Pod vplivom obtežitve se vsako tla, z izjemo trdne skale, posedajo. Posedanje na splošno nastane iz dveh vzrokov: zgoščevanja tal tj. zmanjšanja njihove prostornine zaradi iztiskanja zraka ali vode iz por ali bočnega izrivanja tal ob robovih temelja zaradi drsenja trdnih delcev tal.
Ugrezanje tal zaradi zbijanja je sestavljeno iz elastičnih in plastičnih deformacij, ki jih povzroča obremenitev temeljev, pri katerih se ob razbremenitvi tla deloma vrnejo v prvotno stanje.
Sedenje zaradi bočnega iztiskanja tal je sestavljeno samo iz plastičnih deformacij, pri katerih se ob razbremenitvi tla ne vrnejo v prvotno stanje. Najpogosteje nastanejo pri majhnih temeljih, izvedenih na majhni globini pod površino terena. Do bočnega iztiskanja tal prav tako pride pri zelo vlažnih tleh, katerih kot notranjega trenja je majhen.
Glede na to, da se dovoljena obremenitev tal obravnava v območju elastično-plastičnih deformacij, se izračun posedanja izvaja le na osnovi zmanjšanja poroznosti tal pod obremenitvijo, pri čemer se posedanja zaradi bočnega izrivanja tal, za katera se šteje, da so neznatna, zanemarijo.
Pojemanje zaradi zbijanja je odvisno od prepustnosti tal, saj poteka na račun por, ki so v naravnih tleh vedno bolj ali manj napolnjene z vodo. Zato je posedanje tal pod obremenitvijo v resnici hidrodinamičen pojav, ker proces posedanja zavisi od hitrosti iztiskanja vode iz por, pri čemer ima prepustnost tal najpomembnejšo vlogo.
Nekohézne pôdy, ako sú štrk a piesok, majú veľké póry, preto je ich priepustnosť veľká a voda z pórov sa pri zaťažení základom rýchlo vytláča. Preto sa pri nekohéznej pôde sadanie pod zaťažením základov vykoná rýchlo, najčastejšie ešte počas výstavby alebo krátko po nej. Z tohto dôvodu sa sadanie základov v nekohéznej pôde zriedka vypočítava.
Koherentna tla imajo drobne pore, njihova prepustnost je majhna in iztiskanje vode iz por pod delovanjem obremenitve temeljev lahko traja zelo dolgo, pri nekaterih drobnozrnatih glinah tudi desetletja. Poleg tega je zaradi tega, ker je skupna poroznost koherentnih tal bistveno večja kot pri nekoherentnih, posedanje koherentnih tal mnogo večje.
Pri koherentnih tleh, katerih pore so deloma zapolnjene z zrakom in deloma z vodo, najprej nastane posedanje zaradi stiskanja zraka v porah, medtem ko vsebnost vode ostaja stalna, nato pa posedanje zaradi iztiskanja vode iz por. Pri statični obremenitvi tal zaradi delovanja teže in koristne obremenitve temelja nastopita obe vrsti posedanja, vendar je časovni potek posedanja različen.
Obstajajo tudi drugi vzroki, ki povzročajo posedanje tal, kot so trajno zniževanje nivoja podzemne vode, kemične spremembe sestave tal in druge motnje v tleh.
Proučevanje posedanja je sestavljeno iz predhodnega izračuna posedanja, ki se izdela na podlagi laboratorijskega preskušanja vzorcev tal, in opazovanja posedanja, ki se izvaja med gradnjo objekta in določen čas po njej.
Izračun posedanja pri centrični obremenitvi temelja
Opazujmo temeljno stopo, temelječo v tleh, ki so sestavljena iz več različnih plasti, na primer plasti peska H0, oziroma H1 pod stopo, plasti glinastih tal debeline H2, plasti drobnozrnate gline debeline H3, pod katero je zbit prod večje debeline plasti, z nivojem podzemne vode NPV (sl. 1a).
Za izračun posedanja je treba nanesti diagram napetosti zaradi lastne teže tal (levi diagram na sl. 1b) in diagram napetosti zaradi učinka dodatne obtežbe od temelja (desni diagram na sl. 1b). Diagram napetosti zaradi lastne teže tal dobimo iz debeline plasti Σ_H_ in njihovih prostorninskih tež γ. Če je prostorninska teža peska γ1, peska pod vodo γ’1, glinastih tal pod vodo γ’2, gline pod vodo γ’3, bodo tlačne napetosti v tleh zaradi lastne teže tal (sl. 1)
γ1 · H’; γ’1 · H’’; γ’2 · H2; γ’3 · H3;
Diagram napetosti zaradi delovanja obremenitve dobimo z izračunom po eni od znanih metod, na primer po Steinbrennerju ali Newmarku, za različne globine pod temeljem.
Če označimo z P obremenitev temelja, z A njegovo površino, s katero nalega na tla, in z γ1 prostorninsko težo tal na globini temeljenja t pod površino terena, je specifična obremenitev temelja P/A, medtem ko je lastna teža tal na isti globini γ1t. Da bi dobili dodatno obremenitev tal zaradi obremenitve temelja, je treba od obremenitve temelja P/A odšteti tlak lastne teže tal γ1t, tako da dodatna obremenitev tal znaša
p0 = P/A – γ1t.
Na isti globini t deluje tudi napetost γ1t zaradi lastne teže tal, tako da na tej globini deluje skupna napetost (P/A – γ1t) + γ1t, pri čemer je konsolidacija tal pod napetostjo γ1t izvedena pred gradnjo objekta.
Sl. 1. Výpočet sadania pri centrálnom zaťažení základov
Vendar pa, če se en del temelja nad temeljnim podplatom zasipa z zemljo (sl. 1c), je treba upoštevati obtežbo nasutega tal 2_Q_, tako da v tem primeru dodatna obtežba znaša
_P+2_Q/A – γ1t.
Za temelj v obliki traku je A = b x 1,0 m na 1 m’ temelja.
Izračun posedanja se opravi za vse plasti stisljivega tal do globine vpliva obtežbe temelja. Prej se je kot meja vpliva obtežbe objekta štela globina, do katere vladajo napetosti intenzitete ≥ 10% p0. Danes se sprejema, da je ta meja na globini, kjer je napetost zaradi dodatne obtežbe pz enaka 20% napetosti zaradi lastne teže tal: pz = 0,2 ·γ_Σ_H. Pod to globino se posedanje ne računa. Po enem drugem pravilu se priporoča izračun posedanja za plasti do globine 2_b_ do 3_b_, pri čemer je b širina temelja. Če se na dnu nahaja prodna plast, kot na sl. 1a, se ta ne upošteva pri izračunu posedanja, ker je njeno posedanje pod obtežbo temelja zanemarljivo in se opravi med gradnjo.
Na globini z pod temeljnim čevljem nastaja tlačni napetostni stan pg zaradi lastne teže tal (sl. 1b), pri čemer je upoštevan tudi vpliv vzgona. Temu začetnemu tlačnemu napetostnemu stanju se prišteje tlak pz zaradi delovanja obtežbe objekta na isti globini. Zato v kateri koli točki M na globini z pod temeljnim čevljem vlada skupna tlačna napetost pn = pg + pz.
Pod vplyvom dodatočného zaťaženia sa pôda sadá a bočne deformuje. Ak sa bočné deformácie zanedbajú, pretože sú pomerne malé, keďže dovolené zaťaženie pôdy je v oblasti elastoplastických deformácií, možno prijať, že výpočet sadania sa vykoná na základe skúšky stlačiteľnosti v edometri s neporušenou vzorkou odobratou v oblasti sledovaného bodu v pôde, pomocou ktorej sa určuje modul stlačiteľnosti pôdy Ms.
Na podlagi Hookovega zakona dobimo
Δ_s_ = pz/Ms,
kjer je Δ_s_ specifično posedanje na enoto debeline sloja, pz napetost v globini tal z zaradi dodatne obtežbe.
Če predpostavimo dovolj majhno debelino sloja dz, da lahko pz in Ms vzamemo za konstanti, bo elementarno posedanje
Δ_s dz_ = pz/Ms dz.
Skupno posedanje plasti debeline H bo
Ak sú pZ a MS konštantné pre vrstvu hrúbky H, bude
s = pz/Ms · H.
Vlastne pz a Ms nie sú konštantné pre vrstvu hrúbky H1, ale prijíma sa ich stredná hodnota v bode M.
Modul stisljivosti tal Ms se določa laboratorijsko za vsak sloj posebej. Za normalno konsolidirana tla se modul Ms določi iz diagrama primarne kompresije, kjer je skupna obremenitev σ2 = pg + pz; σ1 = pg = Σ_γt,_ dodatna obremenitev Δ_σ_ = σ2 – σ1 = (pg + pz) – pg, ustrezne vrednosti relativne kompresije pa so Δ_h2_/h in Δ_h1_/h, zato je
Če pa gre za prekonzolidirano glino, se modul stisljivosti določi iz diagrama sekundarne kompresije. Iz primera na sl. 2 imamo za:
Sl. 2. Odločanje modula stisljivosti tal na osnovi diagrama relativne kompresije
Iz navedenega izhaja, da bo posedanje prekonsolidirane gline mnogo manjše od posedanja normalno konsolidirane zemlje.
Vpliv togosti temelja na posedanje
Čeprav v praksi ne obstajajo popolnoma elastični temelji, pri katerih bi bilo posedanje ene točke neodvisno od posedanja sosednje točke, se za izračun posedanja razlikujejo elastični in tog temelji.
Elastické základy, pod ktorými sa rozumejú kamenné násypy a náspy, pri rovnomernom zaťažení spôsobujú v jednotlivých bodoch rozdielne sadania. Preto sa pri týchto základoch výpočet sadania nevykonáva pre celú zaťaženú plochu, ale pre jednotlivé jej body: rohové body A, B, C a D, stredové body strán E, F, H a J a stredový bod G obdĺžnikovej plochy (obr. 3). Pri rovnomernom zaťažení je sadanie bodov B, C a D rovnaké ako bodu A, sadanie bodu H je rovnaké ako bodu E, bodu J rovnaké ako bodu F pre pôdu rovnakého zloženia.
Sl. 3. Izračun posedka posameznih točk obremenjene površine
Za izračun posedanja pod neko točko G obremenjene površine razdelimo pravokotnik ABCD na štiri manjše pravokotnike, posedanje G pa dobimo kot vsoto posedanj, ki jih povzroči vsak od razdeljenih pravokotnikov.
Togi temelji se ne posedajo enako kot elastični, ker pri njih posedanje posameznih točk ni mogoče. Zato se posedanje togih temeljev obravnava kot celota, pri čemer se glede na stopnjo togosti srednja vrednost posedanja izračuna na drugačen način, saj je od togosti temelja odvisna porazdelitev tlaka na temeljni ploskvi.
Pre tuhé základy tvaru štvorca alebo menšieho obdĺžnika, pri ktorých je a < 2_b_, sa vypočíta sadanie sG stredu G a prijme sa celkové sadanie základu s = 3/4 sG. Pre tuhé základy tvaru predĺženého obdĺžnika alebo pásu sa vypočíta sadanie koncového bodu E, stredného bodu G a bodu M v polovici vzdialenosti medzi nimi, pozdĺž dlhšej osi základovej pätky, a prijme sa priemerná hodnota.
Van Hamme meni, da je natančnejši izračun posedka »značilne točke P«, ki je od sredinskih osi oddaljena za
od stredných osí. Podľa Van Hammeho je sadanie niektorých určitých bodov základu nezávislé od spôsobu rozdelenia napätia v základovej škáre. Pre tieto body možno sadanie vypočítať za predpokladu, že rozdelenie napätia v základovej škáre je rovnomerné. Pre tuhú základovú pätku zaťaženú rovnomerným zaťažením, pri ktorej je rozdelenie napätia v základovej škáre nerovnomerné a rastie smerom k okrajom pätky, je napriek tomu sadanie základovej pätky rovné sadaniu charakteristického bodu P. Napätia v hĺbke z pod charakteristickým bodom P obdĺžnikovej plochy dĺžky a, šírky b, zaťaženej rovnomerným zaťažením p0, možno vypočítať pomocou tabuľky 1, ktorú vypracoval Jelinek.
Napetost σzP na globini z pod značilno točko P je σzP = (σz/p0)·p0, kjer je p0 dodatna obtežitev tal.
Tab. 1. Vrednosti σz/p za napetosti pod značilno točko P v odvisnosti od razmerja globine z proti širini b in od razmerja dolžine a proti širini b temeljne stopke
Izračun posedanja na osnovi spremembe koeficienta poroznosti tal
Če označimo z e0 koeficient poroznosti neporušenega vzorca, vzetega iz sloja tal, z ei koeficient poroznosti istega vzorca po končani konsolidaciji v edometru pod obremenitvijo σ1 (sl. 4a), zmanjšanje začetne prostornine tal pod vplivom obremenitve Δ_σ_ ustreza zmanjšanju poroznosti oziroma koeficientu poroznosti tal
Δ_e_ = e0 – e1
Sl. 4. Izračun posedanja na osnovi spremembe koeficienta poroznosti tal
Začetna prostornina vzorca tal je
Specifično posedanje Δ_s_, tj. posedanje na enoto volumna tal 1+e0 je
Δ_s_ =(e0–e1) / (1+e0)
Posedanje osnovnega sloja debeline dz je po sl. 4b
Δ_s_ dz=(e0–e1) / (1+e0) dz
Sedenje sloja debeline H bo
Če označimo s p napetost na globini z zaradi lastne teže tal, ki ustreza obremenitvi σ0 v edometru, Δp napetost zaradi dodatne obremenitve tal zaradi objekta, ki ustreza prirastku obremenitve Δ_σ_ v edometru, p1 pa skupno napetost pod vplivom lastne teže tal in dodatne obremenitve, ki ustreza skupni obremenitvi σ1 v edometru, lahko predhodno obliko zapišemo v obliki
Če označimo z A površino diagrama napetosti zaradi dodatne obtežbe tal, A = Δ_pH_ (šrafirana površina na sl. 4b), kjer je Δ_p_ napetost zaradi dodatne obtežbe v sredini sloja
a=Δ_e_/Δ_p_, razmerje razlike koeficienta poroznosti glede na ustrezno napetost zaradi dopolnilne obtežbe Vc = (1+e0)/a, lahko zapišemo
oziroma s = A/Vc [cm]
Če je tla sestavljena iz več plasti, se za vsako plast izračunajo posedki s; vsota posedkov posameznih plasti daje skupni posedek Σ_s_.