Yükün təsiri altında möhkəm qaya istisna olmaqla hər bir torpaq çökməyə məruz qalır. Çökmə ümumiyyətlə iki səbəbdən baş verir: torpağın sıxlaşması — yəni onun məsamələrindən hava və ya suyun çıxarılması nəticəsində həcminin azalması və torpağın yanlara sıxışdırılması — torpaq hissəciklərinin sürüşməsi nəticəsində təməlin kənarları boyunca.
Torpağın sıxılma nəticəsində çökməsi təməl yüklənməsi nəticəsində yaranan elastik və plastik deformasiyalardan ibarətdir; boşaldılma zamanı torpaq qismən ilkin vəziyyətinə qayıdır.
Torpağın yan tərəfə sıxışdırılması nəticəsində çökmə yalnız plastik deformasiyalardan ibarətdir; bu zaman yüklənmə götürüldükdə torpaq əvvəlki vəziyyətinə qayıtmır. Onlar ən çox yer səthindən az dərinlikdə qurulan kiçik bünövrələrdə yaranır. Eyni zamanda, çox nəm torpaqda və daxili sürtünmə bucağı kiçik olduqda da torpağın yan tərəfə sıxışdırılması baş verir.
Torpağın icazə verilən yüklənməsi elastik-plastik deformasiya zonasında götürüldüyündən, oturma hesabı yalnız yük altında torpağın məsaməliliyinin azalmasına əsasən aparılır; bu zaman torpağın yan sıxılması nəticəsində yaranan oturmalar nəzərə alınmır, çünki onlar əhəmiyyətsiz qəbul edilir.
Sıxlaşma nəticəsində yaranan oturma torpağın su keçiriciliyindən asılıdır, çünki bu proses təbii torpaqda həmişə az və ya çox su ilə dolu olan məsamələr hesabına baş verir. Deməli, yük altında torpağın oturması əslində hidrodinamik hadisədir, çünki oturma prosesi məsamələrdən suyun sıxışdırılıb çıxarılma sürətindən asılıdır və burada torpağın su keçiriciliyi ən böyük rol oynayır.
Çınqıl və qum kimi qeyri-koherent torpaqlarda məsamələr böyük olduğundan onların sukeçiriciliyi yüksək olur və təməl yükləndikdə məsamələrdəki su tez sıxışdırılıb çıxarılır. Buna görə qeyri-koherent torpaqda təməl yüklənməsi altında oturma prosesi sürətlə baş verir, çox vaxt tikinti zamanı və ya ondan az sonra. Məhz buna görə qeyri-koherent torpaqda təməlin oturması nadir hallarda hesablanır.
Koherent torpaqların məsamələri xırdadır, onların keçiriciliyi azdır və təməl yüklənməsinin təsiri ilə məsamələrdəki suyun sıxışdırılıb çıxarılması çox uzun çəkə bilər; bəzi xırda dənəli gillərdə hətta onilliklər boyu. Bundan başqa, koherent torpağın ümumi məsaməliliyi qeyri-koherent torpağa nisbətən xeyli böyük olduğundan, koherent torpağın çökməsi də daha çox olur.
Koherent torpaqda, məsamələrinin bir hissəsi hava, bir hissəsi isə su ilə dolu olduqda, əvvəlcə məsamələrdəki havanın sıxılması nəticəsində çökmə baş verir, suyun miqdarı isə sabit qalır, sonra isə məsamələrdən suyun sıxışdırılıb çıxarılması nəticəsində çökmə yaranır. Torpağın statik yüklənməsi zamanı təməlin çəkisi və faydalı yükünün təsiri nəticəsində bu iki çökmə növünün hər ikisi baş verir, lakin çökmənin zaman prosesi fərqlidir.
Torpağın çökməsinə səbəb olan başqa amillər də var, məsələn, yeraltı su səviyyəsinin daimi enməsi, torpağın tərkibində kimyəvi dəyişikliklər və torpaqdakı digər pozuntular.
Çökmənin öyrənilməsi əvvəlcədən çökmə hesablamasından, yəni torpaq nümunələrinin laborator sınaqları və çökmənin müşahidəsindən ibarətdir; bu müşahidə obyektin tikintisi zamanı və ondan müəyyən müddət sonra aparılır.
Təməlın mərkəzi yüklənməsi zamanı çökmənin hesablanması
Təsəvvür edək ki, təməl altlığı bir neçə müxtəlif laydan ibarət torpaqda qoyulmuşdur, məsələn, altlığın altında H0 qum qatı, yəni H1, H2 qalınlığında gillicə torpaq qatı, H3 qalınlığında xırdagranu gilli qatı, onun altında isə daha böyük qalınlıqlı sıx çınqıl layı və NPV yeraltı su səviyyəsi vardır (şək. 1a).
Oturmaların hesablanması üçün torpağın öz çəkisindən yaranan gərginlik diaqramını (şək. 1b-də soldakı diaqram) və bünövrədən gələn əlavə yüklənmənin təsirindən yaranan gərginlik diaqramını (şək. 1b-də sağdakı diaqram) qurmaq lazımdır. Torpağın öz çəkisindən yaranan gərginlik diaqramını layların qalınlığından Σ_H_ və onların həcm çəkilərindən γ alırıq. Əgər qumun həcm çəkisi γ1, sualtı qumun γ’1, sualtı gilli torpağın γ’2, sualtı gilin γ’3 olarsa, torpaqda öz çəkidən yaranan sıxılma gərginlikləri belə olacaq (şək. 1)
γ1 · H’; γ’1 · H’’; γ’2 · H2; γ’3 · H3;
Yükün təsiri nəticəsində gərginlik diaqramını təməlin altındakı müxtəlif dərinliklər üçün, məsələn Steinbrenner və ya Newmark metodlarından biri ilə hesablayaraq alırıq.
Əgər P ilə bünövrənin yükünü, A ilə onun torpağa söykəndiyi sahəni, γ1 ilə isə torpaq səthindən t dərinliyində yerləşən bünövrə səviyyəsində torpağın həcm çəkisini işarə etsək, bünövrənin xüsusi yüklənməsi P/A olur, həmin dərinlikdə torpağın öz çəkisi isə γ1t təşkil edir. Bünövrənin yüklənməsi nəticəsində torpağın əlavə yüklənməsini almaq üçün bünövrənin yükü P/A ilə torpağın öz çəkisinin təzyiqi γ1t çıxılmalıdır, beləliklə torpağın əlavə yüklənməsi olur
p0 = P/A – γ1t.
Eyni dərinlikdə t öz çəkisi hesabına da γ1t gərginliyi təsir edir, beləliklə bu dərinlikdə ümumi gərginlik (P/A – γ1t) + γ1t, təsir göstərir, bu zaman γ1t gərginliyi altında torpağın konsolidasiyası obyektin inşasından əvvəl başa çatmış olur.
Sl. 1. Bünövrənin mərkəzi yüklənməsi zamanı çökmənin hesablanması
Lakin təməl dabanının üstündəki təməlin bir hissəsi torpaqla doldurulursa (şək. 1c), doldurulmuş torpağın yükü 2_Q_ nəzərə alınmalıdır, beləliklə bu halda əlavə yük aşağıdakı qədər olur
_P+2_Q/A – γ1t.
Zolaq tipli təməl üçün A = b x 1,0 m 1 m’ təməl üzrədir.
Çökmənin hesablanması fundament yüklənməsinin təsir dərinliyinə qədər olan sıxılan torpağın bütün layları üçün aparılır. Əvvəllər obyekt yükünün təsir sərhədi kimi intensivliyi ≥ 10% p0 olan gərginliklərin hökm sürdüyü dərinlik qəbul edilirdi. Bu gün isə bu sərhədin əlavə yükdən yaranan pz gərginliyinin torpağın öz çəkisindən yaranan gərginliyin 20%-nə bərabər olduğu dərinlikdə yerləşdiyi qəbul edilir: pz = 0,2 ·γ_Σ_H. Bu dərinlikdən aşağıda çökmə hesablanmır. Başqa bir qaydaya görə, çökmənin hesablanması fundamentin eni b olan halda 2_b_ ilə 3_b_ dərinliyə qədər olan laylar üçün tövsiyə olunur. Əgər sonda şək. 1a-da olduğu kimi çınqıl layı yerləşirsə, o, çökmə hesablamasında nəzərə alınmır, çünki fundament yükü altında onun çökməsi cüzidir və tikinti zamanı baş verir.
Temel altlığının altında z dərinliyində torpağın öz çəkisi nəticəsində yaranan sıxılma gərginliyi pg mövcuddur (şək. 1b), burada qaldırma qüvvəsinin təsiri də nəzərə alınmışdır. Bu ilkin sıxılma gərginliyinə eyni dərinlikdə tikilinin yükünün təsirindən yaranan pz təzyiqi əlavə olunur. Deməli, temel altlığının altında z dərinliyində yerləşən istənilən M nöqtəsində ümumi sıxılma gərginliyi pn = pg + pz hökm sürür.
Əlavə yükün təsiri altında torpaq oturur və yan tərəfə deformasiya olunur. Yan deformasiyalar nisbətən kiçik olduğuna görə nəzərə alınmasa, elastik-plastik deformasiya zonasında torpağa icazə verilən yük nəzərə alınaraq, oturmanın hesablanmasının edometrdə sıxılma sınağı əsasında, torpaqda müşahidə olunan nöqtə sahəsindən götürülmüş pozulmamış nümunə ilə aparıldığı qəbul edilə bilər; həmin sınaq vasitəsilə torpağın sıxılma modulu Ms müəyyən edilir.
Huk qanununa əsasən bizdə
Δ_s_ = pz/Ms,
burada Δ_s_ qatın qalınlığının vahidinə düşən spesifik oturma, pz isə əlavə yüklənmə nəticəsində torpağın z dərinliyindəki gərginlikdir.
Əgər dz qatının kifayət qədər kiçik qalınlığını fərz etsək ki, pz və Ms sabit kimi qəbul edilə bilsin, elementar çökmə olacaq
Δ_s dz_ = pz/Ms dz.
Qalınlığı H olan layın ümumi çökməsi olacaq
Əgər pZ və MS H qalınlıqlı qat üçün sabitdirsə, onda belə olacaq
s = pz/Ms · H.
Əslində pz və Ms H1 qalınlığında lay üçün sabit deyil, onların M nöqtəsində orta qiyməti qəbul edilir.
Torpağın sıxılma modulu Ms hər qat üçün ayrıca laboratoriya yolu ilə müəyyən edilir. Normal konsolidasiya olunmuş torpaq üçün Ms modulu ilkin sıxılma diaqramından təyin edilir; burada ümumi yüklənmə σ2 = pg + pz; σ1 = pg = Σ_γt,_ əlavə yüklənmə Δ_σ_ = σ2 – σ1 = (pg + pz) – pg, müvafiq nisbi sıxılma qiymətləri isə Δ_h2_/h və Δ_h1_/h olur, buna görə
Lakin söhbət prekonsolidasiya olunmuş gildən gedirsə, onda sıxılma modulu ikinci dərəcəli sıxılma diaqramından müəyyən edilir. Şək. 2-dəki nümunədən bizim üçün:
Şək. 2. Torpağın sıxılma modulunun nisbi kompressiya diaqramı əsasında müəyyən edilməsi
Yuxarıdakından belə nəticə çıxır ki, prekonsolidasiya olunmuş gilin çökməsi normal konsolidasiya olunmuş torpağın çökməsindən xeyli az olacaq.
Bünövrənin sərtliyinin oturmaya təsiri
Hərçənd praktikada bir nöqtənin çökməsinin qonşu nöqtənin çökməsindən asılı olmadığı tam elastik təməllər mövcud deyil, çökmənin hesablanması üçün elastik və sərt təməllər fərqləndirilir.
Elastik təməllər, bunlar altında daş tökmə və dolğular nəzərdə tutulur, bərabər paylanmış yüklənmə zamanı ayrı-ayrı nöqtələrdə müxtəlif oturmalar yaradır. Buna görə bu cür təməllərdə oturmanın hesabı bütün yüklənmiş sahə üçün deyil, onun ayrı-ayrı nöqtələri üçün aparılır: künc nöqtələri A, B, C və D, tərəflərin orta nöqtələri E, F, H və J və düzbucaqlının səthinin mərkəz nöqtəsi G (şək. 3). Bərabər yüklənmə zamanı B, C və D nöqtələrinin oturması A nöqtəsinin oturması ilə eynidir, H nöqtəsinin oturması E nöqtəsinin oturması ilə, J nöqtəsinin oturması isə eyni tərkibli torpaq üçün F nöqtəsinin oturması ilə eynidir.
Şək. 3. Yüklənmiş səthin ayrı-ayrı nöqtələrinin çökməsinin hesablanması
G nöqtəsinin yük düşən səthin altında çökməsini hesablamaq üçün ABCD düzbucaqlısı dörd kiçik düzbucaqlıya bölünür və G çökməsi bölünmüş düzbucaqlıların hər birinin yaratdığı çökmələrin cəmi kimi alınır.
Sərt bünövrələr elastiklər kimi eyni şəkildə çökmür, çünki onlarda ayrı-ayrı nöqtələrin çökməsi mümkün deyil. Buna görə sərt bünövrələrin çökməsi bütöv şəkildə hesablanır, belə ki, sərtlik dərəcəsinə görə orta çökmə dəyəri başqa cür müəyyən edilir, çünki təməl oturacağında təzyiq paylanması bünövrənin sərtliyindən asılıdır.
Kvadrat və ya kiçik düzbucaqlı formalı sərt bünövrələr üçün, burada a < 2_b_, orta nöqtə G-nin çökməsi sG hesablanır və bünövrənin ümumi çökməsi s = 3/4 sG qəbul edilir. Uzadılmış düzbucaqlı və ya zolaq formalı sərt bünövrələr üçün son nöqtə E, orta nöqtə G və onların arasında, bünövrə altlığının uzun oxu boyunca məsafənin yarısında yerləşən M nöqtəsinin çökməsi hesablanır və orta qiymət qəbul olunur.
Van Hamme hesab edir ki, “xarakterik nöqtə P”nin çökməsinin daha dəqiq hesablanması orta oxlardan məsafədə yerləşən nöqtə üçün aparılmalıdır
orta oxlardan. Van Hammaya görə, bünövrənin müəyyən nöqtələrinin çökməsi bünövrə altındakı gərginliklərin paylanma üsulundan asılı deyil. Bu nöqtələr üçün çökmə, bünövrə altındakı gərginliklərin bərabər paylandığı fərziyyəsi ilə hesablana bilər. Bünövrə altlığında gərginliklərin paylanması qeyri-bərabər olan və altlığın kənarlarına doğru artan bərabər yükə məruz qalan sərt bünövrə ayağında buna baxmayaraq bünövrə ayağının çökməsi xarakterik P nöqtəsinin çökməsinə bərabərdir. Uzunluğu a, eni b olan, bərabər p0 yükü ilə yüklənmiş düzbucaqlı səthin xarakterik P nöqtəsi altındakı z dərinliyində gərginliklər Jelinek tərəfindən hazırlanmış 1 cədvəli vasitəsilə hesablana bilər.
P xarakterik nöqtəsi altındakı z dərinliyində gərginlik σzP = (σz/p0)·p0 olur, burada p0 torpağın əlavə yüklənməsidir.
Cədv. 1. Təməl ayağının_ xarakterik P nöqtəsi altında gərginliklər üçün_ σz/p dəyərləri, z dərinliyinin b-yə nisbətindən və a uzunluğunun b eninə nisbətindən asılı olaraq
Torpağın məsaməlilik əmsalının dəyişməsinə əsasən oturmanın hesablanması
Əgər e0 ilə torpaq qatından götürülmüş pozulmamış nümunənin məsaməlilik əmsalını, ei ilə isə σ1 yüklənməsi altında edometrlə tam konsolidasiyadan sonra həmin nümunənin məsaməlilik əmsalını (şək. 4a) işarə etsək, yükün təsiri altında torpağın ilkin həcminin azalması məsaməliliyin azalmasına, yəni torpağın məsaməlilik əmsalına uyğun gəlir
Δ_e_ = e0 – e1
Şək. 4. Torpağın məsaməlilik əmsalının dəyişməsinə əsasən oturma hesabı
Torpaq nümunəsinin ilkin həcmi belədir
Xüsusi çökmə Δ_s_, yəni torpağın vahid həcmində çökmə 1+e0 belədir
Δ_s_ =(e0–e1) / (1+e0)
dz qalınlığında elementar təbəqənin çökməsi şəklə 4b uyğun olaraq
Δ_s_ dz=(e0–e1) / (1+e0) dz
H qalınlığında qatın çökməsi olacaq
Əgər p-ni torpağın öz çəkisindən yaranan z dərinliyindəki gərginlik kimi götürsək, bu, edometrdəki σ0 yüklənməsinə uyğundur; Δp isə obyektin təsiri ilə torpağın əlavə yüklənməsindən yaranan gərginlikdir və edometrdəki Δ_σ_ yük artımına uyğundur; p1 isə torpağın öz çəkisi və əlavə yükün təsiri altında olan ümumi gərginlikdir və edometrdəki σ1 ümumi yüklənməsinə uyğundur; onda ilkin düsturu aşağıdakı şəkildə yaza bilərik
Əgər torpağın əlavə yüklənməsindən yaranan gərginlik diaqramının sahəsini A ilə işarə etsək, A = Δ_pH_ (şək. 4b-də kölgələnmiş sahə), burada Δ_p_ qatın ortasında əlavə yüklənmədən yaranan gərginlikdir
a=Δ_e_/Δ_p_, məsaməlik əmsalı fərqinin əlavə yüklənmədən yaranan müvafiq gərginliyə nisbəti Vc = (1+e0)/a, kimi yaza bilərik
yəni s = A/Vc [cm]
Əgər torpaq bir neçə laydan ibarətdirsə, hər lay üçün oturmalar s hesablanır; ayrı-ayrı layların oturmalarının cəmi ümumi oturma Σ_s_ verir.