Obniżenie zwierciadła wody podziemnej powoduje przyrost naprężenia w gruncie, a w rezultacie także wystąpienie osiadania dodatkowego dla obiektów znajdujących się w sąsiedztwie odwodnień.
Zwrócić, należy uwagę na szereg kwestii inżynierskich z tym procesem związanych.
Pierwszym z nich jest kwestia przyczyn osiadania gruntów budowlanych wskutek obniżenia poziomu wody podziemnej. Wynikają one mianowicie z ustania działania na osuszonej partii — wyporu wody oraz w niektórych przypadkach wzrost ciężaru pochodzącego od wody kapilarnej i błonkowatej. Ten ostatni jest jednakże na ogół mały, rzadko kiedy jest on bowiem większy po odwodnieniu. Wynika to z tego że najczęściej w stopie warstwy wodonośnej zalegają grunty o większej wysokości podnoszenia kapilarnego (hk) aniżeli na poziomie obniżonego zwierciadła wody, przy czym najczęściej obniżenie wynikające z różnicy ciężaru wody kapilarnej i błonkowatej jest bardzo małe. Z tego też względu w obliczeniach jest ono najczęściej pomijane.
Drugim problemem jest sufozja gruntu występująca w sąsiedztwie urządzeń odwadniających wskutek występowania dużej prędkości filtracji. Sufozja ma jednakże charakter lokalny, bardzo rzadko obejmuje większą strefę gruntu i w przypadku gdy urządzenia odwadniające (studnie, dreny) są od obiektu oddalone nie powoduje występowania szkodliwych osiadań. Natomiast w przypadku gdy urządzenia odwadniające są zbliżone do obiektu budowlanego, sufozją może w sposób istotny wpływać na jego osiadanie.
Trzecim zagadnieniem wiążącym się z prognozą osiadania wywołanego przez obniżenie zwierciadła wody jest przewidywanie ich przebiegu w czasie. Można tu wyróżnić dwa odrębne zjawiska. Po pierwsze depresja w otoczeniu urządzeń odwadniających zmienia się w czasie (rośnie). Przebieg rozwoju leja depresyjnego w czasie zależy od całokształtu warunków hydrogeologicznych jednakże szczególnie należy tu uwypuklić rolę granic obszaru geofiltracji. Istnienie bliskiej granicy z zasilaniem (np. rzeki) prowadzi na ogół do utrwalenia się warunków równowagi i stabilizacji leja. Znaczne oddalenie granic zasilania prowadzi natomiast do powolnego rozprzestrzeniania się i pogłębiania leja depresji w efekcie czego depresja a więc i osiadanie stopniowo narastają.
Po drugie, nawet w przypadku osiągnięcia od razu ustalonej depresji w obrębie leja depresyjnego dodatkowe osiadanie nie nastąpi momentalnie lecz będzie rozłożone w czasie. Natomiast przebieg tego osiadania jest diametralnie różny dla gruntów piaszczystych i gruntów gliniastych. W piaskach osiadanie następuje szybko i po osiągnięciu — w krótkim czasie — swej wartości maksymalnej, przyrostu osiadania nie obserwuje się. Natomiast w glinach początek osiadania jest nieco przesunięty, a przyrosty osiadań obserwuje się długo po zakończeniu procesu przyrostu naprężeń.
Czwartym problemem, który należy mieć na uwadze jest możliwość okresowego — np. wskutek awarii urządzeń odwadniających — podnoszenia się zwierciadła wody podziemnej. W takim przypadku ujawnia się pęcznienie gruntu, prowadzące do zwiększania się objętości gruntu i zmniejszania się jego wytrzymałości.
Generalnie można stwierdzić, że prognozowanie osiadań wskutek obniżenia zwierciadła wody jest zagadnieniem trudnym.
Rys.1. Nierównomierne osiadanie budynku wskutek odwodnienia [1].
Przykład obliczenia osiadań [1] :
Należy ocenić czy pompowanie w studni odległej o 10 m od budynku mieszkalnego 3 piętrowego murowanego może wywołać szkodliwe jego osiadanie. Studnia wykonana została celem osuszenia wykopu budowlanego i działać będzie przez 18 miesięcy przy depresji s0 = 6,0 m.
Ze wzoru Biecińskiego określamy:
gdzie :
μ - wsp. odsączalności
k - wsp. wodoprzepuszczalności , k = 12,96 m/d = 0,00015 m/s,
Współczynnik przewodności stanów:
Przewodność: T = 0,00375 m2/s = 324 m2/d.
Obniżenie po upływie 18 miesięcy, tj. po 550 dobach wyniesie przy wydajności studni Q:
1) w punkcie A → rA = 40 m
2) w punkcie B → rB = 10 m
gdzie:
R – umowny promień leja depresji 
so - depresja
ro – promień studni
H – odległość dna wykopu od spągu warstwy wodonośnej
Q – wydajność studni
Dla tych obniżeń przeprowadzono obliczenia osiadania przyjmując dla piasków grubych i średnich wartość modułu E = 400 MPa.
Naroże A
1) Osiadanie warstwy osuszonej obliczono wzorami
oraz dla zn = sA = 2,73 m = 273,0 cm; i = n = 1
σ – naprężenie w gruncie
n – porowatość gruntu
npn = 0,35,
μn = 0,169,
γw = 9806,65 N/m3
z1s1 = 2,73 m
2) osiadanie warstwy dolnej przyjęto; hΣ = 10,0 m,
zatem miąższość warstwy osiadającej wynosi zd = hΣ – zn – 2,73 = 7,27 m, Ej = 39,2266 MPa.
Na podstawie wzoru
zatem
Osiadanie zgodnie ze wzorem :
3) Osiadanie całkowite od przyrostu naprężenia wskutek odwodnienia:
hA = hc + hd = 0,077 + 0,412 = 0,489 cm ≈ 0,49 cm
Naroże B
3) Osiadanie całkowite od przyrostu naprężenia:
Wnioski :
- Osiadania są bardzo małe, nie groźne dla budynku mieszkalnego
- Obliczenia wystarczy prowadzić do głębokości 8 – 12 m poniżej zwierciadła wody gruntowej.
Rys.2. Definicje przemieszczeń fundamentów wg PN-EN [2]
a) osiadanie s, różnica osiadań δ, obrót θ, odkształcenie kątowe α;
b) strzałka wygięcia ∆, wskaźnik wygięcia ∆/L:
c) przechylenie ɷ, obrót względny (przemieszczenie kątowe) ß.
Tab.1. Wartości graniczne miar przemieszczeń i odkształceń dla budynków wg PN-EN :
Literatura :
- Wieczysty A.: Hydrogeologia inżynierska. PWN, Warszawa 1982 r.
- Materiały z XXVIII Ogólnopolskich warsztatów pracy projektanta konstrukcji. Wisła 2013 r.