Sådan beregnes jordens bæreevne

Detjordens bæreevneer givet ved ligningen

hvoriQ_-ener den tilladte bæreevne (i kN / m² eller lb / ft²), ​Q_uer den ultimative bæreevne (i kN / m² eller lb / ft²) og FS er sikkerhedsfaktoren. Den ultimative bæreevneQ_uer den teoretiske grænse for bæreevnen.

Ligesom hvordan det skæve tårn i Pisa læner sig på grund af jorddeformation, bruger ingeniører disse beregninger til at bestemme vægten af ​​bygninger og huse. Da ingeniører og forskere lægger fundament, er de nødt til at sikre, at deres projekter er ideelle til den grund, der understøtter det. Bæreevne er en metode til måling af denne styrke. Forskere kan beregne jordens bæreevne ved at bestemme grænsen for kontakttryk mellem jorden og det materiale, der er anbragt på den.

Disse beregninger og målinger udføres på projekter, der involverer brofundamenter, støttemure, dæmninger og rørledninger, der løber under jorden. De er afhængige af jordens fysik ved at studere arten af ​​forskellene forårsaget af porevandstrykket i materiale, der ligger til grund for fundamentet og den interkornede effektive spænding mellem jordpartiklerne dem selv. De er også afhængige af væskemekanik i mellemrummet mellem jordpartikler. Dette tegner sig for revner, udsivning og selve jordens forskydningsstyrke.

De følgende afsnit går nærmere ind på disse beregninger og deres anvendelse.

Lavvandede fundamenter inkluderer stribefod, kvadratfod og cirkulære fodfæste. Dybden er normalt 3 meter og giver mulighed for billigere, mere gennemførlige og lettere overførbare resultater.

​Terzaghi Ultimate Bearing Capacity Theorydikterer, at du kan beregne den ultimative bæreevne for lave kontinuerlige fundamenterQ_umed

hvoricer jordens samhørighed (i kN / m² eller lb / ft²), ​ger jordens effektive enhedsvægt (i kN / m³ eller lb / ft³), ​Der foddybden (i m eller ft) og B er bredden på fodfoden (i m eller ft).

For overfladiske firkantede fundamenter er ligningenQ_umed

og for lave cirkulære fundamenter er ligningen

I nogle variationer erstattes g medγ​.

De andre variabler afhænger af andre beregninger.N_qer

​N_cer 5,14 forф '= 0og

for alle andre værdier af ф ',Nger:

​K_sopnås ved at tegne størrelserne og bestemme hvilken værdi afK_sredegør for de observerede tendenser. Nogle brugerN_g = 2 (N_q+1) tanF '/ (1 + .4sin4​​ф ')som en tilnærmelse uden at skulle beregneK​​s.​

Der kan være situationer, hvor jorden viser tegn på lokalforskydningsfejl. Dette betyder, at jordstyrken ikke kan vise tilstrækkelig styrke til fundamentet, fordi modstanden mellem partiklerne i materialet ikke er stor nok. I disse situationer er det firkantede fundaments ultimative bæreevneQ_u = .867c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g ,det kontinuerlige fundament er isQu = 2/3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng og det cirkulære fundament erQ​_u ​= .867c N​_c ​+ g D N​_q ​+ 0,3 g B N​​_g​.

Dybe fundamenter inkluderer pier fundamenter og caissons. Ligningen til beregning af den ultimative bæreevne for denne type jord er erQ_u = Q_s + Q_f hvoriQ_uer den ultimative bæreevne (i kN / m² eller lb / ft²), ​Q_ser den teoretiske bæreevne for fundamentets spids (i kN / m² eller lb / ft²) ogQ_fer den teoretiske bæreevne på grund af akselfriktion mellem akslen og jorden. Dette giver dig en anden formel til jordens bæreevne

Du kan beregne det teoretiske fundament (tip) kapacitetsgrundlagQ_ssomQ_s = A_sq_shvoriQ_ser den teoretiske bæreevne for endelejet (i kN / m² eller lb / ft²) ogEN_ser det effektive område af spidsen (i m² eller ft²).

Den teoretiske enhed spidsebærende kapacitet af samhørighedsfri siltjordq_serqDN_qog for sammenhængende jord9c,(begge i kN / m² eller lb / ft²). ​D_cer den kritiske dybde for bunker i løse silter eller sand (i m eller ft). Dette burde være10Btil løse silte og sand,15Btil silte og sand med moderat tæthed og20Btil meget tæt silte og sand.

For hud (aksel) friktionskapacitet af pælefundament, den teoretiske bæreevneQ_ferEN_fq_ffor et enkelt homogent jordlag ogpSq_fLtil mere end et lag jord. I disse ligningerEN_f er det effektive overfladeareal af pæleakslen,q_ferkstan (d), den teoretiske enhedsfriktionskapacitet for samhørighedsfri jord (i kN / m² eller lb / ft), hvoriker det laterale jordtryk,ser det effektive overbelastningstryk ogder den eksterne friktionsvinkel (i grader).Ser sammenlægningen af ​​forskellige jordlag (dvs.-en₁​ + ​-en₂​ +... + ​-en_n​).

For silte er denne teoretiske kapacitetc​_EN ​+​ ​kstan (d)hvoric_ENer vedhæftningen. Det er lig medc,sammenhængen af ​​jord til ru beton, rustent stål og bølgepap. For glat beton er værdien.8ctilcog for rent stål er det.5ctil.9c​. ​ser pælens tværsnit (i m eller ft).Ler bunkenes effektive længde (i m eller ft).

Til sammenhængende jordq​_f ​= aS​_u hvor a er adhæsionsfaktoren målt som1-.1 (S_uc)²tilS_ucmindre end 48 kN / m² hvorS_uc = 2cer den ikke-begrænsede kompressionsstyrke (i kN / m² eller lb / ft²). TilS_ucstørre end denne værdi,a = [0,9 + 0,3 (S_uc - 1)] / S_uc​.

Sikkerhedsfaktoren varierer fra 1 til 5 til forskellige anvendelser. Denne faktor kan tage højde for størrelsen af ​​skader, relativ ændring i chancerne for, at et projekt mislykkes, selve jorddata, tolerancekonstruktion og nøjagtighed af designmetoder til analyse.

I tilfælde af forskydningsfejl varierer sikkerhedsfaktoren fra 1,2 til 2,5. For dæmninger og udfyldninger varierer sikkerhedsfaktoren fra 1,2 til 1,6. For støttemure er det 1,5 til 2,0, for forskydningspapir er det 1,2 til 1,6, for afstivet udgravning er det 1,2 til 1,5, for forskydningsspredningsfødder, faktoren er 2 til 3, for måtterunderlag er det 1,7 til 2,5. Ved i modsætning hertil, tilfælde af udsivningsfejl, da materialer siver gennem små huller i rør eller andre materialer, ligger sikkerhedsfaktoren i området fra 1,5 til 2,5 for løft og 3 til 5 for rørføring.

Ingeniører bruger også tommelfingerregler for sikkerhedsfaktoren som 1,5 til støttemure, der væltes med granulat udfyldning, 2,0 til sammenhængende udfyldning, 1,5 til vægge med aktivt jordtryk og 2,0 til dem med passiv jord tryk. Disse sikkerhedsfaktorer hjælper ingeniører med at undgå forskydnings- og udsivningsfejl, såvel som jorden kan bevæge sig som et resultat af lastlejerne på den.

Bevæbnet med testresultaterne beregner ingeniører, hvor meget belastning jorden sikkert kan bære. Fra og med den vægt, der kræves for at skære jorden, tilføjer de en sikkerhedsfaktor, så strukturen aldrig anvender tilstrækkelig vægt til at deformere jorden. De kan justere fodaftrykket og dybden af ​​et fundament for at holde sig inden for denne værdi. Alternativt kan de komprimere jorden for at øge dens styrke ved f.eks. At bruge en rulle til at komprimere løst fyldmateriale til en vejseng.

Metoder til bestemmelse af jordens bæreevne involverer det maksimale tryk, som fundamentet kan udøve på jorden, således at den acceptable sikkerhedsfaktor mod forskydningsfejl er under fundamentet, og den acceptable samlede og differentielle afregning er mødte.

Den ultimative bæreevne er det mindste tryk, der ville forårsage forskydningsfejl i støttejorden umiddelbart under og ved siden af ​​fundamentet. De tager højde for forskydningsstyrke, tæthed, permeabilitet, intern friktion og andre faktorer, når man bygger strukturer på jord.

Ingeniører bruger deres bedste vurdering med disse metoder til at bestemme jordens bæreevne, når de udfører mange af disse målinger og beregninger. Den effektive længde kræver, at ingeniøren træffer et valg om, hvor man skal starte og stoppe målingen. Som en metode kan ingeniøren vælge at bruge bunkedybden og fratrække forstyrrede overfladejord eller blandinger af jord. Ingeniøren kan også vælge at måle det som længden af ​​et pelsegment i et enkelt jordlag af jord, der består af mange lag.

Ingeniører skal tage højde for jord som blandinger af individuelle partikler, der bevæger sig i forhold til hinanden. Disse enheder af jord kan studeres for at forstå fysikken bag disse bevægelser ved bestemmelse vægten, kraften og andre mængder i forhold til de bygninger og projekter, ingeniører bygger på dem.

Forskydningsfejl kan skyldes de belastninger, der påføres jord, der får partiklerne til at modstå hinanden og spredes på måder, der er skadelige for opbygningen. Af denne grund skal ingeniører være forsigtige med at vælge design og jord med passende forskydningsstyrker.

DetMohr Circlekan visualisere forskydningsspændingerne på de planer, der er relevante for byggeprojekter. Mohr Circle of Stresses bruges i geologisk forskning i jordprøvning. Det indebærer anvendelse af cylinderformede jordprøver, således at den radiale og aksiale spænding virker på jordlagene beregnet ved hjælp af planer. Forskere bruger derefter disse beregninger til at bestemme bæreevnen for jord i fundamentet.

Forskere inden for fysik og teknik kan klassificere jord, sand og grus efter deres størrelse og kemiske bestanddele. Ingeniører måler det specifikke overfladeareal af disse bestanddele som forholdet mellem overfladearealet af partikler og massen af ​​partiklerne som en metode til klassificering af dem.

Kvarts er den mest almindelige komponent i silt og sand, og glimmer og feltspat er andre almindelige komponenter. Lermineraler som montmorillonit, illit og kaolinit udgør ark eller strukturer, der er pladelignende med store overfladearealer. Disse mineraler har specifik overfladearear fra 10 til 1.000 kvadratmeter pr. Gram fast stof.

Dette store overfladeareal muliggør kemiske, elektromagnetiske og van der Waals-interaktioner. Disse mineraler kan være meget følsomme over for den mængde væske, der kan passere gennem deres porer. Ingeniører og geofysikere kan bestemme hvilke typer ler der findes i forskellige projekter for at beregne virkningerne af disse kræfter for at tage højde for dem i deres ligninger.

Jord med ler med høj aktivitet kan være meget ustabile, fordi de er meget følsomme over for væske. De svulmer op i nærvær af vand og krymper i dets fravær. Disse kræfter kan forårsage revner i det fysiske fundament af bygninger. På den anden side kan materialer, der er ler med lav aktivitet, der er dannet under mere stabil aktivitet, være meget lettere at arbejde med.

Geotechdata.info har en liste over jordbæreevneværdier, du kan bruge som et jordbærende kapacitetstabel.