So berechnen Sie die Tragfähigkeit von Böden

DasTragfähigkeit des Bodensist gegeben durch die Gleichung

in welchemQ_einist die zulässige Tragfähigkeit (in kN/m² oder lb/ft²), ​Q_duist die maximale Tragfähigkeit (in kN/m² oder lb/ft²) und FS ist der Sicherheitsfaktor. Die ultimative TragfähigkeitQ_duist die theoretische Grenze der Tragfähigkeit.

Ähnlich wie sich der schiefe Turm von Pisa aufgrund der Verformung des Bodens neigt, verwenden Ingenieure diese Berechnungen, um das Gewicht von Gebäuden und Häusern zu bestimmen. Wenn Ingenieure und Forscher das Fundament legen, müssen sie sicherstellen, dass ihre Projekte ideal für den Untergrund sind, der sie unterstützt. Die Tragfähigkeit ist eine Methode zur Messung dieser Stärke. Forscher können die Tragfähigkeit des Bodens berechnen, indem sie die Grenze des Kontaktdrucks zwischen dem Boden und dem darauf aufgebrachten Material bestimmen.

Diese Berechnungen und Messungen werden bei Projekten mit Brückenfundamenten, Stützmauern, Dämmen und unterirdisch verlaufenden Rohrleitungen durchgeführt. Sie stützen sich auf die Physik des Bodens, indem sie die Art der Unterschiede untersuchen, die durch den Porenwasserdruck der Untergrundmaterial und die intergranulare effektive Spannung zwischen den Bodenpartikeln sich. Sie hängen auch von der Strömungsmechanik der Räume zwischen den Bodenpartikeln ab. Dies berücksichtigt Rissbildung, Versickerung und die Scherfestigkeit des Bodens selbst.

Die folgenden Abschnitte gehen detaillierter auf diese Berechnungen und ihre Verwendung ein.

Flachfundamente umfassen Streifenfundamente, Quadratfundamente und Rundfundamente. Die Tiefe beträgt normalerweise 3 Meter und ermöglicht kostengünstigere, praktikablere und leichter übertragbare Ergebnisse.

​Terzaghi ultimative Tragfähigkeitstheorieschreibt vor, dass Sie die maximale Tragfähigkeit für flache durchgehende Fundamente berechnen könnenQ_dumit

in welchemcist der Zusammenhalt des Bodens (in kN/m² oder lb/ft²), ​Gist das effektive Einheitsgewicht des Bodens (in kN/m³ oder lb/ft³), ​Dist die Tiefe des Fundaments (in m oder ft) und B ist die Breite des Fundaments (in m oder ft).

Für flache quadratische Fundamente lautet die GleichungQ_dumit

und für flache kreisförmige Fundamente lautet die Gleichung

In einigen Variationen wird das g ersetzt durchγ​.

Die anderen Variablen hängen von anderen Berechnungen ab.Nein_qist

​Nein_cist 5,14 für'=0und

für alle anderen Werte von ф',Ngist:

​K_pgergibt sich aus der grafischen Darstellung der Größen und der Bestimmung, welcher Wert vonK_pgberücksichtigt die beobachteten Trends. Einige verwendenNein_G = 2(N_q+1)tanф'/(1+.4sin4​​ф')als Näherung ohne BerechnungK​​s.​

Es kann Situationen geben, in denen der Boden Anzeichen lokalerScherversagen. Dies bedeutet, dass die Bodenfestigkeit nicht genügend Festigkeit für das Fundament aufweisen kann, da der Widerstand zwischen den Partikeln im Material nicht groß genug ist. In diesen Situationen beträgt die maximale Tragfähigkeit des quadratischen FundamentsQ_du = 0,867c N_c + g D N_q + 0,4 g BN_G ,das kontinuierliche Fundament ist isoQu = 2/3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng und das kreisförmige Fundament isQ​_du ​= 0,867c N​_c ​+ g D N​_q ​+ 0,3 g BN​​_G​.

Tiefgründungen umfassen Pfeilerfundamente und Senkkästen. Die Gleichung zur Berechnung der Tragfähigkeit dieses Bodentyps lautetQ_du = Q_p + Q_f in welchemQ_duist die maximale Tragfähigkeit (in kN/m² oder lb/ft²), ​Q_pist die theoretische Tragfähigkeit für die Fundamentspitze (in kN/m² oder lb/ft²) undQ_fist die theoretische Tragfähigkeit aufgrund der Wellenreibung zwischen Welle und Boden. Dies gibt Ihnen eine andere Formel für die Tragfähigkeit des Bodens

Sie können das theoretische Fundament der Tragfähigkeit des Endlagers (Spitze) berechnen calculateQ_pwieQ_p = A_pq_pin welchemQ_pist die theoretische Tragfähigkeit für das Endlager (in kN/m² oder lb/ft²) undEIN_pist die wirksame Fläche der Spitze (in m² oder ft²).

Die theoretische Einheit Kopftragfähigkeit von kohäsionslosen Schluffbödenq_pistqDN_qund bei bindigen Böden,9c,(beide in kN/m² oder lb/ft²). ​D_cist die kritische Tiefe für Pfähle in lockerem Schluff oder Sand (in m oder ft). Das sollte sein10Bfür lose Schlicke und Sande,15Bfür Schluffe und Sande mit mittlerer Dichte und20Bfür sehr dichte Schluffe und Sande.

Für die Schalen-(Wellen-)Reibungskapazität der Pfahlgründung ist die theoretische TragfähigkeitQ_fistEIN_fq_ffür eine einzige homogene Bodenschicht undpsq_fLfür mehr als eine Bodenschicht. In diesen GleichungenEIN_f ist die wirksame Oberfläche des Pfahlschaftes,q_fistkstan (d), die theoretische Einheitsreibungskapazität für kohäsionslose Böden (in kN/m² oder lb/ft), wobeikist der seitliche Erddruck,soist der effektive Überlagerungsdruck unddist der äußere Reibungswinkel (in Grad).Sist die Summation unterschiedlicher Bodenschichten (d.h.ein₁​ + ​ein₂​ +... + ​ein_nein​).

Für Schlick beträgt diese theoretische Kapazitätc​_EIN ​+​ ​kstan (d)in welchemc_EINist die Haftung. Es ist gleichc,den Zusammenhalt des Bodens für rauen Beton, rostigen Stahl und Wellblech. Für glatten Beton beträgt der Wert.8czuc, und für sauberen Stahl ist es.5czu.9c​. ​pist der Umfang des Pfahlquerschnitts (in m oder ft).List die effektive Länge des Pfahls (in m oder ft).

Bei bindigen Böden,q​_f ​= aS​_du wobei a der Adhäsionsfaktor ist, gemessen als1-.1(S_uc)²zumS_ucweniger als 48 kN/m² woS_uc = 2cist die eingespannte Druckfestigkeit (in kN/m² oder lb/ft²). ZumS_ucgrößer als dieser Wert,a = [0,9 + 0,3(S_uc - 1)]/S_uc​.

Der Sicherheitsfaktor reicht von 1 bis 5 für verschiedene Anwendungen. Dieser Faktor kann das Ausmaß des Schadens, die relative Änderung der Wahrscheinlichkeit, dass ein Projekt scheitern kann, die Bodendaten selbst, die Toleranzkonstruktion und die Genauigkeit der Entwurfsmethoden der Analyse erklären.

Bei Schubversagen variiert der Sicherheitsfaktor von 1,2 bis 2,5. Für Dämme und Schüttungen reicht der Sicherheitsfaktor von 1,2 bis 1,6. Bei Stützmauern sind es 1,5 bis 2,0, bei Schubspundwänden 1,2 bis 1,6, bei versteiften Baugruben 1,2 bis 1,5, bei Schubspundfundamenten 2 bis 3, bei Mattenfundamenten 1,7 bis 2,5. Durch Bei Sickerversagen hingegen, wenn Materialien durch kleine Löcher in Rohren oder anderen Materialien sickern, reicht der Sicherheitsfaktor von 1,5 bis 2,5 für Auftrieb und 3 bis 5 für Rohrleitungen.

Auch für Stützmauern, die mit Granulat umgestürzt werden, verwenden Ingenieure Faustregeln für den Sicherheitsfaktor 1,5 Hinterfüllung, 2,0 für kohäsive Hinterfüllung, 1,5 für Wände mit aktivem Erddruck und 2,0 für Wände mit passiver Erde Drücke. Diese Sicherheitsfaktoren helfen Ingenieuren, Scher- und Versickerungsausfälle zu vermeiden sowie eine Bewegung des Bodens aufgrund der darauf befindlichen Lasten zu vermeiden.

Ausgehend von den Testergebnissen berechnen die Ingenieure, wie viel Belastung der Boden sicher tragen kann. Beginnend mit dem Gewicht, das zum Scheren des Bodens erforderlich ist, fügen sie einen Sicherheitsfaktor hinzu, sodass die Struktur nie genug Gewicht aufbringt, um den Boden zu verformen. Sie können die Grundfläche und die Tiefe eines Fundaments anpassen, um diesen Wert einzuhalten. Alternativ können sie den Boden komprimieren, um seine Festigkeit zu erhöhen, indem sie beispielsweise eine Walze zum Verdichten von losem Füllmaterial für eine Straßenbettung verwenden.

Methoden zur Bestimmung der Tragfähigkeit des Bodens beziehen sich auf den maximalen Druck, den das Fundament auf den Boden ausüben kann, so dass der akzeptable Sicherheitsfaktor gegen Schubversagen liegt unterhalb des Fundaments und die akzeptable Gesamt- und Differenzsetzung beträgt getroffen.

Die maximale Tragfähigkeit ist der minimale Druck, der das Scherversagen des tragenden Bodens unmittelbar unter und neben dem Fundament verursachen würde. Sie berücksichtigen Scherfestigkeit, Dichte, Durchlässigkeit, innere Reibung und andere Faktoren beim Bau von Bauwerken auf Erdreich.

Ingenieure verwenden bei diesen Methoden zur Bestimmung der Tragfähigkeit des Bodens ihr bestes Urteilsvermögen, wenn sie viele dieser Messungen und Berechnungen durchführen. Die effektive Länge erfordert, dass der Ingenieur eine Wahl trifft, wo die Messung gestartet und beendet werden soll. Als eine Methode kann der Ingenieur wählen, die Pfahltiefe zu verwenden und alle gestörten Oberflächenböden oder Bodenmischungen zu subtrahieren. Der Ingenieur kann auch die Länge eines Pfahlsegments in einer einzelnen Bodenschicht messen, die aus vielen Schichten besteht.

Ingenieure müssen Böden als Mischungen einzelner Partikel berücksichtigen, die sich relativ zueinander bewegen. Diese Bodeneinheiten können untersucht werden, um die Physik hinter diesen Bewegungen bei der Bestimmung zu verstehen das Gewicht, die Kraft und andere Größen in Bezug auf die Gebäude und Projekte, auf die Ingenieure bauen Sie.

Ein Scherversagen kann aus den auf den Boden ausgeübten Belastungen resultieren, die bewirken, dass die Partikel sich gegenseitig widerstehen und sich auf eine für das Gebäude schädliche Weise verteilen. Aus diesem Grund müssen Ingenieure bei der Auswahl von Konstruktionen und Böden mit geeigneten Scherfestigkeiten vorsichtig sein.

DasMohr-Kreiskann die Schubspannungen auf den für Bauvorhaben relevanten Ebenen visualisieren. Der Mohr-Spannungskreis wird in der geologischen Bodenuntersuchung verwendet. Dabei werden zylinderförmige Bodenproben so verwendet, dass die radialen und axialen Spannungen auf die Bodenschichten wirken, berechnet mit Ebenen. Mit diesen Berechnungen ermitteln die Forscher dann die Tragfähigkeit von Böden in Fundamenten.

Physiker und Ingenieure können Böden, Sande und Kies nach Größe und chemischen Bestandteilen klassifizieren. Ingenieure messen die spezifische Oberfläche dieser Bestandteile als Verhältnis der Oberfläche der Partikel zur Masse der Partikel, um sie zu klassifizieren.

Quarz ist der häufigste Bestandteil von Schluff und Sand und Glimmer und Feldspat sind weitere häufige Bestandteile. Tonminerale wie Montmorillonit, Illit und Kaolinit bilden Platten oder Strukturen, die plattenförmig mit großen Oberflächen sind. Diese Mineralien haben eine spezifische Oberfläche von 10 bis 1.000 Quadratmetern pro Gramm Feststoff.

Diese große Oberfläche ermöglicht chemische, elektromagnetische und Van-der-Waals-Wechselwirkungen. Diese Mineralien können sehr empfindlich auf die Flüssigkeitsmenge reagieren, die durch ihre Poren fließen kann. Ingenieure und Geophysiker können die in verschiedenen Projekten vorhandenen Tonarten bestimmen, um die Auswirkungen dieser Kräfte zu berechnen, um sie in ihren Gleichungen zu berücksichtigen.

Böden mit hochaktiven Tonen können sehr instabil sein, da sie sehr flüssigkeitsempfindlich sind. Sie quellen in Gegenwart von Wasser und schrumpfen in Abwesenheit von Wasser. Diese Kräfte können Risse im physischen Fundament von Gebäuden verursachen. Andererseits können Materialien, bei denen es sich um Tone mit geringer Aktivität handelt, die unter stabilerer Aktivität gebildet werden, viel einfacher zu bearbeiten sein.

Geotechdaten.info hat eine Liste von Bodentragfähigkeitswerten, die Sie als Bodentragfähigkeitsdiagramm verwenden können.