Slodzes iedarbībā jebkura grunts, izņemot cietu iezi, sēžas. Sēšanās parasti rodas divu iemeslu dēļ: grunts sablīvēšanās jeb tās tilpuma samazināšanās, izspiežot gaisu vai ūdeni no porām, un grunts sānu izspiešanās gar pamata malām, cietajām grunts daļiņām slīdot vienai gar otru.
Grunts sēšanās sablīvēšanās dēļ sastāv no elastīgām un plastiskām deformācijām, ko izraisa pamata slodze, un pie slodzes noņemšanas grunts daļēji atgriežas sākotnējā stāvoklī.
Sēšanās sānu izspiešanas dēļ augsnē sastāv tikai no plastiskām deformācijām, kuru laikā, noņemot slodzi, augsne neatgriežas sākotnējā stāvoklī. Tās visbiežāk rodas pie nelieliem pamatiem, kas izbūvēti nelielā dziļumā zem zemes virsmas. Tāpat sānu izspiešana augsnē notiek ļoti mitrā augsnē, kurai iekšējās berzes leņķis ir mazs.
Tā kā pieļaujamā grunts slodze tiek ņemta elastīgi plastisko deformāciju zonā, sēšanās aprēķins tiek veikts tikai, pamatojoties uz grunts porainības samazināšanos slodzes ietekmē, turklāt tiek ignorēta sēšanās grunts sānu izspiešanas dēļ, ko uzskata par nenozīmīgu.
Sēšanās sablīvēšanās dēļ ir atkarīga no augsnes caurlaidības, jo tā notiek uz poru rēķina, kuras dabiskajā augsnē vienmēr vairāk vai mazāk ir piepildītas ar ūdeni. Tādēļ augsnes sēšanās slodzes ietekmē faktiski ir hidrodinamiska parādība, jo sēšanās process ir atkarīgs no ūdens izspiešanas ātruma no porām, kur augsnes caurlaidībai ir vislielākā nozīme.
Nesaistītām gruntīm, piemēram, grantij un smiltīm, ir lielas poras, tādēļ to caurlaidība ir liela, un poru ūdens zem pamatu slodzes tiek ātri izspiests. Tāpēc nesaistītā gruntī sēšanās zem pamatu slodzes noris ātri, parasti jau būvniecības laikā vai neilgi pēc tās. Tādēļ nesaistītā gruntī pamatu sēšanos reti aprēķina.
Kohēzīvām gruntīm ir smalkas poras, to caurlaidība ir maza, un ūdens izspiešana no porām pamatu slodzes iedarbībā var ilgt ļoti ilgi, dažām smalkgraudainām mālēm pat gadu desmitiem. Turklāt, tā kā kohēzīvas grunts kopējā porainība ir ievērojami lielāka nekā nekohēzīvai gruntij, kohēzīvās grunts sēšanās ir daudz lielāka.
Saistītā gruntī, kuras poras daļēji ir piepildītas ar gaisu, bet daļēji ar ūdeni, vispirms rodas nosēšanās porās esošā gaisa sablīvēšanās dēļ, kamēr ūdens saturs paliek nemainīgs, bet pēc tam - nosēšanās ūdens izspiešanas no porām dēļ. Pie statiskas grunts slodzes, ko izraisa svara un pamata lietderīgās slodzes iedarbība, rodas abi šie nosēšanās veidi, taču nosēšanās laika process ir atšķirīgs.
Pastāv arī citi iemesli, kas izraisa grunts sēšanos, piemēram, pastāvīga gruntsūdens līmeņa pazemināšanās, grunts sastāva ķīmiskās izmaiņas un citi grunts traucējumi.
Nosēšanās pētīšana sastāv no iepriekšēja nosēšanās aprēķina, ko veic, pamatojoties uz augsnes paraugu laboratorisko izpēti, un no nosēšanās novērošanas, ko veic ēkas būvniecības laikā un noteiktu laiku pēc tam.
Pamatu sēšanās aprēķins centriskas slodzes gadījumā
Aplūkosim pamatu pēdu, kas fundēta gruntī, kura sastāv no vairākiem dažādiem slāņiem, piemēram, smilts slāņa H0, attiecīgi H1 zem pēdas, mālīgas grunts slāņa ar biezumu H2, smalkgraudainas māla slāņa ar biezumu H3, zem kura ir blīvs grants slānis ar lielāku biezumu, ar gruntsūdens līmeni NPV (att. 1a).
Sēšanās aprēķinam nepieciešams uzzīmēt spriegumu diagrammu augsnes paša svara dēļ (kreisā diagramma attēlā 1b) un spriegumu diagrammu papildu slodzes no pamata iedarbības dēļ (labā diagramma attēlā 1b). Spriegumu diagrammu augsnes paša svara dēļ iegūstam no slāņu biezumiem Σ_H_ un to tilpuma svariem γ. Ja smilšu tilpuma svars ir γ1, smilšu zem ūdens γ’1, mālainas augsnes zem ūdens γ’2, māla zem ūdens γ’3, tad spiedes spriegumi augsnē no paša augsnes svara būs (att. 1)
γ1 · H’; γ’1 · H’’; γ’2 · H2; γ’3 · H3;
Spriegumu diagrammu slodzes iedarbības dēļ iegūstam, aprēķinot pēc kādas no zināmajām metodēm, piemēram, pēc Steinbrennera vai Ņūmarka, dažādiem dziļumiem zem pamatiem.
Ja ar P apzīmē pamata slodzi, ar A tā virsmas laukumu, ar kuru tā balstās uz grunti, ar γ1 grunts tilpummasu pamata iedziļinājuma dziļumā t zem zemes virsmas, tad pamata īpatnējā slodze ir P/A, bet pašsvars gruntij tajā pašā dziļumā ir γ1t. Lai iegūtu papildu grunts slodzi pamata slodzes dēļ, no pamata slodzes P/A jāatņem grunts paša svara spiediens γ1t, tā ka papildu grunts slodze ir
p0 = P/A – γ1t.
Tajā pašā dziļumā t iedarbojas arī spriegums γ1t augsnes pašsvara dēļ, tāpēc šajā dziļumā darbojas kopējais spriegums (P/A – γ1t) + γ1t, pie kam augsnes konsolidācija sprieguma γ1t ietekmē ir notikusi pirms būves celtniecības.
Att. 1. Pamatnes sēšanās aprēķins centrālās slodzes gadījumā
Tomēr, ja daļa pamata virs pamatu pēdas tiek aizbērta ar zemi (att. 1c), jāņem vērā uzbērto grunts 2_Q_ slodze, tā ka šajā gadījumā papildu slodze ir
_P+2_Q/A – γ1t.
Lentes veida pamatam ir A = b x 1,0 m uz 1 m’ pamata.
Sēšanās aprēķinu veic visiem saspiežamās grunts slāņiem līdz pamata slodzes iedarbības dziļumam. Agrāk par ēkas slodzes iedarbības robežu uzskatīja dziļumu, līdz kuram valda spriegumi ar intensitāti ≥ 10% p0. Mūsdienās pieņem, ka šī robeža ir dziļumā, kur papildu slodzes spriegums pz ir vienāds ar 20% grunts paša svara sprieguma: pz = 0,2 ·γ_Σ_H. Zem šī dziļuma sēšanos neaprēķina. Saskaņā ar citu noteikumu ieteicams sēšanās aprēķinu veikt slāņiem līdz dziļumam 2_b_ līdz 3_b_, kur b ir pamata platums. Ja apakšā atrodas grants slānis, kā att. 1a, to sēšanās aprēķinā neņem vērā, jo tā sēšanās pamata slodzes ietekmē ir niecīga un notiek būvdarbu laikā.
Dziļumā z zem pamatu pēdas pastāv spiedes spriegums pg augsnes paša svara dēļ (att. 1b), ņemot vērā arī uzspiešanas spēka ietekmi. Šim sākotnējam spiedes spriegumam pieskaita spiedienu pz, ko vienā un tajā pašā dziļumā rada būves slodze. Tāpēc kādā jebkurā punktā M dziļumā z zem pamatu pēdas darbojas kopējais spiedes spriegums pn = pg + pz.
Papildu slodzes iedarbībā grunts nosēžas un deformējas sāniski. Ja sānu deformācijas neņem vērā, jo tās ir samērā mazas, un tā kā grunts pieļaujamā slodze ir elastīgi plastisko deformāciju zonā, var pieņemt, ka nosēšanās aprēķins tiek veikts, pamatojoties uz saspiežamības izmēģinājumu edometrā ar neskartu paraugu, kas ņemts izskatāmā punkta apgabalā gruntī, ar kura palīdzību nosaka grunts saspiežamības moduli Ms.
Pamatojoties uz Huka likumu, mums ir
Δ_s_ = pz/Ms,
kur Δ_s_ ir specifiskā sēšanās uz slāņa biezuma vienību, pz ir spriegums augsnes dziļumā z papildu slodzes iedarbības rezultātā.
Ja pieņemam pietiekami mazu slāņa dz biezumu, lai varētu uzskatīt pz un Ms par konstantām, elementārā sēšanās būs
Δ_s dz_ = pz/Ms dz.
Kopējā slāņa ar biezumu H sēšanās būs
Ja pZ un MS ir konstanti slānim ar biezumu H, tad būs
s = pz/Ms · H.
Patiesībā pz un Ms nav konstanti slānim ar biezumu H1, bet tiek pieņemta to vidējā vērtība punktā M.
Augsnes saspiežamības moduli Ms laboratoriski nosaka katram slānim atsevišķi. Normāli konsolidētai augsnei moduli Ms nosaka no primārās kompresijas diagrammas, kur kopējā slodze ir σ2 = pg + pz; σ1 = pg = Σ_γt,_ papildu slodze Δ_σ_ = σ2 – σ1 = (pg + pz) – pg, bet atbilstošās relatīvās kompresijas vērtības ir Δ_h2_/h un Δ_h1_/h, un tad ir
Tomēr, ja runa ir par pārkonsolidētu mālu, tad saspiežamības modulis tiek noteikts no sekundārās kompresijas diagrammas. No piemēra attēlā 2 mums ir šādi:
Att. 2. Grunts saspiežamības moduļa noteikšana, pamatojoties uz relatīvās kompresijas diagrammu
No iepriekš teiktā izriet, ka pārkonsolidētas māla nosēšanās būs daudz mazāka nekā normāli konsolidētas grunts nosēšanās.
Pamatu stingrības ietekme uz sēšanos
Lai gan praktiski nepastāv pilnīgi elastīgi pamati, kuros viena punkta nogrimšana būtu neatkarīga no blakus punkta nogrimšanas, nogrimšanas aprēķinam izšķir elastīgus un stingrus pamatus.
Elastīgie pamati, ar ko tiek saprasti akmens uzbērumi un uzbērumi, pie vienmērīgas slodzes izraisa atšķirīgas sēšanās atsevišķos punktos. Tāpēc šo pamatu gadījumā sēšanās aprēķins netiek veikts visai noslogotajai virsmai, bet gan atsevišķiem tās punktiem: stūra punktiem A, B, C un D, malu viduspunktem E, F, H un J un taisnstūra virsmas centra punktam G (att. 3). Pie vienmērīgas slodzes punktu B, C un D sēšanās ir tāda pati kā punktam A, punkta H sēšanās ir tāda pati kā punktam E, punkta J — tāda pati kā punktam F vienāda sastāva augsnē.
Att. 3. Noslogotās virsmas atsevišķo punktu nosēšanās aprēķins
Lai aprēķinātu sēdumu zem jebkura punkta G no noslogotās virsmas, taisnstūri ABCD sadala četros mazākos taisnstūros, un sēdums G iegūstams kā sēdumu summa, ko izraisa katrs no sadalītajiem taisnstūriem.
Stingrie pamati nesēžas tāpat kā elastīgie, jo tajos nav iespējama atsevišķu punktu nosēšanās. Tāpēc stingro pamatu sēšanos aprēķina kā vienotu veselumu, pie tam atkarībā no stingrības pakāpes vidējo sēšanās vērtību nosaka citādi, jo no pamata stingrības ir atkarīgs spiediena sadalījums pamata pamatnē.
Stingriem pamatiem kvadrāta vai mazāka taisnstūra formā, kuriem a < 2_b_, aprēķina nogulsni sG viduspunktam G un pieņem vispārējo pamata sēšanos s = 3/4 sG. Stingriem pamatiem iegarena taisnstūra vai lentes formā aprēķina nogulsni gala punktam E, viduspunktam G un punktam M pusceļā starp tiem pa pamata pēdas garenasi, un pieņem vidējo vērtību.
Van Hams uzskata, ka precīzāks ir nosēšanās aprēķins „raksturīgajam punktam P“, kas no vidējām asīm atrodas attālumā
no vidējām asīm. Pēc Van Hammes teiktā, atsevišķu noteiktu pamata punktu sēšanās nav atkarīga no spriegumu sadalījuma veida pamata pamatnē. Šiem punktiem sēšanos var aprēķināt, pieņemot, ka spriegumu sadalījums pamata pamatnē ir vienmērīgs. Stingram pamata pēdam, kas noslogots ar vienmērīgu slodzi, pie kura spriegumu sadalījums pamata pamatnē ir nevienmērīgs un palielinās uz pēdas malām, tomēr pamata pēdas sēšanās ir vienāda ar raksturīgā punkta P sēšanos. Spriegumus dziļumā z zem raksturīgā punkta P taisnstūrveida virsmai ar garumu a, platumu b, kas noslogota ar vienmērīgu slodzi p0, var aprēķināt, izmantojot tabulu 1, ko izstrādājis Jelineks.
Spriegums σzP dziļumā z zem raksturīgā punkta P ir σzP = (σz/p0)·p0, kur p0 ir papildu grunts slodze.
Tab. 1. Vērtības σz/p attiecībā uz spriegumiem zem raksturīgā punkta P atkarībā no dziļuma z un platuma b attiecības un garuma a un platuma b attiecības pamata pēdai
Sēšanās aprēķins, pamatojoties uz grunts porainības koeficienta izmaiņām
Ja ar e0 apzīmē neskarta parauga, kas izņemts no grunts slāņa, porainības koeficientu, bet ar ei tā paša parauga porainības koeficientu pēc konsolidācijas edometrā pie slodzes σ1 (sl. 4a), sākotnējā grunts tilpuma samazināšanās slodzes Δ_σ iedarbībā atbilst porainības samazinājumam, respektīvi grunts porainības koeficientam
Δ_e_ = e0 – e1
Sl. 4. Sēšanās aprēķins, pamatojoties uz grunts porainības koeficienta izmaiņu
Augsnes parauga sākotnējais tilpums ir
Specifiskais sēšanās lielums Δ_s_, t. i., sēšanās uz augsnes tilpuma vienību 1+e0 ir
Δ_s_ =(e0–e1) / (1+e0)
Elementārā slāņa ar biezumu dz sēšanās pēc att. 4b
Δ_s_ dz=(e0–e1) / (1+e0) dz
Slāņa ar biezumu H sēšanās būs
Ja pieņemam, ka p ir spriegums dziļumā z no grunts paša svara, kas atbilst slodzei σ0 odometrā, Δp ir spriegums no objekta radītās papildu grunts slodzes, kas atbilst slodzes pieaugumam Δ_σ_ odometrā, p1 ir kopējais spriegums grunts paša svara un papildu slodzes iedarbībā, kas atbilst kopējai slodzei σ1 odometrā, tad iepriekšējo formulu varam uzrakstīt šādā veidā
Ja ar A apzīmējam spriegumu diagrammas laukumu no papildu augsnes slodzes, A = Δ_pH_ (ieēnotā platība att. 4b), kur Δ_p_ ir spriegums no papildu slodzes slāņa vidū
a=Δ_e_/Δ_p_, porainības koeficienta starpības attiecību pret atbilstošo spriegumu no papildu slodzes Vc = (1+e0)/a, varam uzstādīt
attiecīgi s = A/Vc [cm]
Ja augsne sastāv no vairākiem slāņiem, aprēķina sēšanās s katram slānim; atsevišķo slāņu sēšanās summas dod kopējo sēšanos Σ_s_.