Chini ya athari ya mzigo, kila udongo, isipokuwa mwamba imara, hukaa. Kushuka kwa ujumla hutokana na sababu mbili: kubanwa kwa udongo yaani kupungua kwa ujazo wake kutokana na kutolewa kwa hewa au maji kutoka kwenye vinyweleo vyake na kusukumwa kwa udongo pembeni kando ya kingo za msingi kutokana na kuteleza kwa chembe dhabiti za udongo.
Kushuka kwa udongo kutokana na kukandamizwa kunajumuisha mabadiliko ya elastic na plastiki, yanayosababishwa na mzigo wa msingi, ambapo wakati wa kupunguzwa kwa mzigo udongo hurudia sehemu ya hali yake ya awali.
Kushuka kutokana na kusukumwa kando kwa udongo kunajumuisha tu mabadiliko ya plastiki, ambapo wakati wa kupunguzwa mzigo udongo haurudi katika hali yake ya awali. Haya hutokea mara nyingi kwa misingi midogo iliyojengwa katika kina kidogo chini ya uso wa ardhi. Vilevile kusukumwa kando kwa udongo hutokea kwa udongo wenye unyevu mwingi na ambao pembe yake ya msuguano wa ndani ni ndogo.
Kwa kuzingatia kwamba mzigo unaoruhusiwa wa udongo huchukuliwa katika eneo la deformesheni za elastiki-plastiki, hesabu ya kushuka hufanywa tu kwa msingi wa kupungua kwa porositi ya udongo chini ya mzigo, huku kushuka kutokana na kusukumwa kwa upande kwa udongo kikipuuzwa, ambacho huchukuliwa kuwa ni kidogo sana.
Kushuka kutokana na kufinyangwa kunategemea upitishaji wa udongo, kwa kuwa hutokea kwa kutumia nafasi za vinyweleo, ambazo katika udongo wa kawaida huwa zimejaa maji zaidi au kidogo. Hivyo basi, kushuka kwa udongo chini ya mzigo kwa hakika ni jambo la kihidrodinamiki, kwa sababu mchakato wa kushuka hutegemea kasi ya kufukuzwa kwa maji kutoka kwenye vinyweleo, ambako upitishaji wa udongo una nafasi kubwa zaidi.
Udongo usio mshikamano kama kokoto na mchanga una matundu makubwa, kwa sababu hiyo upenyezaji wake ni mkubwa na maji yaliyopo kwenye matundu chini ya mzigo wa msingi hutolewa kwa haraka. Hivyo, katika udongo usio mshikamano, kushuka kwa msingi chini ya mzigo wake hutokea haraka, mara nyingi wakati wa ujenzi au muda mfupi baadaye. Kwa sababu hiyo, kushuka kwa msingi katika udongo usio mshikamano huhesabiwa mara chache.
Udongo wa mshikamano una matundu madogo, upitishaji wake ni mdogo na kusukumwa kwa maji kutoka kwenye matundu kutokana na mzigo wa msingi kunaweza kudumu muda mrefu sana, kwa baadhi ya udongo wa mfinyanzi wenye chembe ndogo hata kwa miongo kadhaa. Zaidi ya hayo, kwa kuwa porosity ya jumla ya udongo wa mshikamano ni kubwa zaidi kuliko ya udongo usio na mshikamano, kushuka kwa udongo wa mshikamano ni kubwa zaidi.
Kwa udongo shirikishi, ambao matundu yake yamejaa kwa sehemu hewa na kwa sehemu maji, kwanza hutokea kupungua kutokana na kubana kwa hewa ndani ya matundu, huku kiasi cha maji kikiendelea kuwa thabiti, kisha hupungua kutokana na kusukumwa kwa maji kutoka kwenye matundu. Katika upakiaji tuli wa udongo kutokana na athari ya uzito na mzigo wa matumizi wa msingi, aina zote mbili za kupungua hutokea, lakini mchakato wa muda wa kupungua hutofautiana.
Pia zipo sababu nyingine zinazosababisha kushuka kwa udongo, kama vile kushuka kwa kudumu kwa kiwango cha maji ya chini ya ardhi, mabadiliko ya kikemikali ya muundo wa udongo na usumbufu mwingine katika udongo.
Uchunguzi wa kutua kwa jengo hujumuisha ukokotoaji wa awali wa kutua, unaofanywa kwa msingi wa uchunguzi wa maabara wa sampuli za udongo na ufuatiliaji wa kutua, unaofanywa wakati wa ujenzi wa jengo na kwa muda fulani baada ya hapo.
Uhesabuji wa kushuka kwa mzigo wa kati kwenye msingi
Tuchunguze msingi wa pekee ulioanzishwa katika udongo unaojumuisha tabaka kadhaa tofauti, kwa mfano tabaka la mchanga H0, yaani H1 chini ya msingi, tabaka la udongo wa mfinyanzi lenye unene H2, tabaka la udongo wa tifutifu laini lenye unene H3, chini yake kuna changarawe iliyoshikana yenye unene mkubwa wa tabaka, pamoja na kiwango cha maji ya chini ya ardhi NPV (mch. 1a).
Kwa hesabu ya makazi ni lazima kuchora mchoro wa mikazo kutokana na uzito wa udongo wenyewe (mchoro wa kushoto kwenye mch. 1b) na mchoro wa mikazo kutokana na athari ya mzigo wa ziada kutoka kwa msingi (mchoro wa kulia kwenye mch. 1b). Mchoro wa mikazo kutokana na uzito wa udongo wenyewe hupatikana kutokana na unene wa tabaka Σ_H_ na uzito wao wa ujazo γ. Ikiwa uzito wa ujazo wa mchanga ni γ1, mchanga chini ya maji γ’1, udongo wa mfinyanzi chini ya maji γ’2, mfinyanzi chini ya maji γ’3, mikazo ya shinikizo kwenye udongo kutokana na uzito wa udongo wenyewe itakuwa (mch. 1)
γ1 · H’; γ’1 · H’’; γ’2 · H2; γ’3 · H3;
Mchoro wa mikazo kutokana na athari ya mzigo hupatikana kwa hesabu kwa kutumia mojawapo ya mbinu zinazojulikana, kwa mfano za Steinbrenner au Newmark, kwa kina mbalimbali chini ya msingi.
Ikiwa P ni mzigo wa msingi, A ni eneo lake la kuwasiliana na ardhi, na γ1 ni uzito wa ujazo wa udongo kwenye kina cha msingi t chini ya uso wa ardhi, mzigo mahususi wa msingi ni P/A ilhali uzito wa udongo wenyewe kwenye kina hicho ni γ1t. Ili kupata mzigo wa ziada wa udongo kutokana na mzigo wa msingi, shinikizo la uzito wa udongo wenyewe γ1t linapaswa kutolewa kwenye mzigo wa msingi P/A, hivyo mzigo wa ziada wa udongo ni
p0 = P/A – γ1t.
Katika kina hichohicho t pia hufanya mkazo γ1t kutokana na uzito wake wenyewe wa udongo, hivyo katika kina hiki hufanya mkazo wa jumla (P/A – γ1t) + γ1t, ambapo kuungana kwa udongo chini ya mkazo γ1t kulikamilishwa kabla ya ujenzi wa jengo.
Mchoro 1. Hesabu ya mseto wa kushuka kwa msingi chini ya upakiaji wa kati
Hata hivyo, ikiwa sehemu ya msingi iliyo juu ya kiatu cha msingi inafukiwa na udongo (mch. 1c), mzigo wa udongo uliolundikwa 2_Q_ lazima uzingatiwe, ili katika hali hiyo mzigo wa ziada uwe
_P+2_Q/A – γ1t.
Kwa msingi wa umbo la ukanda A = b x 1,0 m kwenye 1 m’ ya msingi.
Hesabu ya kusinyaa hufanywa kwa tabaka zote za udongo unaobana hadi kina cha ushawishi wa mzigo wa msingi. Hapo awali, mpaka wa ushawishi wa mzigo wa jengo ulionwa kuwa kina ambacho mikazo ya kiwango ≥ 10% p0 hutawala. Leo, inakubalika kwamba mpaka huu uko katika kina ambacho mkazo kutoka kwa mzigo wa ziada pz ni sawa na 20% ya mkazo wa uzito wa udongo wenyewe: pz = 0,2 ·γ_Σ_H. Chini ya kina hiki kusinyaa hakuhesabiwi. Kwa mujibu wa kanuni nyingine, inapendekezwa kuhesabu kusinyaa kwa tabaka hadi kina cha 2_b_ hadi 3_b_, ambapo b ni upana wa msingi. Ikiwa mwisho kuna tabaka la changarawe kama kwenye mchoro 1a, halizingatiwi katika hesabu ya kusinyaa, kwa kuwa kusinyaa kwake chini ya mzigo wa msingi ni kidogo sana na hutokea wakati wa ujenzi.
Katika kina z chini ya msingi wa chini kuna mkazo wa shinikizo pg kutokana na uzito wenyewe wa udongo (kielelezo 1b), ambapo pia athari ya nguvu ya kuinua maji imezingatiwa. Kwenye mkazo huu wa awali wa shinikizo huongezwa shinikizo pz kutokana na athari ya mzigo wa jengo katika kina hicho hicho. Kwa hiyo, katika nukta yoyote M katika kina z chini ya msingi wa chini hutawala mkazo wa jumla wa shinikizo pn = pg + pz.
Chini ya athari ya mzigo wa ziada, udongo hukaa na kupata mgeuko wa pembeni. Iwapo mgeuko wa pembeni utapuuzwa, kwa kuwa ni mdogo kwa uwiano, kwa kuwa mzigo unaoruhusiwa wa udongo uko katika eneo la mgeuko wa elastoplastiki, inaweza kukubaliwa kwamba hesabu ya kukaa hufanywa kwa msingi wa jaribio la msongamano katika edometa, kwa sampuli isiyochanganyikiwa iliyochukuliwa katika eneo la nukta inayochunguzwa kwenye udongo, kwa kupitia jaribio hilo huzingatiwa moduli ya msongamano wa udongo Ms.
Kwa msingi wa sheria ya Hooke tunapata
Δ_s_ = pz/Ms,
ambapo Δ_s_ ni mshukumo mahususi wa kukaa, kwa kila kitengo cha unene wa tabaka, pz ni mkazo katika kina cha udongo z kutokana na mzigo wa ziada.
Tukidhania unene wa kutosha mdogo wa tabaka dz, ili pz na Ms ziweze kuchukuliwa kama thabiti, kukaa kwa msingi kwa kipengele kutakuwa
Δ_s dz_ = pz/Ms dz.
Kusinyaa kwa jumla kwa tabaka lenye unene H kutakuwa
Ikiwa pZ na MS ni thabiti kwa safu yenye unene H, itakuwa
s = pz/Ms · H.
Kwa kweli pz na Ms si za kudumu kwa tabaka lenye unene H1, bali thamani yao ya wastani hukubaliwa katika sehemu M.
Moduli ya kubanika ya udongo Ms huamuliwa kimaabara kwa kila tabaka kivyake. Kwa udongo uliokonsolidishwa kawaida, moduli Ms huamuliwa kutokana na mchoro wa msukumo wa awali, ambako mzigo wa jumla σ2 = pg + pz; σ1 = pg = Σ_γt,_ mzigo wa nyongeza Δ_σ_ = σ2 – σ1 = (pg + pz) – pg, na thamani zinazolingana za msukumo wa kiasi ni Δ_h2_/h na Δ_h1_/h, basi ni
Hata hivyo ikiwa ni udongo uliopitishwa na mzigo mkubwa uliopita, basi moduli ya kubanika huamuliwa kutoka kwenye mchoro wa msongamano wa pili. Kutokana na mfano kwenye mch. 2 tuna kwa ajili ya:
Mch. 2. Ubainishaji wa moduli ya compressibility ya udongo kwa msingi wa mchoro wa ukandamizaji wa jamaa
Kutokana na hayo yaliyotangulia inafuata kwamba kukaa kwa udongo wa udongo uliokandamizwa awali kutakuwa kidogo sana kuliko kukaa kwa udongo uliokandamizwa kawaida.
Athari ya ugumu wa msingi kwenye mkengeuko wa chini
Ingawa kwa vitendo hakuna misingi iliyo elastiki kikamilifu, ambapo kushuka kwa nukta moja kungejitegemea na kushuka kwa nukta jirani, kwa hesabu ya kushuka hutofautishwa misingi elastiki na misingi migumu.
Misingi elastic, kwa maana ya matuta ya mawe na vijazojazao, chini ya mzigo wa sare husababisha katika pointi fulani tofauti za kukaa chini. Ndiyo sababu katika misingi hii hesabu ya kukaa chini hufanywa si kwa eneo lote lililobebeshwa mzigo, bali kwa pointi zake za pekee: pointi za kona A, B, C na D pointi za kati za pande E, F, H na J na pointi ya kati G ya eneo la mstatili (sl. 3). Chini ya mzigo wa sare kukaa chini kwa pointi B, C na D ni sawa na ya pointi A, kukaa chini kwa pointi H ni sawa na ya pointi E, pointi J ni sawa na pointi F kwa udongo wa muundo sawa.
Sl. 3. Hesabu ya kutulia kwa pointi binafsi za uso uliobebeshwa mzigo
Ili kukokotoa kushuka chini ya eneo lolote G la uso uliopakiwa, mstatili ABCD hugawanywa katika miraba minne midogo na kushuka G hupatikana kama jumla ya kushuka kunakosababishwa na kila mmoja wa miraba iliyogawanywa.
Misingi migumu haiishi chini kwa njia ile ile kama ile elastiki, kwa sababu kwao kushuka kwa sehemu za pekee hakwezekani. Kwa hiyo kushuka kwa misingi migumu huhesabiwa kwa ujumla, huku thamani ya wastani ya kushuka ikihesabiwa kwa njia tofauti kulingana na kiwango cha ugumu, kwa sababu usambazaji wa shinikizo kwenye chini ya msingi hutegemea ugumu wa msingi.
Kwa misingi migumu ya umbo la mraba au mstatili mdogo, ambapo a < 2_b_, hukokotwa mwinuko sG wa nukta ya kati G na huchukuliwa mwinuko wa jumla wa msingi s = 3/4 sG. Kwa misingi migumu ya umbo la mstatili mrefu au wa mkanda hukokotwa mwinuko wa nukta ya mwisho E, nukta ya kati G na nukta M iliyo katikati ya umbali baina yao, kwenye mhimili mrefu wa kiatu cha msingi, kisha huchukuliwa thamani ya wastani.
Van Hamme anaona kuwa hesabu sahihi zaidi ya kutulia ni ile ya „pointi ya tabia P“, ambayo iko kwa umbali kutoka kwa mhimili wa kati
kutoka kwenye mihimili ya kati. Kwa mujibu wa Van Hamme, kushuka kwa baadhi ya pointi fulani za msingi hakutegemei namna ya mgawanyo wa naponi chini ya msingi. Kwa pointi hizi, kushuka kunaweza kukokotolewa kwa kudhani kwamba mgawanyo wa naponi chini ya msingi ni sawia. Kwa kiatu kigumu cha msingi, kilichobebeshwa mzigo wa sawasawa ambapo mgawanyo wa naponi chini ya msingi si sawia na huongezeka kuelekea kingo za kiatu, hata hivyo kushuka kwa kiatu cha msingi ni sawa na kushuka kwa nukta ya tabia P. Naponi katika kina z chini ya nukta ya tabia P ya eneo la mstatili lenye urefu a, upana b, lililobebeshwa mzigo wa sawasawa p0 zinaweza kukokotolewa kwa kutumia jedwali 1 lililoandaliwa na Jelinek.
Mkazo σzP katika kina z chini ya pointi ya kipekee P ni σzP = (σz/p0)·p0, ambapo p0 ni mzigo wa ziada wa udongo.
Jedwali 1. Thamani σz/p kwa mikazo chini ya nukta ya tabia P kulingana na uwiano wa kina z dhidi ya upana b na wa urefu a dhidi ya upana b wa msingi wa kinyayo
Proračun sleganja na bazi promene koeficijenzа poroznosti tla
Ikiwa tutaashiria kwa e0 mgawo wa porositi wa sampuli isiyovurugwa iliyochukuliwa kutoka kwenye tabaka la udongo, na kwa ei mgawo wa porositi wa sampuli hiyo hiyo baada ya kukamilika kwa ujumuishaji katika edometa chini ya mzigo σ1 (mch. 4a), kupungua kwa ujazo wa awali wa udongo chini ya athari ya mzigo Δ_σ_ kunalingana na kupungua kwa porositi, yaani na mgawo wa porositi wa udongo
Δ_e_ = e0 – e1
Mch. 4. Hesabu ya kushuka kwa msingi wa mabadiliko ya mgawo wa poroziti ya udongo
Kiasi cha awali cha sampuli ya udongo ni
Kushuka maalum Δ_s_, yaani, kushuka kwa kila kitengo cha ujazo wa udongo 1+e0 ni
Δ_s_ =(e0–e1) / (1+e0)
Kukaa kwa tabaka ya kimsingi yenye unene dz ni kulingana na kielelezo 4b
Δ_s_ dz=(e0–e1) / (1+e0) dz
Kukaa kwa tabaka lenye unene H kutakuwa
Ikiwa tutaweka kwamba p ni mkazo katika kina z kutokana na uzito wa udongo wenyewe, unaolingana na mzigo σ0 katika edometa, Δp ni mkazo kutoka kwa mzigo wa ziada wa udongo kutokana na jengo, unaolingana na ongezeko la mzigo Δ_σ_ katika edometa, p1 ni mkazo wa jumla chini ya athari ya uzito wa udongo wenyewe na mzigo wa ziada unaolingana na mzigo wa jumla σ1 katika edometa, fomula ya mbele tunaweza kuiandika katika umbo
Ikiwa tunaashiria kwa A eneo la mchoro wa mkazo kutoka kwa mzigo wa ziada wa udongo, A = Δ_pH_ (eneo lililofunikwa kivuli katika kielelezo 4b), ambapo Δ_p_ ni mkazo kutoka kwa mzigo wa ziada katikati ya tabaka
a=Δ_e_/Δ_p_, uwiano wa tofauti ya mgawo wa porositi dhidi ya msongo unaolingana wa mzigo wa ziada Vc = (1+e0)/a, tunaweza kuweka
yaani s = A/Vc [cm]
Ikiwa udongo una tabaka zaidi ya moja, makazi s huhesabiwa kwa kila tabaka; jumla ya makazi ya tabaka binafsi hutoa makazi ya jumla Σ_s_.