ความเค้นยังผลในมวลดิน (Effective Stress in Soils)

ในวิศวกรรมปฐพี มวลดินถูกพิจารณาให้เป็นวัสดุหลายสถานะที่ประกอบด้วยอนุภาคของแข็งและช่องว่างที่เต็มไปด้วยน้ำและ/หรืออากาศ เนื่องจากโครงร่างของดินและน้ำตอบสนองต่อภาระที่กระทำแตกต่างกัน เราจึงต้องแยกความเค้นที่รับโดยอนุภาคดินออกจากความเค้นที่รับโดยน้ำ

ความเค้นรวมและความดันน้ำในโพรงดิน (Total Stress and Pore Water Pressure)

พิจารณาระนาบแนวนอนที่ความลึกระดับหนึ่งใต้ผิวดิน ความเค้นรวม (Total Stress, $\sigma$) คือความดันรวมที่กระทำต่อระนาบนี้อันเกิดจากน้ำหนักของทุกสิ่งที่อยู่เหนือระนาบนั้น (ของแข็งดิน, น้ำ, และน้ำหนักบรรทุกจากโครงสร้าง) ความดันน้ำในโพรงดิน (Pore Water Pressure, $u$) คือความดันของน้ำที่เติมเต็มอยู่ในช่องว่างระหว่างอนุภาคดิน

หลักการความเค้นยังผลของ Terzaghi

ในปี 1925 Karl Terzaghi ได้กำหนดหลักการของ ความเค้นยังผล (Effective Stress, $\sigma'$) สำหรับดินอิ่มตัวด้วยน้ำ (fully saturated soils) ความเค้นยังผลคือส่วนของความเค้นรวมที่ถ่ายทอดผ่านจุดสัมผัสทางกายภาพระหว่างอนุภาคดิน

หลักการนี้กำหนดโดยสมการพื้นฐาน:

$\sigma' = \sigma - u$

โดยที่:

• $\sigma'$ = ความเค้นยังผล [kPa หรือ kN/m²]
• $\sigma$ = ความเค้นรวม [kPa]
• $u$ = ความดันน้ำในโพรงดิน [kPa]

ความเค้นยังผลไม่ใช่แรงทางกายภาพที่คุณสามารถวัดได้โดยตรง แต่เป็นปริมาณที่ได้จากการคำนวณ อย่างไรก็ตาม นี่เป็นแนวคิดที่สำคัญที่สุดในกลศาสตร์ดิน เนื่องจาก ผลกระทบที่วัดได้ทั้งหมดจากการเปลี่ยนแปลงความเค้น เช่น การอัดตัว (การทรุดตัว) และการเปลี่ยนแปลงกำลังรับแรงเฉือน ล้วนเกิดจากการเปลี่ยนแปลงความเค้นยังผลทั้งสิ้น

การตรวจสอบทางวิศวกรรม

หากระดับน้ำใต้ดินในตัวอย่างข้างต้นลดลงอย่างถาวร 2 เมตร ความดันน้ำในโพรงดินจะลดลง ส่งผลให้ความเค้นยังผล เพิ่มขึ้น การเพิ่มขึ้นของความเค้นยังผลนี้เป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดแผ่นดินทรุดตัวเมื่อมีการสูบน้ำบาดาลออกจากชั้นอุ้มน้ำมากเกินไป\n