Theúnosnost půdyje dáno rovnicí
Q_a = \ frac {Q_u} {FS}
ve kterémQAje přípustná únosnost (v kN / m2 nebo lb / ft2), Quje maximální únosnost (v kN / m2 nebo lb / ft2) a FS je bezpečnostní faktor. Maximální únosnostQuje teoretická mez únosnosti.
Stejně jako se šikmá věž v Pise opírá v důsledku deformace půdy, používají inženýři tyto výpočty při určování hmotnosti budov a domů. Jak inženýři a výzkumní pracovníci kladou základy, musí se ujistit, že jejich projekty jsou ideální pro půdu, která to podporuje. Jednou z metod měření této pevnosti je únosnost. Vědci mohou vypočítat únosnost půdy stanovením meze kontaktního tlaku mezi půdou a materiálem na ni položeným.
Tyto výpočty a měření se provádějí na projektech zahrnujících základy mostů, opěrné zdi, přehrady a potrubí vedené pod zemí. Spoléhají na fyziku půdy studiem povahy rozdílů způsobených tlakem pórů na vodu materiál pod základem a intergranulární efektivní napětí mezi půdními částicemi oni sami. Závisí také na mechanice tekutin prostorů mezi půdními částicemi. To odpovídá praskání, prosakování a smykové pevnosti samotné půdy.
Následující části se podrobněji zabývají těmito výpočty a jejich použitím.
Vzorec pro únosnost půdy
Mělké základy zahrnují patkové lišty, čtvercové patky a kruhové patky. Hloubka je obvykle 3 metry a umožňuje levnější, proveditelnější a snáze přenositelné výsledky.
Terzaghi Ultimate Bearing Capacity Theoryurčuje, že můžete vypočítat maximální únosnost pro mělké spojité základyQus
Q_u = cN_c + gDN_q + 0,5 gBN_g
ve kterémCje soudržnost půdy (v kN / m2 nebo lb / ft2), Gje efektivní jednotková hmotnost půdy (v kN / m3 nebo lb / ft3), Dje hloubka základny (vm nebo ft) a B je šířka základny (vm nebo ft).
Pro mělké čtvercové základy je rovniceQus
Q_u = 1,3cN_c + gDN_q + 0,4gBN_g
a pro mělké kruhové základy rovnice je
Q_u = 1,3cN_c + gDN_q + 0,3gBN_g
V některých variantách je g nahrazenoγ.
Ostatní proměnné závisí na jiných výpočtech.Nqje
N_q = \ frac {e ^ {2 \ pi (0,75- \ phi '/ 360) \ tan {\ phi'}}} {2 \ cos {(2 (45+ \ phi '/ 2))}}
NCje 5,14 proф '= 0a
N_C = \ frac {N_q-1} {\ tan {\ phi '}}
pro všechny ostatní hodnoty ф ',Ngje:
N_g = \ tan {\ phi '} \ frac {K_ {pg} / \ cos {2 \ phi'} -1} {2}
K.strse získá z grafu veličin a určení, která hodnotaK.strodpovídá za pozorované trendy. Některé použitíNG = 2 (čq+1) tanf '/ (1 + .4sin4ф ')jako aproximace bez nutnosti výpočtuK.str.
Mohou nastat situace, kdy půda vykazuje známky místnísmykové selhání. To znamená, že pevnost půdy nemůže ukázat dostatečnou pevnost pro základ, protože odpor mezi částicemi v materiálu není dostatečně velký. V těchto situacích je konečná únosnost čtvercového základuQu = 0,867 c NC + g D Nq + 0,4 g B NG ,spojitý základ je isQu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng a kruhový základ jeQu = 0,867 c NC + g D Nq + 0,3 g B NG.
Metody stanovení únosnosti půdy
Hluboké základy zahrnují molové základy a kesony. Rovnice pro výpočet mezní únosnosti tohoto typu půdy jeQu = Qp + QF ve kterémQuje maximální únosnost (v kN / m2 nebo lb / ft2), Qpje teoretická únosnost pro špičku základny (v kN / m2 nebo lb / ft2) aQFje teoretická únosnost v důsledku tření hřídele mezi hřídelí a půdou. Získáte tak další vzorec únosnosti půdy
Můžete vypočítat teoretický základ kapacity koncového ložiska (špičky)Qptak jakoQp = Apqpve kterémQpje teoretická únosnost koncového ložiska (v kN / m2 nebo lb / ft2) aApje efektivní plocha špičky (vm2 nebo ft2).
Teoretická jednotka únosnosti hrotů bahnitých zemin bez soudržnostiqpjeqDNqa pro soudržné půdy9c,(oba v kN / m2 nebo lb / ft2). DCje kritická hloubka pro hromady ve volném bahně nebo písku (vm nebo ft). To by mělo být10Bpro uvolněné bahno a písky,15Bpro prach a písky střední hustoty a20Bpro velmi husté bahno a písky.
Pro třecí kapacitu pláště (hřídele) pilotového základu je teoretická únosnostQFjeAFqFpro jednu homogenní vrstvu půdy apSqFLpro více než jednu vrstvu půdy. V těchto rovnicíchAF je efektivní povrchová plocha vlasu,qFjekstan (d), teoretická jednotková třecí kapacita pro půdy bez soudržnosti (v kN / m2 nebo lb / ft), ve kterémkje boční zemní tlak,sje efektivní tlak v nadloží adje vnější úhel tření (ve stupních).Sje součet různých půdních vrstev (tj.A1 + A2 +... + An).
U bahna je tato teoretická kapacitaCA + kstan (d)ve kterémCAje adheze. To se rovnáC,soudržnost půdy pro drsný beton, rezavou ocel a vlnitý kov. U hladkého betonu je to hodnota.8cnaCa pro čistou ocel ano.5cna.9c. pje obvod průřezu piloty (vm nebo ft).Lje efektivní délka hromady (vm nebo ft).
Pro soudržné půdy,qF = aSu ve kterém a je faktor adheze, měřený jako1-.1 (S.vidíš)2proSvidíšméně než 48 kN / m2 kdeSvidíš = 2cje neomezená pevnost v tlaku (v kN / m2 nebo lb / ft2). ProSvidíšvětší než tato hodnota,a = [0,9 + 0,3 (S.vidíš - 1)] / Svidíš.
Co je faktor bezpečnosti?
Bezpečnostní faktor se pohybuje od 1 do 5 pro různá použití. Tento faktor může zohlednit velikost poškození, relativní změnu v šancích, že projekt může selhat, samotná data o půdě, konstrukce tolerancí a přesnost návrhových metod analýzy.
V případě smykové poruchy se bezpečnostní faktor pohybuje od 1,2 do 2,5. U přehrad a nádrží se bezpečnostní faktor pohybuje od 1,2 do 1,6. U opěrných zdí je to 1,5 až 2,0, u střižných stohovacích plechů je to 1,2 až 1,6, u vyztužených výkopů je to 1,2 až 1,5, u střihových rozpěrných patek je faktor 2 až 3, u patních podložek je to 1,7 až 2,5. Podle Naproti tomu v případě selhání prosakování, protože materiály prosakují malými otvory v potrubí nebo jiných materiálech, se bezpečnostní faktor pohybuje od 1,5 do 2,5 pro zdvih a 3 až 5 pro potrubí.
Inženýři také používají pravidla pro faktor bezpečnosti jako 1,5 pro opěrné zdi, které jsou převráceny zrnitě zásyp, 2,0 pro soudržný zásyp, 1,5 pro stěny s aktivním zemním tlakem a 2,0 pro pasivní zem tlaky. Tyto bezpečnostní faktory pomáhají konstruktérům předcházet poruchám střihu a prosakování, stejně jako se půda může pohybovat v důsledku zatížení ložisek.
Praktické výpočty únosnosti
Na základě výsledků testu inženýři vypočítají, jaké zatížení půda bezpečně unese. Počínaje hmotností potřebnou pro stříhání půdy přidávají bezpečnostní faktor, takže konstrukce nikdy nepřiměřeně váží na to, aby půdu zdeformovala. Mohou upravit půdorys a hloubku základu, aby zůstaly v této hodnotě. Alternativně mohou stlačit půdu, aby se zvýšila její pevnost, například pomocí válce pro zhutnění sypkého sypkého materiálu pro vozovku.
Metody stanovení únosnosti půdy zahrnují maximální tlak, který může základ vyvíjet na půdu tak, že přijatelný bezpečnostní faktor proti smykovému selhání je pod základem a přijatelné celkové a diferenciální sedání jsou se setkal.
Mezní únosnost je minimální tlak, který by způsobil smykové selhání nosné zeminy bezprostředně pod základem a vedle něj. Při stavbě konstrukcí na půdě berou v úvahu pevnost ve smyku, hustotu, propustnost, vnitřní tření a další faktory.
Při provádění mnoha z těchto měření a výpočtů inženýři používají tyto metody stanovení únosnosti půdy podle svých nejlepších úsudků. Efektivní délka vyžaduje, aby se technik rozhodl, kde zahájí a zastaví měření. Jako jednu z metod se inženýr může rozhodnout použít hloubku piloty a odečíst jakékoli narušené povrchové půdy nebo směsi zemin. Inženýr se také může rozhodnout změřit to jako délku hromádkového segmentu v jedné půdní vrstvě půdy, která se skládá z mnoha vrstev.
Co způsobuje, že je půda namáhána?
Inženýři musí počítat s půdou jako se směsí jednotlivých částic, které se navzájem pohybují. Tyto jednotky půd lze studovat, abychom při určování pochopili fyziku těchto pohybů hmotnost, síla a další veličiny ve vztahu k budovám a projektům, na nichž staví inženýři jim.
Selhání ve smyku může být výsledkem napětí aplikovaných na půdu, která způsobí, že částice vzájemně odolávají a rozptylují se způsoby, které jsou škodlivé pro stavbu. Z tohoto důvodu musí být inženýři při výběru konstrukcí a půd s odpovídající pevností ve smyku opatrní.
TheMohr kruhumí vizualizovat smykové napětí na rovinách příslušných pro stavební projekty. Mohrův kruh napětí se používá při geologickém výzkumu zkoušek půdy. Zahrnuje to použití válcových vzorků zemin tak, že radiální a axiální napětí působí na vrstvy zemin, počítáno pomocí rovin. Výzkumníci pak pomocí těchto výpočtů určují únosnost zemin v základech.
Klasifikace půd podle složení
Výzkumní pracovníci ve fyzice a strojírenství mohou klasifikovat půdy, písky a štěrky podle jejich velikosti a chemických složek. Inženýři měří specifický povrch těchto složek jako poměr povrchu částic k hmotnosti částic jako jednu z metod jejich klasifikace.
Křemen je nejběžnější složkou bahna a písku a slída a živce jsou dalšími běžnými složkami. Hliněné minerály jako montmorillonit, illit a kaolinit tvoří desky nebo struktury, které jsou podobné deskám s velkými povrchy. Tyto minerály mají specifické povrchové plochy od 10 do 1 000 metrů čtverečních na gram pevné látky.
Tato velká plocha umožňuje chemické, elektromagnetické a van der Waalsovy interakce. Tyto minerály mohou být velmi citlivé na množství tekutiny, která může projít jejich póry. Inženýři a geofyzici mohou určit typy jílů přítomných v různých projektech a vypočítat účinky těchto sil, aby je zohlednili ve svých rovnicích.
Půdy s jíly s vysokou aktivitou mohou být velmi nestabilní, protože jsou velmi citlivé na tekutiny. V přítomnosti vody bobtnají a v nepřítomnosti se zmenšují. Tyto síly mohou způsobit trhliny ve fyzickém základu budov. Na druhou stranu s materiály, které jsou jíly s nízkou aktivitou, které se tvoří při stabilnější aktivitě, se dá mnohem snadněji pracovat.
Graf únosnosti půdy
Geotechdata.info obsahuje seznam hodnot únosnosti půdy, které můžete použít jako graf únosnosti půdy.