Под дејство на оптоварување секое тло, со исклучок на цврста карпа, слегува. Слегувањето воопшто настанува од два причини: збиеност на тлото т.е. намалување на неговиот волумен поради истиснување на воздухот или водата од неговите пори и странично истиснување на тлото покрај рабовите на темелот поради лизгање на цврстите честички на тлото.
Слегнување на почвата поради збиеност се состои од еластични и пластични деформации, предизвикани од оптоварувањето на темелите, при што при растоварување почвата делумно се враќа во првобитната состојба.
Слегнување поради странично истиснување на тлото се состои само од пластични деформации, при кои при растоварување тлото не се враќа во првобитната состојба. Тие настануваат најчесто кај мали темели изработени на мала длабочина под површината на теренот. Исто така до странично истиснување на тлото доаѓа кај многу влажно тло и кога неговиот агол на внатрешно триење е мал.
Со оглед на тоа што дозволеното оптоварување на почвата се зема во зоната на еластично-пластични деформации, пресметката на слегнувањето се врши само врз основа на намалувањето на порозноста на почвата под оптоварување, при што се занемаруваат слегнувањата поради странично истиснување на почвата, кои се усвојуваат како незначителни.
Слегнувањето поради збиеност зависи од пропустливоста на тлото, бидејќи тоа се врши на сметка на порите, кои во природното тло секогаш се повеќе или помалку исполнети со вода. Според тоа, слегнувањето на тлото под оптоварување е всушност хидродинамичка појава, бидејќи процесот на слегнување зависи од брзината на истиснување на водата од порите, при што пропустливоста на тлото ја има најголемата улога.
Некохерентните почви како чакалот и песокот имаат големи пори, поради што нивната пропустливост е голема и водата од порите под оптоварување на темелот брзо се истиснува. Затоа кај некохерентната почва слегнувањето под оптоварување на темелот се одвива брзо, најчесто уште за време на градењето или кратко време потоа. Поради тоа ретко се пресметува слегнувањето на темелите во некохерентна почва.
Кохерентните почви имаат ситни пори, нивната пропустливост е мала и истиснувањето на водата од порите под дејство на оптоварувањето на темелите може да трае многу долго, кај некои ситнозрнести глини и со децении. Освен тоа, бидејќи вкупната порозност на кохерентната почва е значително поголема отколку кај некохерентната, слегнувањето на кохерентната почва е многу поголемо.
Кај кохерентната почва, чии пори се делумно исполнети со воздух а делумно со вода, најнапред настанува слегнување поради збиеноста на воздухот во порите, додека содржината на вода останува константна, а потоа слегнување поради истиснување на водата од порите. При статичко оптоварување на почвата поради дејството на тежината и корисното оптоварување на темелот настануваат и двата вида слегнување, но временскиот процес на слегнување е различен.
Постојат и други причини што предизвикуваат слегнување на почвата, како што се трајно спуштање на нивото на подземната вода, хемиски промени во составот на почвата и други нарушувања во почвата.
Проучувањето на слегнувањето се состои од претходна пресметка на слегнувањето, што се врши врз основа на лабораториско испитување на примероци од почва и набљудување на слегнувањето, кое се врши за време на градењето на објектот и определено време по тоа.
Пресметка на слегнувањето кај централно оптоварување на темелот
Да разгледаме темелна стопа фундирана во почва што се состои од повеќе различни слоеви, на пример слој песок H0, односно H1 под стопата, слој глинеста почва со дебелина H2, слој ситнозрнеста глина со дебелина H3, под кој има збиен чакал со поголема дебелина на слојот, со ниво на подземна вода NPV (сл. 1a).
За пресметка на слегнувањето потребно е да се нанесе дијаграмот на напоните поради сопствената тежина на почвата (лев дијаграм на сл. 1b) и дијаграмот на напоните поради дејството на дополнителното оптоварување од темелот (десен дијаграм на сл. 1b). Дијаграмот на напоните поради сопствената тежина на почвата го добиваме од дебелината на слоевите Σ_H_ и нивните волуменски тежини γ. Ако волуменската тежина на песокот е γ1, на песокот под вода γ’1, на глинестото тло под вода γ’2, на глината под вода γ’3, напоните на притисок во тлото од сопствената тежина на почвата ќе бидат (сл. 1)
γ1 · H’; γ’1 · H’’; γ’2 · H2; γ’3 · H3;
Дијаграмот на напрегања под дејство на оптоварувањето го добиваме со пресметка по некоја од познатите методи, на пример по Steinbrenner или Newmark, за различни длабочини под темелот.
Ако го означиме со P оптоварувањето на темелот, A неговата површина со која лежи на тлото, γ1 запреминската тежина на тлото на длабочина на фундирање t под површината на теренот, специфичното оптоварување на темелот е P/A, додека сопствената тежина на тлото на истата длабочина е γ1t. За да се добие дополнителното оптоварување на тлото поради оптоварувањето на темелот, треба да се одземе притисокот од сопствената тежина на тлото γ1t од оптоварувањето на темелот P/A, така што дополнителното оптоварување на тлото изнесува
p0 = P/A – γ1t.
На истата длабочина t дејствува и напонот γ1t поради сопствената тежина на тлото, така што на оваа длабочина дејствува вкупен напон (P/A – γ1t) + γ1t, при што консолидацијата на тлото под напонот γ1t е извршена пред изградбата на објектот.
Сл. 1. Пресметка на слегнувањето при централно оптоварување на темелот
Меѓутоа, ако еден дел од темелот над темелното подножје се затрупува со земја (сл. 1c), треба да се земе предвид оптоварувањето на насипната почва 2_Q_, така што во тој случај дополнителното оптоварување изнесува
_P+2_Q/A – γ1t.
За темел со форма на лента е A = b x 1,0 m на 1 m’ темел.
Пресметката на слегнување се врши за сите слоеви на стисливо тло до длабочината на дејство на оптоварувањето на темелот. Порано се сметаше за граница на дејството на оптоварувањето на објектот длабочината до која владеат напрегања со интензитет ≥ 10% p0. Денес се усвојува дека оваа граница е на длабочината каде што напрегањето од дополнителното оптоварување pz е еднакво на 20% напрегањето од сопствената тежина на тлото: pz = 0,2 ·γ_Σ_H. Под оваа длабочина слегнување не се пресметува. Според едно друго правило се препорачува пресметка на слегнување за слоеви до длабочина 2_b_ до 3_b_, при што b е ширината на темелот. Ако на дното се наоѓа чакалест слој како на сл. 1a, тој не се зема предвид при пресметката на слегнувањето, бидејќи неговото слегнување под оптоварување од темелот е незначително и се одвива за време на градењето.
На длабочина z под темелната стопа постои напон на притисок pg поради сопствената тежина на почвата (сл. 1b), при што е земено предвид и влијанието на потисокот. На овој почетен напон на притисок му се додава притисокот pz поради дејството на оптоварувањето на објектот на истата длабочина. Според тоа, во некоја, која било точка M на длабочина z под темелната стопа владее вкупен напон на притисок pn = pg + pz.
Под дејство на дополнителното оптоварување, почвата се слегнува и странично се деформира. Ако страничните деформации се занемарат, бидејќи се релативно мали, затоа што дозволеното оптоварување на почвата е во зоната на еластично-пластични деформации, може да се усвои дека пресметката на слегнувањето се врши врз основа на опитот на стисливост во едометар, со нераспречен примерок изваден во областа на набљудуваната точка во почвата, со чиј опит се одредува модулот на стисливост на почвата Ms.
Врз основа на Хуковиот закон имаме
Δ_s_ = pz/Ms,
каде што Δ_s_ е специфично слегнување, по единица дебелина на слојот, pz напон во длабочината на почвата z поради дополнителното оптоварување.
Ако претпоставиме доволно мала дебелина на слојот dz, за да може да се усвојат pz и Ms како константни, елементарното слегнување ќе биде
Δ_s dz_ = pz/Ms dz.
Вкупното слегнување на слој со дебелина H ќе биде
Ако pZ и MS се константни за слој со дебелина H, ќе биде
s = pz/Ms · H.
Всушност pz и Ms не се константни за слој со дебелина H1, туку се усвојува нивната средна вредност во точката M.
Модулот на стисливост на тлото Ms се одредува лабораториски за секој слој одделно. За нормално консолирано тло, модулот Ms се одредува од дијаграмот на примарна компресија, каде вкупното оптоварување σ2 = pg + pz; σ1 = pg = Σ_γt,_ дополнителното оптоварување Δ_σ_ = σ2 – σ1 = (pg + pz) – pg, а соодветните вредности на релативната компресија се Δ_h2_/h и Δ_h1_/h, па затоа е
Меѓутоа, ако е во прашање преконсолидирана глина, тогаш модулот на стисливост се одредува од дијаграмот на секундарна компресија. Од примерот на сл. 2 имаме за:
Сл. 2. Определување на модулот на стисливост на почвата врз основа на дијаграмот на релативна компресија
Од претходното произлегува дека слегувањето на преконсолидирана глина ќе биде многу помало од слегувањето на нормално консолидирана почва.
Влијание на крутоста на темелот врз слегнувањето
Иако практично не постојат потполно еластични темели, кај кои слегнувањето на една точка би било независно од слегнувањето на соседната точка, за пресметка на слегнувањето се разликуваат еластични и крути темели.
Еластични темели, под кои се подразбираат камени насипи и насипи, при рамномерно оптоварување предизвикуваат во поединечни точки различни слегнувања. Затоа кај овие темели пресметката на слегнувањето не се врши за целата оптоварена површина, туку за поединечни нејзини точки: аголните точки A, B, C и D, средните точки на страните E, F, H и J и средишната точка G на површината на правоаголникот (сл. 3). При рамномерно оптоварување слегнувањето на точките B, C и D е исто како и на точ. A, слегнувањето на точката H е исто како и на точката E, а точ. J исто како точ. F за тло со ист состав.
Sl. 3. Proračun na slegnuvaweto na oddelni točki na opterećena površina
За пресметување на слегнувањето под некоја точка G на оптоварена површина, правоаголникот ABCD се дели на четири помали правоаголници и слегнувањето G се добива како збир на слегнувањата што ги предизвикува секој од поделените правоаголници.
Крутите темели не слегнуваат на ист начин како еластичните, бидејќи кај нив не е можно слегнување на поединечни точки. Затоа слегнувањето на крутите темели се пресметува како целина, при што според степенот на крутост средната вредност на слегнувањето се пресметува на различен начин, бидејќи од крутоста на темелот зависи распределбата на притисокот на темелното дно.
За крути темели со облик на квадрат или помал правоаголник, кај кои a < 2_b_, се пресметува слегнувањето sG на средната точка G и се усвојува општото слегнување на темелот s = 3/4 sG. За крути темели со облик на издолжен правоаголник или лента се пресметува слегнувањето на крајната точка E, средната точка G и точката M на половина од растојанието меѓу нив, по подолгата оска на темелната подлога, па се усвојува средната вредност.
Van Hamme smeta deka poprecizna e presmetkata na slegnuvanje na „karakterističnata točka P“, koja od srednite oski se naođa na rastojanie
од средните оски. Според Ван Хаме, слегнувањето на извесни одредени точки на темелот е независно од начинот на распределба на напрегањата во темелното дно. За овие точки слегнувањето може да се пресмета под претпоставка дека распределбата на напрегањата во темелното дно е рамномерна. За крута темелна подлога, оптоварена со рамномерно оптоварување, кај која распределбата на напрегањата во темелното дно е нерамномерна и расте кон рабовите на подлогата, сепак слегнувањето на темелната подлога е еднакво на слегнувањето на карактеристичната точка P. Напрегањата на длабочина z под карактеристичната точка P на правоаголна површина со должина a, ширина b, оптоварена со рамномерно оптоварување p0 можат да се пресметаат со помош на табелата 1 што ја изработи Јелинек.
Напрегањето σzP на длабочина z под карактеристичната точка P е σzP = (σz/p0)·p0, каде што p0 е дополнителното оптоварување на почвата.
Табл. 1. Вредности σz/p за напрегања под карактеристичната точка P во зависност од односот на длабочината z кон ширината b и од односот на должината a кон ширината b на темелната стопа
Пресметка на слегнувањето врз основа на промената на коефициентот на порозност на почвата
Ако со e0 го означиме коефициентот на порозност на ненарушениот примерок изваден од слојот почва, а со ei коефициентот на порозност на истиот примерок по завршената консолидација во едометар под оптоварување σ1 (сл. 4a), намалувањето на почетниот волумен на почвата под дејство на оптоварувањето Δ_σ_ одговара на намалувањето на порозноста, односно на коефициентот на порозност на почвата
Δ_e_ = e0 – e1
Sl. 4. Пресметка на слегнување врз основа на промена на коефициентот на порозност на тлото
Почетниот волумен на примерокот од почва е
Специфично слегнување Δ_s_, односно слегнување по единица волумен на тлото 1+e0 е
Δ_s_ =(e0–e1) / (1+e0)
Слегувањето на елементарниот слој со дебелина dz е според сл. 4b
Δ_s_ dz=(e0–e1) / (1+e0) dz
Слегнувањето на слој со дебелина H ќе биде
Ако прифатиме дека p е напрегањето на длабочина z од сопствената тежина на почвата, што одговара на оптоварувањето σ0 во едометарот, Δp напрегањето од дополнителното оптоварување на почвата поради објектот, што одговара на прирастот на оптоварувањето Δ_σ_ во едометарот, p1 вкупното напрегање под дејство на сопствената тежина на почвата и дополнителното оптоварување што одговара на вкупното оптоварување σ1 во едометарот, предната формула можеме да ја напишеме во облик
Ако ја означиме со A површината на дијаграмот на напрегање од дополнителното оптоварување на почвата, A = Δ_pH_ (шрафираната површина на сл. 4b), каде што Δ_p_ е напрегањето од дополнителното оптоварување во средината на слојот
a=Δ_e_/Δ_p_, односот на разликата на коефициентот на порозност спрема соодветниот напон од дополнителното оптоварување Vc = (1+e0)/a, можеме да ставиме
односно s = A/Vc [cm]
Ако почвата се состои од повеќе слоеви, се пресметуваат слегнувањата s за секој слој; збирот на слегнувањата на поединечните слоеви го дава вкупното слегнување Σ_s_.