La tensione efficace è la parte della tensione totale che viene effettivamente trasmessa dallo scheletro solido di un terreno saturo. È uno dei concetti fondamentali della geotecnica perché resistenza, deformabilità e consolidazione dipendono soprattutto dai contatti tra grani, non dalla sola tensione totale applicata.
Secondo il principio di Terzaghi, in forma scalare per una direzione normale:
dove \sigma è la tensione totale, u la pressione interstiziale dell’acqua e \sigma' la tensione efficace.
Per uno stato di tensione più generale, la pressione neutra agisce in modo isotropo e si sottrae alle tensioni normali principali:
La distinzione è decisiva: se la pressione interstiziale aumenta a tensione totale costante, la tensione efficace diminuisce. Di conseguenza diminuiscono attrito interno e capacità resistente del terreno. Nel criterio di Mohr-Coulomb in tensioni efficaci:
dove c' è la coesione efficace, \varphi' l’angolo di attrito efficace e \sigma'_n la tensione normale efficace sul piano di rottura.
Questo spiega perché piogge intense, innalzamento della falda, ristagni, sovrappressioni interstiziali e filtrazione ascendente possono innescare frane, cedimenti, perdita di portanza e sifonamento. Il drenaggio è spesso un intervento efficace perché riduce u e aumenta \sigma' senza necessariamente modificare la tensione totale.
La tensione efficace evolve anche nel tempo. Se un carico viene applicato rapidamente a un terreno argilloso saturo e poco permeabile, l’acqua nei pori non riesce subito a drenare: inizialmente aumenta u e l’incremento di tensione efficace è limitato. Con il drenaggio progressivo, la sovrappressione si dissipa e lo scheletro solido assume una quota crescente del carico. Questo processo è la base della consolidazione.
In condizioni non sature il concetto richiede cautela, perché nei pori sono presenti sia acqua sia aria e intervengono suzione matriciale e grado di saturazione. Esistono formulazioni estese della tensione efficace, ma non si può applicare automaticamente la forma \sigma'=\sigma-u valida per terreni saturi.
In pratica progettuale la tensione efficace entra in verifiche di stabilità dei pendii, capacità portante delle fondazioni, spinta delle terre, cedimenti, filtrazione e opere in sotterraneo. Un errore comune è usare parametri di resistenza totali e pressioni interstiziali in modo incoerente: analisi in tensioni totali e analisi in tensioni efficaci devono essere impostate con parametri, condizioni drenate/non drenate e tempi di carico coerenti.
Vedi anche: geotecnica, geomeccanica, tensioni efficaci e Mohr-Coulomb esercizi.