Πώς να υπολογίσετε την ικανότητα έδρασης των εδαφών

Περιεχόμενο

• Φόρμουλα για την ικανότητα έδρασης του εδάφους
• Μέθοδοι προσδιορισμού της χωρητικότητας του εδράνου
• Ποιος είναι ο παράγοντας ασφάλειας;
• Πρακτικοί υπολογισμοί χωρητικότητας έδρασης
• Τι προκαλεί το άγχος των εδαφών;
• Ταξινόμηση των εδαφών με σύνθεση
• Χάρτης χωρητικότητας εδράνου εδάφους

ο φέρουσα ικανότητα του εδάφους δίνεται από την εξίσωση Q_ένα = Q_u/ FS στο οποίο Q_ένα είναι η επιτρεπόμενη φέρουσα ικανότητα (σε kN / m² ή lb / ft²), Q_u είναι η τελική ικανότητα φέρουσας ικανότητας (σε kN / m² ή lb / ft²) και FS είναι ο παράγοντας ασφάλειας. Η απόλυτη φέρουσα ικανότητα Q_u είναι το θεωρητικό όριο της φέρουσας ικανότητας.

Όπως η κλίση του Πύργου της Πίζας λόγω της παραμόρφωσης του εδάφους, οι μηχανικοί χρησιμοποιούν αυτούς τους υπολογισμούς για τον καθορισμό του βάρους των κτιρίων και των σπιτιών. Καθώς οι μηχανικοί και οι ερευνητές καθορίζουν τα θεμέλια, πρέπει να διασφαλίσουν ότι τα έργα τους είναι ιδανικά για το έδαφος που την υποστηρίζει. Η ικανότητα έδρασης είναι μια μέθοδος μέτρησης αυτής της αντοχής. Οι ερευνητές μπορούν να υπολογίσουν τη φέρουσα ικανότητα του εδάφους προσδιορίζοντας το όριο της πίεσης επαφής μεταξύ του εδάφους και του υλικού που τοποθετείται σε αυτό.

Αυτοί οι υπολογισμοί και μετρήσεις πραγματοποιούνται σε έργα που περιλαμβάνουν θεμέλια γέφυρας, τοίχους συγκράτησης, φράγματα και αγωγούς που εκτελούνται υπόγεια. Βασίζονται στη φυσική του εδάφους, μελετώντας τη φύση των διαφορών που προκαλούνται από την πίεση νερού του πόρου του υλικού που βρίσκεται κάτω από το θεμέλιο και την ενδοκοκκώδη αποτελεσματική τάση μεταξύ των ίδιων των σωματιδίων του εδάφους. Επίσης εξαρτώνται από τη μηχανική των υγρών των χώρων μεταξύ των σωματιδίων του εδάφους. Αυτό αντιπροσωπεύει την ρωγμή, την υπερχείλιση και τη δύναμη διάτμησης του ίδιου του εδάφους.

Τα παρακάτω κεφάλαια περιγράφονται λεπτομερέστερα σε αυτούς τους υπολογισμούς και στις χρήσεις τους.

Φόρμουλα για την ικανότητα έδρασης του εδάφους

Τα ρηχά θεμέλια περιλαμβάνουν λουριά, τετράγωνα πέλματα και κυκλικά πέλματα. Το βάθος είναι συνήθως 3 μέτρα και επιτρέπει φθηνότερα, πιο εφικτά και πιο εύκολα μεταβιβάσιμα αποτελέσματα.

Terzaghi Ultimate Ένταση Ισχύος Θεωρία υπαγορεύει ότι μπορείτε να υπολογίσετε την τελική φέρουσα ικανότητα για ρηχά συνεχή θεμέλια Q_u με Q_u = c Ν_ντο + g DN_q + 0,5 g Β. Ν_σολ στο οποίο ντο είναι η συνοχή του εδάφους (σε kN / m² ή lb / ft²), σολ είναι το πραγματικό μοναδιαίο βάρος του εδάφους (σε kN / m³ ή lb / ft³), ρε είναι το βάθος της βάσης (σε m ή ft) και το Β είναι το πλάτος της βάσης (σε m ή ft).

Για αβαθείς θεμελιώσεις, η εξίσωση είναι Q_u με Q_u = 1.3c Ν_ντο + g DN_q + 0.4 g Β. Ν_σολ και, για ρηχά κυκλικά θεμέλια, η εξίσωση είναι Q_u = 1.3c Ν_ντο + g DN_q + 0,39 ΒΝ_σολ.. Σε ορισμένες παραλλαγές, το g αντικαθίσταται με γ.

Οι άλλες μεταβλητές εξαρτώνται από άλλους υπολογισμούς. Ν_q είναι μι^{2π (.75-φ / 360) tanf} / 2cos2 (45 + φ / 2), Ν_ντο είναι 5.14 για φ = 0 και Ν_q-1 / tanφ για όλες τις άλλες τιμές του u, Ng είναι tanf (Κ_pg/ cos2f - 1) / 2.

κ_pg λαμβάνεται από τη γραφική απεικόνιση των ποσοτήτων και τον προσδιορισμό της τιμής του κ_pg λογαριασμούς για τις παρατηρούμενες τάσεις. Κάποια χρήση Ν_σολ = 2 (Ν_q+1) tanf / (1 + .4sin4u) _ ως προσέγγιση χωρίς να χρειάζεται να υπολογίσετε _Kpg.

Μπορεί να υπάρχουν καταστάσεις στις οποίες το έδαφος παρουσιάζει σημεία τοπικής προέλευσης διατμητική αστοχία. Αυτό σημαίνει ότι η αντοχή του εδάφους δεν μπορεί να δείξει αρκετή αντοχή για το θεμέλιο επειδή η αντίσταση μεταξύ των σωματιδίων στο υλικό δεν είναι αρκετά μεγάλη. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η τετραγωνική θεμέλια είναι η τελική φέρουσα ικανότητα Q_u = .867c Ν_ντο + g DN_q + 0.4 g Β. Ν_σολ , τα συνεχή θεμέλια i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng και τα κυκλικά θεμέλια είναι Q_u = .867c Ν_ντο + g DN_q + 0,3 g B N_σολ.

Μέθοδοι προσδιορισμού της χωρητικότητας του εδράνου

Τα βαθιά θεμέλια περιλαμβάνουν τα θεμέλια των αποβαθρών και τα κιγκλιδώματα. Η εξίσωση για τον υπολογισμό της τελικής φέρουσας ικανότητας αυτού του τύπου εδάφους είναι Q_u = Q_Π + Q_φά στην οποία _Q_u είναι η τελική ικανότητα φέρουσας ικανότητας (σε kN / m² ή lb / ft²), Q_Π είναι η θεωρητική ικανότητα φέρουσας την κορυφή του θεμελίου (σε kN / m² ή lb / ft²) και Q_φά είναι η θεωρητική ικανότητα φέρουσας λόγω της τριβής του άξονα μεταξύ του άξονα και του εδάφους. Αυτό σας δίνει μια άλλη φόρμουλα για τη φέρουσα ικανότητα του εδάφους

Μπορείτε να υπολογίσετε τη θεμελιώδη θεμελιώδη ικανότητα φέρουσας άκρη (tip) Q_Π όπως και Q_Π = A_Πq_Π στο οποίο Q_Π είναι η θεωρητική φέρουσα ικανότητα του ακραίου ρουλεμάν (σε kN / m² ή lb / ft²) και ΕΝΑ_Π είναι η πραγματική περιοχή του άκρου (στο m² ή ft²).

Η θεωρητική μονάδα φέρουσα το άκρο του εδάφους με λιγότερη συνοχή q_Π είναι qDN_q και, για τα συνεκτικά εδάφη, 9c, (και τα δύο σε kN / m² ή lb / ft²). ρε_ντο είναι το κρίσιμο βάθος για σωρούς σε χαλαρές λάσπης ή άμμο (σε m ή ft). Αυτό πρέπει να είναι 10Β για χαλαρά λάσπη και άμμο, 15Β για τις αργόστροφες και τις άμμους μέτριας πυκνότητας και 20Β για πολύ πυκνά λάσπη και άμμο.

Για την ικανότητα τριβής δέρματος (άξονα) της βάσης σωρού, η θεωρητική ικανότητα φέρουσας Q_φά είναι ΕΝΑ_φάq_φά - για ένα ενιαίο ομοιογενές στρώμα εδάφους και - pSq_φάμεγάλο για περισσότερα από ένα στρώματα εδάφους. Σε αυτές τις εξισώσεις, ΕΝΑ_φά είναι η πραγματική επιφάνεια του άξονα της πέτρας, _q_φά είναι kstan (d), η θεωρητική ικανότητα τριβής μονάδας για εδάφη χωρίς συνάφεια (σε kN / m² ή lb / ft) στην οποία κ είναι η πλευρική πίεση της γης, μικρό είναι η αποτελεσματική πίεση υπερκείμενου φορτίου και ρε είναι η εξωτερική γωνία τριβής (σε μοίρες). μικρό είναι η αθροιστική των διαφορετικών εδαφικών στρωμάτων (δηλ. ένα₁ + ένα₂ + .... + ένα_n).

Για τις λάσπες, αυτή η θεωρητική ικανότητα είναι ντο_ΕΝΑ + kstan (d) στο οποίο ντο_ΕΝΑ είναι η πρόσφυση. Είναι ίση με ντο, τη συνοχή του εδάφους για ακατέργαστο σκυρόδεμα, σκουριασμένο χάλυβα και κυματοειδές μέταλλο. Για το λείο σκυρόδεμα, η τιμή είναι .8γ προς το ντο, και, για καθαρό χάλυβα, είναι .5γ προς το .9γ. Π είναι η περίμετρος της διατομής σωρού (σε m ή ft). μεγάλο είναι το πραγματικό μήκος του σωρού (σε m ή ft).

Για συνεκτικά εδάφη, q_φά = aS_u όπου a είναι ο συντελεστής πρόσφυσης, μετρούμενος ως 1-.1 (S_uc)² Για μικρό_uc μικρότερη από 48 kN / m² που μικρό_uc = 2c είναι η μη περιορισμένη αντοχή συμπίεσης (σε kN / m² ή lb / ft²). Για μικρό_uc μεγαλύτερη από αυτή την τιμή, α = / δ_uc.

Ποιος είναι ο παράγοντας ασφάλειας;

Ο συντελεστής ασφάλειας κυμαίνεται από 1 έως 5 για διάφορες χρήσεις. Αυτός ο παράγοντας μπορεί να υπολογίσει το μέγεθος των ζημιών, τη σχετική αλλαγή στις πιθανότητες ενός έργου να αποτύχει, τα ίδια τα δεδομένα για το έδαφος, την ανοχή στην κατασκευή και την ακρίβεια των μεθόδων σχεδιασμού ανάλυσης.

Για περιπτώσεις διατμητικής αποτυχίας, ο συντελεστής ασφάλειας κυμαίνεται από 1,2 έως 2,5. Για τα φράγματα και τις πληγές, ο συντελεστής ασφάλειας κυμαίνεται από 1,2 έως 1,6. Για τους τοίχους αντιστήριξης, τα 1,5 έως 2,0, για την κοπή φύλλων διατμήσεως, 1,2 έως 1,6, για οπλισμένες εκσκαφές, 1,2 έως 1,5, για βάσεις διατμητικής επάλειψης, ο συντελεστής είναι 2 έως 3, για πέλματα βάσης 1,7 έως 2,5. Αντιθέτως, περιπτώσεις αποτυχίας διαρροής, καθώς τα υλικά διαχέονται μέσω μικρών οπών σε σωλήνες ή άλλα υλικά, ο συντελεστής ασφάλειας κυμαίνεται από 1,5 έως 2,5 για ανύψωση και 3 έως 5 για σωληνώσεις.

Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν επίσης τους κανόνες κατεύθυνσης για τον συντελεστή ασφαλείας ως 1,5 για τους τοίχους συγκράτησης που έχουν ανατραπεί με κοκκώδη απορροή, 2,0 για συνεκτικό συμπλήρωμα, 1,5 για τοίχους με ενεργή γήινη πίεση και 2,0 για εκείνους με παθητικές γήινες πιέσεις. Αυτοί οι παράγοντες ασφαλείας βοηθούν τους μηχανικούς να αποφεύγουν τις διατρήσεις και τις διαρροές καθώς επίσης και το έδαφος μπορεί να κινηθεί ως αποτέλεσμα των ρουλεμάν φορτίου σε αυτό.

Πρακτικοί υπολογισμοί χωρητικότητας έδρασης

Οπλισμένοι με τα αποτελέσματα των δοκιμών, οι μηχανικοί υπολογίζουν πόσο φορτίο το χώμα μπορεί να φέρει με ασφάλεια. Αρχίζοντας με το βάρος που απαιτείται για τη διάτμηση του εδάφους, προσθέτουν ένα συντελεστή ασφαλείας έτσι ώστε η δομή να μην εφαρμόζει ποτέ αρκετό βάρος για να παραμορφώσει το χώμα. Μπορούν να προσαρμόσουν το πόδι και το βάθος ενός θεμελίου για να παραμείνουν εντός αυτής της τιμής. Εναλλακτικά, μπορούν να συμπιέσουν το χώμα για να αυξήσουν την αντοχή του, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας έναν κύλινδρο για να συμπιέσει χαλαρό υλικό πλήρωσης για μια οδόστρωμα.

Οι μέθοδοι προσδιορισμού της φέρουσας ικανότητας του εδάφους περιλαμβάνουν τη μέγιστη πίεση που μπορεί να ασκήσει το θεμέλιο στο έδαφος έτσι ώστε ο αποδεκτός συντελεστής ασφαλείας έναντι της διάτμησης να είναι κάτω από το θεμέλιο και να τηρούνται η αποδεκτή συνολική και διαφοροποίηση.

Η τελική φέρουσα ικανότητα είναι η ελάχιστη πίεση που θα μπορούσε να προκαλέσει τη διατμητική αστοχία του εδάφους στήριξης αμέσως κάτω και δίπλα στο θεμέλιο. Λαμβάνουν υπόψη τη δύναμη διάτμησης, την πυκνότητα, τη διαπερατότητα, την εσωτερική τριβή και άλλους παράγοντες όταν χτίζουν δομές στο έδαφος.

Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν την καλύτερη κρίση τους με αυτές τις μεθόδους προσδιορισμού της φέρουσας ικανότητας του εδάφους όταν εκτελούν πολλές από αυτές τις μετρήσεις και υπολογισμούς. Το πραγματικό μήκος απαιτεί από τον μηχανικό να κάνει μια επιλογή σχετικά με το πού να ξεκινήσει και να σταματήσει τη μέτρηση. Ως μία μέθοδος, ο μηχανικός μπορεί να επιλέξει να χρησιμοποιήσει το βάθος του σωρού και να αφαιρέσει τυχόν διαταραγμένα επιφανειακά εδάφη ή μείγματα εδαφών. Ο μηχανικός μπορεί επίσης να επιλέξει να το μετρήσει ως το μήκος ενός τμήματος σωρού σε ένα μόνο στρώμα εδάφους εδάφους που αποτελείται από πολλά στρώματα.

Τι προκαλεί το άγχος των εδαφών;

Οι μηχανικοί πρέπει να λογοδοτούν για εδάφη όπως μείγματα σωματιδίων ατόμων που κινούνται γύρω από το ένα το άλλο. Αυτές οι μονάδες εδάφους μπορούν να μελετηθούν για να κατανοήσουν τη φυσική πίσω από αυτές τις κινήσεις κατά τον προσδιορισμό του βάρους, της δύναμης και άλλων ποσοτήτων σε σχέση με τα κτίρια και τους μηχανικούς των έργων πάνω σε αυτά.

Η αποτυχία διάτμησης μπορεί να προκύψει από τις καταπονήσεις που εφαρμόζονται στο χώμα που προκαλούν την αντίσταση των σωματιδίων μεταξύ τους και τη διασπορά τους κατά τρόπους που είναι επιβλαβείς για την οικοδόμηση. Για το λόγο αυτό, οι μηχανικοί πρέπει να είναι προσεκτικοί κατά την επιλογή σχεδίων και εδαφών με κατάλληλες αντοχές διάτμησης.

ο Mohr Circle μπορεί να απεικονίσει τις διατμητικές τάσεις στα επίπεδα που σχετίζονται με τα κτίρια. Ο κύκλος των τάσεων Mohr χρησιμοποιείται στη γεωλογική έρευνα για τη δοκιμή του εδάφους. Περιλαμβάνει τη χρήση δειγμάτων σχήματος κυλίνδρου των εδαφών έτσι ώστε οι ακτινικές και αξονικές τάσεις να δρουν στις στρώσεις των εδαφών, που υπολογίζονται με τη χρήση επιπέδων. Οι ερευνητές στη συνέχεια χρησιμοποιούν αυτούς τους υπολογισμούς για να καθορίσουν τη φέρουσα ικανότητα των εδαφών στα θεμέλια.

Ταξινόμηση των εδαφών με σύνθεση

Οι ερευνητές της φυσικής και της μηχανικής μπορούν να ταξινομήσουν τα εδάφη, τις άμμους και τα χαλίκια από το μέγεθος και τα χημικά τους συστατικά. Οι μηχανικοί υπολογίζουν τη συγκεκριμένη επιφάνεια αυτών των συστατικών ως λόγο της επιφάνειας των σωματιδίων προς τη μάζα των σωματιδίων ως μία μέθοδο ταξινόμησης αυτών.

Ο χαλαζίας είναι το πιο συνηθισμένο συστατικό του λάσπης και η άμμος και η μαρμαρυγία και ο άστριος είναι άλλα κοινά συστατικά. Άργυρα ορυκτά όπως ο μοντμοριλλονίτης, το illite και ο καολινίτης συνθέτουν φύλλα ή δομές που είναι σαν πλάκες και έχουν μεγάλες επιφάνειες. Αυτά τα ορυκτά έχουν συγκεκριμένες επιφάνειες από 10 έως 1.000 τετραγωνικά μέτρα ανά γραμμάριο στερεού.

Αυτή η μεγάλη επιφάνεια επιτρέπει χημικές, ηλεκτρομαγνητικές και van der Waals αλληλεπιδράσεις. Αυτά τα μέταλλα μπορεί να είναι πολύ ευαίσθητα στην ποσότητα υγρού που μπορεί να περάσει μέσα από τους πόρους τους. Οι μηχανικοί και οι γεωφυσικοί μπορούν να προσδιορίσουν τους τύπους αργίλων που υπάρχουν σε διάφορα έργα για να υπολογίσουν τα αποτελέσματα αυτών των δυνάμεων για να τα υπολογίσουν στις εξισώσεις τους.

Τα εδάφη με αργίλους υψηλής δραστηριότητας μπορεί να είναι πολύ ασταθή επειδή είναι πολύ ευαίσθητα στο υγρό. Διογκώνονται με την παρουσία νερού και συρρικνώνονται κατά την απουσία του. Αυτές οι δυνάμεις μπορούν να προκαλέσουν ρωγμές στην φυσική θεμελίωση των κτιρίων. Από την άλλη πλευρά, τα υλικά που είναι αργίλους χαμηλής δραστικότητας που σχηματίζονται κάτω από πιο σταθερή δραστηριότητα μπορεί να είναι πολύ πιο εύκολο να εργαστούν με.

Χάρτης χωρητικότητας εδράνου εδάφους

Το Geotechdata.info έχει έναν κατάλογο με τις τιμές χωρητικότητας εδράνου εδάφους που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ως διάγραμμα χωρητικότητας φέροντος χώμα.