انضغاط التربة والتشديد

عندما تتعرض التربة لأحمال إضافية فإنها سوف تتعرض للانضغاط، وهذا الانضغاط قد يكون ناتجاً عن خروج الهواء من التربة، أو بسبب خروج الماء من فراغات التربة كما هو الحال في حالة تشديد التربة. بحسب ترزاكي يعرف التشديد بأنه انخفاض بالمحتوى المائي لعينة التربة المشبعة دون استبدال الماء بالهواء.

عندما تتعرض الترب الغضارية المشبعة لإجهادات ضاغطة فإن ضغط الماء المسامي سوف يزداد مباشرة، وفي حال وجود إمكانية لخروج الماء خارج مسامات التربة فإنه سيحدث هبوط للتربة وهذا الهبوط مرتبط بالزمن وذلك نتيجة لخروج الماء وتبدد الزيادة في ضغط الماء المسامي المتشكل ضمن التربة الذي يستمر فترة طويلة نسبياً من الزمن وذلك بسبب النفاذية المنخفضة للتربة، أما الترب الخشنة فإنها تتشدد وتنضغط بسرعة نتيجة الحمولات الخارجية المنقولة إليها.

مبادئ التشديد أحادي البعد

عندما تتعرض طبقة تربة غضارية مشبعة بالماء إلى زيادة في الإجهادات يحدث ما يلي:

1.   تنتقل هذه الزيادة في الإجهادات في البداية بكاملها إلى الماء وتتحول إلى زيادة في ضغط الماء الموجود في مسامات التربة ويدعى ذلك بزيادة ضغط الماء المسامي.

2.   ثم مع الزمن تبدأ المياه بالتسرب تدريجياً وببطء وينتج عن ذلك نقص تدريجي في الزيادة التي حصلت في ضغط الماء المسامي وزيادة في الإجهادات المؤثرة على حبيبات التربة وتدعى هذه الزيادة بزيادة الإجهادات الفعالة.

3.   بعد زمن كبير تنتقل الإجهادات بالكامل إلى حبيبات التربة.

خلال هذه المراحل يحدث نقص تدريجي في حجم التربة يدعى بالتشديد، وبالتالي يمكن تعريف التشديد بأنه نقص تدريجي في حجم الترب المتماسكة المشبعة نتيجة لخروج جزء من المياه الموجودة في فراغاتها بسبب زيادة الإجهاد الكلي المؤثر على التربة.

مراحل التشديد

يمكن تجزئة التشديد إلى مرحلتين:

1.   مرحلة التشديد الأولي: إن هبوط العينة غير خطي مع الزمن ويحصل أغلب الهبوط خلال فترة وجيزة من التحميل مع السماح بالتصريف، حيث يتم إجبار الماء على الخروج من العينة وتبدد الزيادة في ضغط الماء المسامي نتيجة للضاغط الناتج عن التحميل. يعرف التغير في حجم التربة نتيجة لخروج الماء من فراغاتها ونقل الإجهادات من ماء المسامات إلى جزيئات التربة الصلبة بالتشديد الأولي.

2.   مرحلة الانضغاط الثانوي: ينتهي التشديد الأولي بتبدد الزيادة في ضغط الماء المسامي الأولي، ويسمى الهبوط الناتج بعد ذلك بالانضغاط الثانوي. يعرف الانضغاط الثانوي بأنه التغير الحجمي للترب الناعمة نتيجة لإعادة ترتيب بنية التربة بعد انتهاء التشديد الأولي، ويكون عادة صغيراً مقارنة بالهبوط الناتج عن التشديد الأولي. في الواقع إن الفصل بين التشديد الأولي والتشديد الثانوي صعب وغير واضح وذلك لأن الانضغاط الثانوي يحدث كجزء من مرحلة التشديد الأولي، وخاصة في الغضار الرخو. إن ميكانيكية التشديد ليست مفهومة بشكل تام، ومن المفضل الفصل بين التشديد الأولي والانضغاط الثانوي من أجل تقدير هبوط التربة.

تجربة التشديد

إن الغاية من تجربة التشديد هي تحديد معاملات التشديد اللازمة لحساب هبوط التشديد للترب الغضارية المشبعة إن الجهاز المستخدم عادة في تجربة التشديد هو جهاز الأودومتر.

خطوات التجربة

1.   تحضير عينة سليمة من التربة وقياس وزنها الحجمي ورطوبتها الأولية ووزنها النوعي.

2.   وضع العينة داخل جهاز التشديد وإشباعها لمدة لا تقل عن ٢٤ساعة مع منع التشوه الشاقولي للعينة.

3.   تحميل العينة بالإجهاد الشاقولي وتسجيل تغير ارتفاع العينة مع الزمن حتى انتهاء هبوط العينة تحت تأثير الإجهاد المطبق على ألا تقل هذه المدة عن ٢٤ساعة، ويجب الانتباه إلى عدم انتفاخ العينة، وفي حال حصول ذلك فيتم إضافة حمولات صغيرة فور بدء الانتفاخ حتى توقف الانتفاخ وبدء هبوط العينة.

4.   يتم زيادة الإجهادات على مراحل ويتم تسجيل هبوط العينة لكل مرحلة تحميل.

5.   بعد انتهاء جميع مراحل التحميل يتم تفريغ الحمولات بشكل تدريجي بنفس وتيرة التحميل.