Jords hållfasthet

Friktionsjord

I en grovkornig jord – friktionsjord – byggs hållfastheten huvudsakligen upp av friktionskrafter mellan jordkornen. Krafternas storlek påverkas av om jorden befinner sig över eller under grundvattennivån. Under grundvattennivån minskar friktionskrafterna och därmed också hållfastheten.

Om en torr friktionsjord – sand eller grus – strilas ut på ett plant underlag så att den bildar en toppig hög kommer högens rasvinkel att bli lika med materialets så kallade friktionsvinkel (friktionsvinkeln i löst lagrat tillstånd). Friktionsvinkeln är ett mått på jordens hållfasthet och varierar mellan olika friktionsjordar.

Om lutningen för en slänt i friktionsjord ökas tills den överstiger friktionsvinkeln – exempelvis vid schaktning eller genom erosion – övergår partiklarna från vila till att rulla över varandra och ras uppstår.

Kohesionsjord

I en kohesionsjord verkar inte bara friktionskrafter mellan jordpartiklarna utan även den fysikaliska kraften kohesion. Kohesionen, som utgörs av molekylära attraktionskrafter mellan de mycket små partiklarna i finjorden, medför att jordpartiklarna häftar samman.

Främst lerjord räknas som kohesionsjord, men även siltjord kan delvis ha kohesionsjordsegenskaper. Finkornig morän, som har en hög andel ler- och siltfraktion, uppträder också som en kohesionsjord.

När finkornig jord glider iväg i stora stycken som hålls samman av kohesion mellan jordpartiklarna uppstår skred.

Falsk kohesion

Ovanför grundvattennivån finns vanligen jordlager som inte är vattenmättade. Detta innebär att jordens porer inte bara innehåller vatten utan också luftbubblor. Ytspänningen runt dessa luftbubblor ger upphov till en sammandragande kraft mellan jordpartiklarna. Denna sammandragande kraft ökar i sin tur friktionskraften mellan jordpartiklarna. Detta bidrar positivt till jordens hållfasthet och denna effekt brukar benämnas falsk kohesion.

Den falska kohesionen är mest märkbar i silt- och sandjord. Den medverkar exempelvis till att mycket branta eller till och med vertikala slänter kan bildas i "bakkanten" efter ett skred i sand- eller siltjord, eller att schaktarbeten för byggnader och anläggningar kan utföras med branta slänter. Den hållfasthetsförbättrande effekten är dock förrädisk – den branta slänten kan stå kvar i åratal, men efter regn eller vid snösmältning kan de vattenomättade jordlagren vattenmättas, varvid luftbubblorna med sin ytspänning försvinner, och därmed också den falska kohesionen. Den falska kohesionen kan även försvinna när de omättade jordlagren under en torrperiod har torkat ut helt så att ytspänningskrafterna försvinner. I båda fallen blir slänten instabil.

En brant slänt som hålls upprätt med falsk kohesion har stor likhet med de sandslott som vi bygger på stranden. Ett sandslott kan stå upprätt så länge som den sand det är byggt av är fuktig men vattenomättad. Om en våg sköljer över sandslottet blir sanden vattenmättad och slottet rasar, men sandslottet rasar även när solen har torkat ut sanden.