · examproblems.com/courses/geotechnical-engineering