Veikiamas apkrovos kiekvienas gruntas, išskyrus tvirtą uolieną, sėda. Sėdimas apskritai atsiranda dėl dviejų priežasčių: grunto suspaudimo, t. y. jo tūrio sumažėjimo, kai iš jo porų išstumiama oro arba vandens, ir šoninio grunto išstūmimo prie pamatų kraštų dėl kietųjų grunto dalelių slydimo.
Dirvožemio sėdimas dėl tankinimo susideda iš elastingų ir plastiškų deformacijų, kurias sukelia pamatų apkrova, ir nuėmus apkrovą dirvožemis iš dalies grįžta į pradinę būseną.
Sėdimas dėl šoninio dirvožemio išspaudimo susideda tik iš plastiškų deformacijų, kai nuėmus apkrovą dirvožemis negrįžta į pradinę būseną. Jos dažniausiai atsiranda esant mažiems pamatams, įrengtiems nedideliame gylyje po žemės paviršiumi. Taip pat šoninis dirvožemio išspaudimas pasireiškia labai drėgname dirvožemyje, kurio vidinės trinties kampas yra mažas.
Kadangi leistina grunto apkrova imama elastingai plastinių deformacijų zonoje, sėdimo apskaičiavimas atliekamas tik remiantis grunto poringumo sumažėjimu veikiant apkrovai, o sėdimos dėl šoninio grunto išstūmimo, laikomos nereikšmingomis, neįskaitomos.
Sėdimas dėl sutankinimo priklauso nuo grunto pralaidumo, nes jis vyksta porų sąskaita, o natūraliame grunte jos visada daugiau ar mažiau užpildytos vandeniu. Vadinasi, grunto sėdimas veikiant apkrovai iš esmės yra hidrodinaminis reiškinys, nes sėdimo procesas priklauso nuo vandens išstūmimo iš porų greičio, kuriame didžiausią vaidmenį atlieka grunto pralaidumas.
Nekoherentiniai gruntai, tokie kaip žvyras ir smėlis, turi dideles poras, todėl jų pralaidumas yra didelis ir vanduo iš porų veikiant pamatų apkrovai greitai išspaudžiamas. Dėl to nekoherentinio grunto sėdimas veikiant pamatų apkrovai vyksta greitai, dažniausiai dar statybos metu arba netrukus po jos. Todėl nekoherentiniame grunte pamatų sėdimas retai apskaičiuojamas.
Rišlūs gruntai turi smulkias poras, jų pralaidumas mažas, o vandens išstūmimas iš porų veikiant pamatų apkrovai gali trukti labai ilgai, kai kuriuose smulkiagrūdžiuose moliuose – net dešimtmečius. Be to, kadangi bendras rišlaus grunto poringumas yra gerokai didesnis nei birių gruntų, rišlaus grunto nusėdimas yra daug didesnis.
Esant rišliam gruntui, kurio poros iš dalies užpildytos oru, o iš dalies vandeniu, pirmiausia vyksta sėdimas dėl oro porose suspaudimo, kai vandens kiekis išlieka pastovus, o po to sėdimas dėl vandens išstūmimo iš porų. Statinės grunto apkrovos, veikiančios dėl svorio ir naudojamosios pamato apkrovos, sukelia abu šiuos sėdimo tipus, tačiau sėdimo laiko eiga yra skirtinga.
Yra ir kitų grunto sėdimo priežasčių, tokių kaip nuolatinis požeminio vandens lygio nuleidimas, cheminiai grunto sudėties pokyčiai ir kiti grunte vykstantys sutrikimai.
Sėdimo tyrimas susideda iš išankstinio sėdimo skaičiavimo, kuris atliekamas remiantis laboratoriniu grunto mėginių bandymu, ir sėdimo stebėjimo, kuris vykdomas statant objektą ir tam tikrą laiką po to.
Pamato sėdimo apskaičiavimas esant centrinei apkrovai
Panagrinėkime pamatinį padą, įrengtą grunte, sudarytame iš kelių skirtingų sluoksnių, pavyzdžiui, smėlio sluoksnio H0, t. y. H1 po padu, molingo grunto sluoksnio, kurio storis H2, smulkiasluoksnės molio sluoksnio, kurio storis H3, po kuriuo yra sutankintas žvyras, storesnis sluoksnis, ir požeminio vandens lygiu NPV (pav. 1a).
Nusėdimams apskaičiuoti reikia nubraižyti įtempių diagramą dėl grunto savaiminio svorio (kairioji diagrama pav. 1b) ir įtempių diagramą dėl papildomos apkrovos nuo pamatų poveikio (dešinioji diagrama pav. 1b). Įtempių diagramą dėl grunto savaiminio svorio gauname iš sluoksnių storių Σ_H_ ir jų tūrinio svorio γ. Jei smėlio tūrinis svoris yra γ1, po vandeniu esančio smėlio γ’1, po vandeniu esančio molingo grunto γ’2, po vandeniu esančio molio γ’3, tada slėginiai įtempiai grunte dėl grunto savaiminio svorio bus (pav. 1)
γ1 · H’; γ’1 · H’’; γ’2 · H2; γ’3 · H3;
Įtempių diagramą dėl apkrovos poveikio gauname apskaičiuodami pagal vieną iš žinomų metodų, pavyzdžiui, pagal Steinbrennerį arba Newmarką, skirtinguose gyliuose po pamatu.
Jei fundamento apkrovą žymėsime P, jo plotą, kuriuo jis remiasi į gruntą, A, grunto savitąjį svorį fundavimo gylyje t po žemės paviršiumi – γ1, tai specifinė fundamento apkrova yra P/A, o grunto savasis svoris tame pačiame gylyje – γ1t. Kad būtų gauta papildoma grunto apkrova dėl fundamento apkrovos, iš fundamento apkrovos P/A reikia atimti grunto savosios apkrovos slėgį γ1t, taigi papildoma grunto apkrova yra
p0 = P/A – γ1t.
Tame pačiame gylyje t veikia ir įtempis γ1t dėl grunto savosios masės, todėl šiame gylyje veikia bendras įtempis (P/A – γ1t) + γ1t, o gruntas esant įtempiui γ1t buvo sukonsoliduotas prieš objekto statybą.
Pav. 1. Brėžinys apie sėdimo apskaičiavimą esant centrinei pamatų apkrovai
Tačiau jei dalis pamato virš pamato pado užpilama žeme (pav. 1c), reikia atsižvelgti į užpildo grunto apkrovą 2_Q_, todėl tokiu atveju papildomoji apkrova yra
_P+2_Q/A – γ1t.
Juostiniam pamatui A = b x 1,0 m ant 1 m’ pamato.
Sėdimo skaičiavimas atliekamas visiems suspaudžiamo grunto sluoksniams iki pamato apkrovos poveikio gylio. Anksčiau kaip apkrovos poveikio objekto riba buvo laikomas gylis, iki kurio vyrauja ≥ 10% p0 intensyvumo įtempiai. Šiandien priimama, kad ši riba yra tame gylyje, kur papildomos apkrovos įtempis pz yra lygus 20% grunto savosios svorio įtempių: pz = 0,2 ·γ_Σ_H. Žemiau šio gylio sėdimas neskaičiuojamas. Pagal kitą taisyklę rekomenduojama sėdimo skaičiavimą atlikti sluoksniams iki 2_b_ – 3_b_ gylio, kur b yra pamato plotis. Jei gale yra žvyro sluoksnis, kaip pav. 1a, jis į sėdimo skaičiavimą neįtraukiamas, nes jo sėdimas veikiant pamato apkrovai yra nereikšmingas ir vyksta statybos metu.
Gylyje z po pamato padu susidaro gniuždymo įtempis pg dėl pačios grunto masės svorio (pav. 1b), atsižvelgiant ir į plūdrumo poveikį. Prie šio pradinio gniuždymo įtempio tame pačiame gylyje prisideda slėgis pz dėl statinio apkrovos poveikio. Taigi kuriame nors taške M gylyje z po pamato padu veikia bendras gniuždymo įtempis pn = pg + pz.
Veikiant papildomai apkrovai, gruntas sėda ir deformuojasi į šonus. Jei šoninės deformacijos ignoruojamos, nes jos santykinai mažos, kadangi leistina grunto apkrova yra elastingai plastinių deformacijų zonoje, galima laikyti, kad sėdimo skaičiavimas atliekamas remiantis slankumo bandymu edometre su nepažeistu mėginiu, išimtu stebimo taško grunte, pagal kurį nustatomas grunto slankumo modulis Ms.
Remiantis Hooke’o dėsniu, turime
Δ_s_ = pz/Ms,
kur Δ_s_ yra specifinis sėdimas, tenkantis sluoksnio storiui, pz – įtempis grunto gylyje z dėl papildomos apkrovos.
Jei laikysime, kad sluoksnio storis dz yra pakankamai mažas, kad pz ir Ms būtų galima laikyti pastoviais, elementarus sėdimas bus
Δ_s dz_ = pz/Ms dz.
Bendras H storio sluoksnio sėdimas bus
Jei pZ ir MS yra pastovūs sluoksniui, kurio storis H, bus
s = pz/Ms · H.
Iš tikrųjų pz ir Ms nėra pastovūs H1 storio sluoksniui, o imama jų vidutinė reikšmė taške M.
Dirvožemio gniuždomumo modulis Ms nustatomas laboratoriniu būdu kiekvienam sluoksniui atskirai. Normaliam konsoliduotam dirvožemiui modulis Ms nustatomas iš pirminės kompresijos diagramos, kur bendroji apkrova σ2 = pg + pz; σ1 = pg = Σ_γt,_ papildomoji apkrova Δ_σ_ = σ2 – σ1 = (pg + pz) – pg, o atitinkamos santykinės kompresijos reikšmės yra Δ_h2_/h ir Δ_h1_/h, todėl
Tačiau, jei tai yra perkonsoiduotas molis, suspaudžiamumo modulis nustatomas iš antrinės kompresijos diagramos. Iš pavyzdžio pav. 2 turime:
Pav. 2. Dirvožemio suspaudžiamumo modulio nustatymas pagal santykinės kompresijos diagramą
Iš to, kas išdėstyta, matyti, kad pernelyg suslėgto molio sėdimas bus daug mažesnis negu normaliai suslėgto grunto sėdimas.
Pamatų standumo įtaka sėdimui
Nors praktiškai visiškai elastingų pamatų, kuriuose vieno taško sėdimas būtų nepriklausomas nuo gretimo taško sėdimo, nėra, sėdimams skaičiuoti skiriami elastingi ir standūs pamatai.
Elastiniai pamatai, kuriais laikomi akmeniniai užpylimai ir pylimai, esant tolygiai apkrovai atskirose vietose sukelia skirtingus sėdimus. Todėl šių pamatų sėdimo skaičiavimas atliekamas ne visam apkrautos paviršiaus plotui, o atskiroms jo vietoms: kampiniams taškams A, B, C ir D, kraštinių vidurio taškams E, F, H ir J bei stačiakampio paviršiaus centriniam taškui G (pav. 3). Esant tolygiai apkrovai taškų B, C ir D sėdimas toks pat kaip ir taško A, taško H sėdimas toks pat kaip taško E, taško J toks pat kaip taško F, kai gruntas tos pačios sudėties.
Pav. 3. Atskirų apkrauto paviršiaus taškų nusėdimo skaičiavimas
Norint apskaičiuoti nusėdimą po bet kuriuo apkrauto ploto tašku G, stačiakampis ABCD padalijamas į keturis mažesnius stačiakampius, o nusėdimas G gaunamas kaip nusėdimų, kuriuos sukelia kiekvienas iš padalytų stačiakampių, suma.
Standieji pamatai nesėda taip pat kaip elastingieji, nes juose neįmanomas atskirų taškų sėdimas. Todėl standžiųjų pamatų sėdimas skaičiuojamas kaip visuma, o pagal standumo laipsnį vidutinė sėdimo reikšmė apskaičiuojama skirtingai, nes nuo pamato standumo priklauso slėgio pasiskirstymas pamatų pado plote.
Standiems kvadrato arba mažesnio stačiakampio formos pamatams, kai a < 2_b_, apskaičiuojamas vidurinio taško G sėdimas sG ir priimamas bendras pamatų sėdimas s = 3/4 sG. Standiems pamatams pailgo stačiakampio arba juostos formos apskaičiuojamas galinio taško E, vidurinio taško G ir taško M per pusę atstumo tarp jų palei ilgesnę pamato pado ašį sėdimas, ir imama vidutinė vertė.
Van Hamme mano, kad tikslesnis nusėdimo skaičiavimas yra „būdingojo taško P“, kuris nuo vidurinių ašių yra nutolęs per
nuo vidurinių ašių. Pagal Van Hamme’ą, tam tikrų apibrėžtų pamatų taškų sėdimas nepriklauso nuo įtempių pasiskirstymo pamato dugne. Šiems taškams sėdimą galima apskaičiuoti darant prielaidą, kad įtempių pasiskirstymas pamato dugne yra tolygus. Standžiam pamatui, apkrautam tolygia apkrova, kurio pamato dugne įtempių pasiskirstymas yra netolygus ir didėja link pado kraštų, vis dėlto pamato pado sėdimas lygus charakteringojo taško P sėdimui. Įtempiai gylyje z po charakteringuoju tašku P stačiakampio paviršiaus, kurio ilgis a, plotis b, apkrauto tolygia apkrova p0, gali būti apskaičiuojami pagal Jelineko sudarytą lentelę 1.
Įtempis σzP gylyje z po charakteringuoju tašku P yra σzP = (σz/p0)·p0, kur p0 yra papildomo grunto apkrovimo apkrova.
Lent. 1. VĮr σz/p vertės įtempiams po charakteringuoju tašku P, priklausomai nuo gylio z ir pločio b santykio bei pado ilgio a ir pločio b santykio_
Sėdimo apskaičiavimas remiantis grunto poringumo koeficiento pokyčiu
Jei e0 žymime nepaliesto iš grunto sluoksnio paimto mėginio poringumo koeficientą, o ei — to paties mėginio poringumo koeficientą, kai edometre, veikiant apkrovai σ1 (pav. 4a), baigiasi konsolidacija, pradinio grunto tūrio sumažėjimas veikiant apkrovai Δ_σ_ atitinka poringumo sumažėjimą, t. y. grunto poringumo koeficientą
Δ_e_ = e0 – e1
Pav. 4. Sėdimo apskaičiavimas remiantis grunto poringumo koeficiento pokyčiu
Pradinis dirvožemio mėginio tūris yra
Specifinis sėdimas Δ_s_, t. y. sėdimas vienam grunto tūrio vienetui 1+e0 yra
Δ_s_ =(e0–e1) / (1+e0)
Elemento sluoksnio, kurio storis dz, sėdimas pagal pav. 4b
Δ_s_ dz=(e0–e1) / (1+e0) dz
[[SK_PROTECTED_16_0]]Sluoksnio, kurio storis H, sėdimas bus
Jei laikysime, kad p yra įtempis gylyje z nuo paties grunto svorio, atitinkantis apkrovą σ0 edometre, Δp – grunto papildomos apkrovos nuo statinio įtempis, atitinkantis apkrovos прирastį Δ_σ_ edometre, p1 – bendras įtempis veikiant paties grunto svoriui ir papildomai apkrovai, atitinkantis bendrą apkrovą σ1 edometre, ankstesnę išraišką galime užrašyti forma
Jei pažymėsime A grunto papildomos apkrovos įtempių diagramos plotą, A = Δ_pH_ (brūkšniuotas plotas pav. 4b), kur Δ_p_ yra papildomos apkrovos sukeltas įtempis sluoksnio viduryje
a=Δ_e_/Δ_p_, poringumo koeficiento skirtumo ir atitinkamo papildomos apkrovos įtempio santykį Vc = (1+e0)/a, galime užrašyti
t. y. s = A/Vc [cm]
Jei gruntas sudarytas iš kelių sluoksnių, kiekvienam sluoksniui apskaičiuojami nusėdimai s; atskirų sluoksnių nusėdimų suma duoda bendrą nusėdimą Σ_s_.