در خاک های خشک و غیر مرطوب اشباع ، تنش کل وتنش مؤثر باهم برابر است ، اما در خاک های مرطوب و اشباع به علت وجود نیروی ارشمیدس تنش کل با تنش موثر با هم برابر نمی باشد و از تنش مؤثر مقداری کاسته می شود ، و همان طور که بعدا اثبات می شود این مقدار برابر با فشار آب حفره ای یا منفذی می شود . چنانچه فشار آب آنقدر زیاد باشد که با تنش کل برابر گردد ، در این حالت تنش موثر صفر بوده و خاک حالت بی وزنی پیدا می کند .
تنش موثر یک کمیت قابل اندازه گیری نمی باشد و باید از طرفین به دست آید ، طبق تعریف به مجموع مولفه های قائم نیروهای وارده به سطح جامد خاک در واحد سطح تنش موثر گفته می شود .
که A سطح مقطع خاک می باشد .
= مجموع سطح مقطع ذرات خاک :
از آنجایی که مجموع سطح مقطع ذرات جامد خاک را با نشان دهیم . سطح مقطعی که توسط آب اشغال می شود است و طبق تعریف ، تنش کل از رابطه زیر به دست می آید :
چون نسبت کوچک و قابل صرفه نظر است داریم :
ارتفاع آب داخل پیزومتر =h
مثال 5-1 ) مطلوبست تنش موثر در نقطه A ؟
( =وزن مخصوص غوطه وری)
نکته ) تنش موثر در هر نقطه به ارتفاع ستون از سطح آزاد آب بالای آن بستگی ندارد .
مثال 5-2 ) مطلوبست تعیین تنش موثر در نقاط A وA' و مقایسه آنها باهم ؟
محاسبه تنش مؤثر
1.حالت بدون وجودجریان
2.جریان به سمت بالا
3.جریان روبه پایین
باتوجه به معادلات فوق ، همان طور که دیده می شود در جریان رو به پایین و به بالا به اندازه به فشار آب حفره ای اضافه و کم می شود چنانچه این مقدار در سطح مقطع خاک ضرب گردد و بر حجم خاک تقسیم گرددد نیروی تراوش در واحد حجم خاک به دست می آید :
همان طور که ملاحظه می شود بردار نیروی نشت هم جهت با گرادیان هیدرولیکی و طبق رابطه هم جهت با سرعت می باشد به عبارت دیگر ، نیروی نشت در جهت سرعت عمل می کند .
توضیح :
نقطه اضافه شده و به همین مقدار نیز از تنش موثر کاسته می شود . تنش موثر در هر نقطه به گرادیان هیدرولیکی بستگی دارد . چنانچه i زیاد باشد، حالتی به وجود می آید که تنش موثر صفر می شود .
در این حالت خاک به صورت بی وزن درآمده و با اندک جریان آبی از داخل خاک شسته شده و همراه آب بیرون می آید
برای اغلب خاکها بین .90 تا 1.1 می باشد که به طور میانگین 1 فرض می شود.
به همین منظور که ارتفاع پرده آب بند زیر سد های خاکی معمولا به اندازه ارتفاع آب پشت سد انتخاب می شود ، زیرا با وجود این شرایط طول مسیر جریان افزایش پیدا کرده و گرادیان هیدرولیکی موجود کاهش می یابد و ضریب اطمینان در برابر جوشش که از رابطه زیر به دست می آید ، بزرگ شده و خطر جوشش کاهش می یابد .
مثال 5-3 ): در شکل زیر ارتفاع H چقدر باشد تا پدیده piping اتفاق نیفتد ؟
شروع جوشش در تراز نقطه A می باشد در لحظه ای که