Jak obliczyć nośność gleb

Zawartość

• Wzór na nośność gleby
• Metody określania nośności gleby
• Co jest czynnikiem bezpieczeństwa?
• Praktyczne obliczenia nośności
• Co powoduje stres w glebie?
• Klasyfikacja gleb według składu
• Tabela nośności gleby

The nośność gleby jest podane przez równanie Q_za = Q_u/ FS w którym Q_za oznacza dopuszczalną nośność (w kN / m² lub lb / ft²), Q_u to najwyższa nośność (w kN / m² lub lb / ft²) i FS jest czynnikiem bezpieczeństwa. Najwyższa nośność Q_u jest teoretyczną granicą nośności.

Podobnie do tego, jak pochyla się Krzywa Wieża w Pizie z powodu deformacji gleby, inżynierowie wykorzystują te obliczenia do określania ciężaru budynków i domów. Ponieważ inżynierowie i badacze kładą fundamenty, muszą upewnić się, że ich projekty są idealne dla podłoża, które je wspiera. Nośność jest jedną z metod pomiaru tej wytrzymałości. Naukowcy mogą obliczyć nośność gleby, określając granicę nacisku między glebą a umieszczonym na niej materiałem.

Te obliczenia i pomiary są wykonywane na projektach obejmujących fundamenty mostów, ściany oporowe, tamy i rurociągi, które biegną pod ziemią. Opierają się na fizyce gleby, badając naturę różnic spowodowanych ciśnieniem wody w porach materiału leżącego u podstaw i międzykrystalicznym skutecznym naprężeniem między samymi cząsteczkami gleby. Zależą również od mechaniki płynów przestrzeni między cząstkami gleby. To wyjaśnia pękanie, przesiąkanie i wytrzymałość samej gleby na ścinanie.

W poniższych sekcjach opisano bardziej szczegółowo te obliczenia i ich zastosowania.

Wzór na nośność gleby

Do płytkich fundamentów należą ławy fundamentowe, ławy kwadratowe i ławy okrągłe. Głębokość wynosi zwykle 3 metry i pozwala na uzyskanie tańszych, wykonalnych i łatwiejszych do przenoszenia wyników.

Terzaghi Teoria nośności ostatecznej nakazuje, że można obliczyć nośność nośną dla płytkich fundamentów ciągłych Q_u z Q_u = c N_do + g D N_q + 0,5 g B N_sol w którym do oznacza spójność gleby (w kN / m² lub lb / ft²), sol to efektywna masa jednostkowa gleby (w kN / m³ lub lb / ft³), re jest głębokością stopy (wm lub stopach), a B jest szerokością stopy (wm lub stopach).

W przypadku fundamentów o płytkich kwadratach równanie jest następujące Q_u z Q_u = 1,3c N_do + g D N_q + 0,4 g B N_sol a dla płytkich fundamentów okrągłych równanie to Q_u = 1,3c N_do + g D N_q + 0,3 g B N_sol.. W niektórych odmianach g zastępuje się γ.

Pozostałe zmienne zależą od innych obliczeń. N._q jest mi^{2π (.75-ф / 360) tanf} / 2cos2 (45 + ф / 2), N._do wynosi 5,14 dla ф = 0 i N._q-1 / tanф dla wszystkich innych wartości ф, Ng jest tanf (K_str/ cos2ф - 1) / 2.

K._str uzyskuje się z wykresu ilości i określenia, która wartość K._str uwzględnia zaobserwowane trendy. Niektórzy używają N._sol = 2 (N_q+1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ jako przybliżenie bez konieczności obliczania _Kstr.

Mogą występować sytuacje, w których gleba wykazuje oznaki miejscowe niepowodzenie ścinania. Oznacza to, że wytrzymałość gleby nie może wykazać wystarczającej wytrzymałości fundamentu, ponieważ opór między cząstkami w materiale nie jest wystarczająco duży. W takich sytuacjach nośność fundamentów kwadratowych wynosi Q_u = .867c N_do + g D N_q + 0,4 g B N_sol , fundamenty ciągłe i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng, a fundamenty kołowe są Q_u = .867c N_do + g D N_q + 0,3 g B N___sol.

Metody określania nośności gleby

Głębokie fundamenty obejmują fundamenty molo i kesony. Równanie do obliczenia ostatecznej nośności tego rodzaju gleby jest następujące Q_u = Q_p + Q_fa _ w którym _Q_u oznacza najwyższą nośność (w kN / m² lub lb / ft²), Q_p to teoretyczna nośność wierzchołka fundamentu (w kN / m² lub lb / ft²) i Q_fa to teoretyczna nośność wynikająca z tarcia wału między wałem a glebą. To daje kolejną formułę nośności gleby

Można obliczyć teoretyczny fundament nośności łożyska końcowego (wierzchołka) Q_p tak jak Q_p = A._pq_p w którym Q_p to teoretyczna nośność łożyska końcowego (w kN / m² lub lb / ft²) i ZA_p to efektywna powierzchnia wierzchołka (wm² lub ft²).

Teoretyczna nośność jednostkowa gleb mułowych pozbawionych kohezji q_p jest qDN_q a dla gruntów spoistych 9c (oba w kN / m² lub lb / ft²). re_do jest głębokością krytyczną dla pali w luźnych iłach lub piaskach (wm lub stopach). To powinno być 10B do luźnych mułów i piasków, 15B dla iłów i piasków o średniej gęstości oraz 20B do bardzo gęstych mułów i piasków.

Dla teoretycznej nośności fundamentu pala na tarcie (wał), teoretyczna nośność Q_fa jest ZA_faq_fa dla pojedynczej jednorodnej warstwy gleby i pSq_faL. dla więcej niż jednej warstwy gleby. W tych równaniach ZA_fa _jest efektywną powierzchnią wału pala, _q_fa jest kstan (d), teoretyczna jednostkowa zdolność tarcia dla gruntów pozbawionych spoistości (w kN / m² lub funt / stopa), w którym k jest bocznym naciskiem na ziemię, s to skuteczne ciśnienie przeciążenia i re to kąt tarcia zewnętrznego (w stopniach). S. jest sumą różnych warstw gleby (tj. za₁ + za₂ + .... + za_n).

W przypadku iłów ta teoretyczna pojemność wynosi do_ZA + kstan (d) w którym do_ZA jest przyczepność. To jest równe do, spójność gruntu dla szorstkiego betonu, zardzewiałej stali i blachy falistej. W przypadku gładkiego betonu wartość wynosi .8c do doi dla czystej stali tak jest .5c do .9c. p to obwód przekroju pala (wm lub stopach). L. jest efektywną długością stosu (wm lub stopach).

W przypadku gruntów spoistych q_fa = aS_u w którym a jest współczynnikiem przyczepności, mierzonym jako 1 -1 (S_uc)² dla S._uc mniej niż 48 kN / m² gdzie S._uc = 2c oznacza nieskończoną wytrzymałość na ściskanie (w kN / m² lub lb / ft²). Dla S._uc większa niż ta wartość, a = / S_uc.

Co jest czynnikiem bezpieczeństwa?

Współczynnik bezpieczeństwa wynosi od 1 do 5 dla różnych zastosowań. Czynnik ten może uwzględniać wielkość szkód, względną zmianę szans na porażkę projektu, same dane o glebie, konstrukcję tolerancji i dokładność projektowych metod analizy.

W przypadku awarii ścinania współczynnik bezpieczeństwa wynosi od 1,2 do 2,5. W przypadku tam i wypełnień współczynnik bezpieczeństwa wynosi od 1,2 do 1,6. Dla ścian oporowych, od 1,5 do 2,0, do układania blachy ścinanej, od 1,2 do 1,6, do wykopów stężonych, od 1,2 do 1,5, dla stóp fundamentowych przy ścinaniu współczynnik wynosi od 2 do 3, a dla stóp fundamentowych od 1,7 do 2,5. Natomiast w przypadku awarii przecieku, gdy materiały sączy się przez małe otwory w rurach lub innych materiałach, współczynnik bezpieczeństwa wynosi od 1,5 do 2,5 dla podniesienia i 3 do 5 dla rurociągów.

Inżynierowie stosują również praktyczne zasady dotyczące współczynnika bezpieczeństwa jako 1,5 dla ścian oporowych obalonych zasypką ziarnistą, 2,0 dla spoistej zasypki, 1,5 dla ścian z aktywnym naciskiem na ziemię i 2,0 dla tych z pasywnym naciskiem na ziemię. Te czynniki bezpieczeństwa pomagają inżynierom unikać awarii ścinania i przesiąkania, a także, że gleba może się poruszać w wyniku działania na nią obciążeń.

Praktyczne obliczenia nośności

Uzbrojeni w wyniki testów inżynierowie obliczają, ile obciążenia gleba może bezpiecznie znieść. Począwszy od ciężaru wymaganego do ścinania gleby, dodają czynnik bezpieczeństwa, więc struktura nigdy nie przykłada wystarczającej masy do deformacji gleby. Mogą dostosować stopę i głębokość fundamentu, aby utrzymać się w tej wartości. Alternatywnie mogą ściskać glebę, aby zwiększyć jej wytrzymałość, na przykład za pomocą wałka do zagęszczania luźnego materiału wypełniającego koryto drogowe.

Metody określania nośności gruntu obejmują maksymalny nacisk, jaki fundament może wywierać na glebę, tak że dopuszczalny współczynnik bezpieczeństwa przeciw uszkodzeniu ścinającemu jest poniżej fundamentu i spełnione są dopuszczalne całkowite i różnicowe osiadanie.

Nośność maksymalna to minimalne ciśnienie, które spowodowałoby uszkodzenie ścinające gruntu podporowego bezpośrednio poniżej i przylegającego do fundamentu. Uwzględniają wytrzymałość na ścinanie, gęstość, przepuszczalność, tarcie wewnętrzne i inne czynniki podczas budowania konstrukcji na glebie.

Inżynierowie wykorzystują swój najlepszy osąd przy tych metodach określania nośności gruntu podczas wykonywania wielu z tych pomiarów i obliczeń. Efektywna długość wymaga od inżyniera wyboru miejsca rozpoczęcia i zakończenia pomiaru. Jako jedną z metod inżynier może wybrać głębokość pala i odjąć wszelkie naruszone gleby powierzchniowe lub mieszanki gleb. Inżynier może również wybrać pomiar jako długość segmentu pali w pojedynczej warstwie gleby składającej się z wielu warstw.

Co powoduje stres w glebie?

Inżynierowie muszą uwzględnić gleby jako mieszanki pojedynczych cząstek, które poruszają się względem siebie. Te jednostki gleby można badać, aby zrozumieć fizykę stojącą za tymi ruchami podczas określania ciężaru, siły i innych wielkości w odniesieniu do budynków i projektów, na których budują inżynierowie.

Zniszczenie ścinające może wynikać z naprężeń wywieranych na glebę, które powodują, że cząsteczki opierają się na sobie i rozpraszają w sposób szkodliwy dla budowania. Z tego powodu inżynierowie muszą ostrożnie wybierać konstrukcje i gleby o odpowiedniej wytrzymałości na ścinanie.

The Koło Mohra potrafi wizualizować naprężenia ścinające na płaszczyznach odpowiednich dla projektów budowlanych. Koło naprężeń Mohra jest wykorzystywane w badaniach geologicznych badań gleb. Polega ona na użyciu próbek gleby w kształcie walca, tak aby naprężenia promieniowe i osiowe działały na warstwy gleby, obliczone przy użyciu płaszczyzn. Następnie naukowcy wykorzystują te obliczenia do określenia nośności gleb w fundamentach.

Klasyfikacja gleb według składu

Naukowcy z dziedziny fizyki i inżynierii mogą klasyfikować gleby, piaski i żwir według ich wielkości i składników chemicznych. Inżynierowie mierzą powierzchnię właściwą tych składników jako stosunek pola powierzchni cząstek do masy cząstek jako jedną z metod ich klasyfikacji.

Kwarc jest najczęstszym składnikiem mułu i piasku, a mika i skalenie są innymi powszechnymi składnikami. Minerały ilaste, takie jak montmorylonit, illit i kaolinit, tworzą arkusze lub struktury, które są podobne do płyt o dużych powierzchniach. Minerały te mają powierzchnię właściwą od 10 do 1000 metrów kwadratowych na gram ciała stałego.

Ta duża powierzchnia pozwala na interakcje chemiczne, elektromagnetyczne i van der Waalsa. Minerały te mogą być bardzo wrażliwe na ilość płynu, który może przejść przez ich pory. Inżynierowie i geofizyk mogą określić rodzaje gliny występujące w różnych projektach, aby obliczyć wpływ tych sił, aby uwzględnić je w swoich równaniach.

Gleby z glinami o wysokiej aktywności mogą być bardzo niestabilne, ponieważ są bardzo wrażliwe na płyny. Pęcznieją w obecności wody i kurczą się podczas jej braku. Siły te mogą powodować pęknięcia w fizycznym fundamencie budynków. Z drugiej strony materiały, które są glinkami o niskiej aktywności, które powstają w wyniku bardziej stabilnej aktywności, mogą być znacznie łatwiejsze w obróbce.

Tabela nośności gleby

Geotechdata.info ma listę wartości nośności gleby, które można wykorzystać jako wykres nośności gleby.