القدرة تحمل التربةمن المعادلة
Q_a = \ frac {Q_u} {FS}
بحيثسأهي قدرة التحمل المسموح بها (بالكيلو نيوتن / م2 أو رطل / قدم2), سشهي قدرة التحمل النهائية (بالكيلو نيوتن / م2 أو رطل / قدم2) و FS هي عامل الأمان. قدرة التحمل النهائيةسشهو الحد النظري لقدرة التحمل.
يشبه إلى حد كبير كيف يميل برج بيزا المائل بسبب تشوه التربة ، يستخدم المهندسون هذه الحسابات عند تحديد وزن المباني والمنازل. عندما يضع المهندسون والباحثون الأساس ، يحتاجون إلى التأكد من أن مشاريعهم مثالية للأرض التي تدعمها. قدرة التحمل هي إحدى طرق قياس هذه القوة. يمكن للباحثين حساب قدرة تحمل التربة عن طريق تحديد حد ضغط التلامس بين التربة والمواد الموضوعة عليها.
يتم إجراء هذه الحسابات والقياسات على المشاريع التي تشمل أساسات الجسور والجدران الاستنادية والسدود وخطوط الأنابيب التي تعمل تحت الأرض. يعتمدون على فيزياء التربة من خلال دراسة طبيعة الاختلافات التي يسببها ضغط المياه المسامية المواد الكامنة وراء الأساس والضغط الفعال بين الحبيبات بين جزيئات التربة أنفسهم. كما أنها تعتمد على ميكانيكا الموائع للمسافات بين جزيئات التربة. هذا يفسر التشقق والتسرب وقوة القص للتربة نفسها.
تتناول الأقسام التالية مزيدًا من التفاصيل حول هذه الحسابات واستخداماتها.
صيغة لتحمل قدرة التربة
تشمل الأساسات الضحلة القواعد الشريطية ، والأقدام المربعة ، والقواعد الدائرية. يكون العمق عادة 3 أمتار ويسمح بنتائج أرخص وأكثر جدوى ويمكن نقلها بسهولة أكبر.
نظرية قدرة التحمل القصوى Terzaghiتملي أنه يمكنك حساب قدرة التحمل النهائية للأساسات المستمرة الضحلةسشمع
Q_u = cN_c + gDN_q + 0.5gBN_g
بحيثجهو تماسك التربة (في kN / m2 أو رطل / قدم2), زهو وزن الوحدة الفعال للتربة (بالكيلو نيوتن / م3 أو رطل / قدم3), دهو عمق القدم (بالمتر أو بالقدم) و B هو عرض القاعدة (بالمتر أو بالقدم).
المعادلة للأساسات المربعة الضحلة هيسشمع
Q_u = 1.3cN_c + gDN_q + 0.4gBN_g
وبالنسبة للمؤسسات الدائرية الضحلة ، تكون المعادلة
Q_u = 1.3cN_c + gDN_q + 0.3gBN_g
في بعض الاختلافات ، يتم استبدال g بـγ.
المتغيرات الأخرى تعتمد على حسابات أخرى.نفهو
N_q = \ frac {e ^ {2 \ pi (0.75- \ phi '/ 360) \ tan {\ phi'}}} {2 \ cos {(2 (45+ \ phi '/ 2))}}
نجهو 5.14 من أجلф '= 0و
N_C = \ frac {N_q-1} {\ tan {\ phi '}}
لجميع القيم الأخرى لـ، '،نغهو:
N_g = \ tan {\ phi '} \ frac {K_ {pg} / \ cos {2 \ phi'} -1} {2}
كصيتم الحصول عليها من الرسم البياني للكميات وتحديد أي قيمةكصتمثل الاتجاهات الملحوظة. بعض الاستخدامنز = 2 (نف+1) تان '/ (1 + .4sin4ф ')كتقريب دون الحاجة إلى الحسابكص.
يمكن أن تكون هناك حالات تظهر فيها التربة علامات محليةفشل القص. هذا يعني أن قوة التربة لا يمكن أن تظهر قوة كافية للمؤسسة لأن المقاومة بين الجزيئات في المادة ليست كبيرة بما يكفي. في هذه الحالات ، تكون قدرة تحمل الأساس المربع هيسش = .867c نج + ز د نف + 0.4 جرام ب نز ,الأساس المستمر هوسQu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0.5 g B Ng والأساس الدائري هوسش = .867c نج + ز د نف + 0.3 جرام ب نز.
طرق تحديد قدرة تحمل التربة
الأساسات العميقة تشمل أساسات الرصيف والقيسونات. معادلة حساب قدرة التحمل النهائية لهذا النوع من التربة هيسش = سص + سF بحيثسشهي قدرة التحمل النهائية (بالكيلو نيوتن / م2 أو رطل / قدم2), سصهي قدرة التحمل النظرية لطرف الأساس (بالكيلو نيوتن / م2 أو رطل / قدم2) وسFهي قدرة التحمل النظرية بسبب احتكاك العمود بين العمود والتربة. يمنحك هذا صيغة أخرى لقدرة تحمل التربة
يمكنك حساب أساس سعة المحمل النهائي النظري (طرف)سصمثلسص = أصفصبحيثسصهي قدرة التحمل النظرية للمحمل النهائي (kN / m2 أو رطل / قدم2) وأصهي المنطقة الفعالة للطرف (بالمتر2 أو قدم2).
قدرة تحمل التلميح للوحدة النظرية للتربة الطينية الخالية من التماسكفصهوqDNفوللتربة المتماسكة ،9 ج ،(كلاهما في kN / م2 أو رطل / قدم2). دجهو العمق الحرج للأكوام في الطمي السائب أو الرمال (بالمتر أو القدم). هذا ينبغي أن يكون10 بللطمي والرمال السائبة ،15 بللطمي والرمال معتدلة الكثافة و20 بللطمي والرمال الكثيفة جدًا.
للجلد (رمح) قدرة الاحتكاك لمؤسسة الوبر ، قدرة التحمل النظريةسFهوأFفFلطبقة تربة واحدة متجانسة وpSqFإللأكثر من طبقة من التربة. في هذه المعادلات ،أF هي مساحة السطح الفعالة لعمود الوبر ،فFهوكازاخستان (د)، قدرة احتكاك الوحدة النظرية للتربة الأقل تماسكًا (بالكيلو نيوتن / م2 أو رطل / قدم) حيثكهو ضغط الأرض الجانبي ،سهو الضغط المثقل الفعال ودهي زاوية الاحتكاك الخارجي (بالدرجات).سهو مجموع طبقات التربة المختلفة (أيأ1 + أ2 +... + أن).
بالنسبة للغرين ، هذه القدرة النظرية هيجأ + كازاخستان (د)بحيثجأهو التصاق. إنه يساويج ،تماسك التربة للخرسانة الخشنة والفولاذ الصدئ والمعدن المموج. للخرسانة الناعمة ، القيمة.8 جلج، وللصلب النظيف ، فهو كذلك.5 جل.9 ج. صهو محيط المقطع العرضي للكومة (بالمتر أو بالقدم).إلهو الطول الفعال للكومة (بالمتر أو بالقدم).
للتربة المتماسكة ،فF = أش حيث أ هو عامل الالتصاق ، ويقاس كـ1 - 1 (S.جامعة كاليفورنيا)2لسجامعة كاليفورنياأقل من 48 كيلو نيوتن / م2 أينسجامعة كاليفورنيا = 2 جهي قوة الضغط غير المحصورة (بوحدة kN / m2 أو رطل / قدم2). لسجامعة كاليفورنياأكبر من هذه القيمة ،أ = [0.9 + 0.3 (S.جامعة كاليفورنيا - 1)] / S.جامعة كاليفورنيا.
ما هو عامل الأمان؟
يتراوح عامل الأمان من 1 إلى 5 للاستخدامات المختلفة. يمكن أن يفسر هذا العامل حجم الأضرار ، والتغير النسبي في فرص فشل المشروع ، وبيانات التربة نفسها ، وبناء التسامح ، ودقة أساليب التحليل في التصميم.
بالنسبة لحالات فشل القص ، يختلف عامل الأمان من 1.2 إلى 2.5. بالنسبة للسدود والردم ، يتراوح معامل الأمان من 1.2 إلى 1.6. بالنسبة للجدران الاستنادية ، تتراوح من 1.5 إلى 2.0 ، بالنسبة لأكوام الألواح القصية ، يتراوح من 1.2 إلى 1.6 ، بالنسبة للحفريات المدعمة ، يتراوح من 1.2 إلى 1.5 ، أما بالنسبة إلى قواعد انتشار القص ، يكون العامل من 2 إلى 3 ، أما بالنسبة لأساسات الحصيرة فهو من 1.7 إلى 2.5. بواسطة على النقيض من ذلك ، حالات فشل التسرب ، حيث تتسرب المواد من خلال ثقوب صغيرة في الأنابيب أو مواد أخرى ، يتراوح عامل الأمان من 1.5 إلى 2.5 للرفع ومن 3 إلى 5 الأنابيب.
يستخدم المهندسون أيضًا القواعد الأساسية لعامل الأمان مثل 1.5 للجدران الاستنادية التي يتم قلبها بحبيبات الردم ، 2.0 للردم المتماسك ، 1.5 للجدران ذات الضغط الأرضي النشط و 2.0 للجدران ذات الضغط الأرضي الخامل ضغوط. تساعد عوامل الأمان هذه المهندسين على تجنب فشل القص والتسرب وكذلك قد تتحرك التربة نتيجة لأحمال الحمولة الموجودة عليها.
حسابات عملية للقدرة التحمل
مسلحين بنتائج الاختبار ، يحسب المهندسون مقدار الحمولة التي يمكن أن تتحملها التربة بأمان. بدءًا من الوزن المطلوب لقص التربة ، فإنها تضيف عامل أمان حتى لا يطبق الهيكل وزنًا كافيًا لتشويه التربة. يمكنهم ضبط البصمة وعمق الأساس للبقاء ضمن تلك القيمة. بدلاً من ذلك ، يمكنهم ضغط التربة لزيادة قوتها ، على سبيل المثال ، باستخدام أسطوانة لضغط مواد الردم السائبة لحوض الطريق.
تتضمن طرق تحديد قدرة تحمل التربة أقصى ضغط يمكن أن تمارسه المؤسسة على التربة عامل الأمان المقبول ضد فشل القص أقل من الأساس والتسوية الكلية والتفاضلية المقبولة التقى.
قدرة التحمل النهائية هي الحد الأدنى من الضغط الذي قد يتسبب في فشل القص للتربة الداعمة مباشرة أسفل الأساس والمجاورة له. تأخذ في الاعتبار قوة القص والكثافة والنفاذية والاحتكاك الداخلي وعوامل أخرى عند بناء الهياكل على التربة.
يستخدم المهندسون أفضل أحكامهم باستخدام هذه الطرق لتحديد قدرة تحمل التربة عند إجراء العديد من هذه القياسات والحسابات. يتطلب الطول الفعال أن يقوم المهندس باختيار مكان بدء القياس وإيقافه. كطريقة واحدة ، قد يختار المهندس استخدام عمق الوبر وطرح أي تربة سطحية مضطربة أو مخاليط من التربة. قد يختار المهندس أيضًا قياسه على أنه طول قطعة الوبر في طبقة تربة واحدة تتكون من عدة طبقات.
ما الذي يسبب الإجهاد في التربة؟
يحتاج المهندسون إلى اعتبار التربة على أنها خليط من جزيئات الأفراد التي تتحرك فيما يتعلق ببعضها البعض. يمكن دراسة وحدات التربة هذه لفهم الفيزياء الكامنة وراء هذه الحركات عند التحديد الوزن والقوة والكميات الأخرى فيما يتعلق بالمباني ومهندسي المشاريع المبنية عليها معهم.
يمكن أن ينجم فشل القص عن الضغوط المطبقة على التربة والتي تجعل الجزيئات تقاوم بعضها البعض وتتشتت بطرق ضارة بالبناء. لهذا السبب ، يجب على المهندسين توخي الحذر في اختيار التصميمات والتربة ذات قوة القص المناسبة.
الدائرة موهريمكن تصور ضغوط القص على الطائرات ذات الصلة بمشاريع البناء. تُستخدم دائرة موهر للتوتر في البحث الجيولوجي لاختبار التربة. يتضمن استخدام عينات من التربة على شكل أسطواني بحيث تعمل الضغوط الشعاعية والمحورية على طبقات التربة ، محسوبة باستخدام الطائرات. ثم يستخدم الباحثون هذه الحسابات لتحديد قدرة تحمل التربة في الأساسات.
تصنيف التربة حسب التركيب
يمكن للباحثين في الفيزياء والهندسة تصنيف التربة والرمال والحصى حسب حجمها ومكوناتها الكيميائية. يقيس المهندسون مساحة السطح المحددة لهذه المكونات كنسبة مساحة سطح الجسيمات إلى كتلة الجسيمات كطريقة واحدة لتصنيفها.
الكوارتز هو المكون الأكثر شيوعًا للطمي والرمل والميكا والفلسبار من المكونات الشائعة الأخرى. تشكل المعادن الطينية مثل المونتموريلونيت والإيلايت والكاولين صفائح أو هياكل تشبه الصفائح ذات مساحات سطحية كبيرة. هذه المعادن لها سطح محدد يتراوح من 10 إلى 1000 متر مربع لكل جرام من المواد الصلبة.
تسمح مساحة السطح الكبيرة هذه بالتفاعلات الكيميائية والكهرومغناطيسية وتفاعلات فان دير فال. يمكن أن تكون هذه المعادن حساسة جدًا لكمية السوائل التي قد تمر عبر مسامها. يمكن للمهندسين والجيوفيزيائيين تحديد أنواع الطين الموجودة في المشاريع المختلفة لحساب تأثيرات هذه القوى لحسابها في معادلاتهم.
يمكن أن تكون التربة ذات الطين عالي النشاط غير مستقرة للغاية لأنها حساسة للغاية للسوائل. تنتفخ في وجود الماء وتتقلص في غيابها. يمكن أن تسبب هذه القوى تشققات في الأساس المادي للمباني. من ناحية أخرى ، يمكن أن تكون المواد ذات النشاط المنخفض من الطين التي يتم تشكيلها في ظل نشاط أكثر استقرارًا أسهل بكثير للعمل معها.
مخطط قدرة تحمل التربة
Geotechdata.info يحتوي على قائمة بقيم قدرة تحمل التربة التي يمكنك استخدامها كمخطط قدرة تحمل التربة.