Πώς να υπολογίσετε τη φέρουσα ικανότητα των εδαφών

οφέρουσα ικανότητα εδάφουςδίνεται από την εξίσωση

στο οποίοΕρ_έναείναι η επιτρεπόμενη φέρουσα ικανότητα (σε kN / m² ή lb / ft²), ​Ερ_εσύείναι η τελική φέρουσα ικανότητα (σε kN / m² ή lb / ft²) και το FS είναι ο παράγοντας ασφάλειας. Η απόλυτη φέρουσα ικανότηταΕρ_εσύείναι το θεωρητικό όριο της φέρουσας ικανότητας.

Όπως και ο Κλίνοντας Πύργος της Πίζας λόγω της παραμόρφωσης του εδάφους, οι μηχανικοί χρησιμοποιούν αυτούς τους υπολογισμούς όταν καθορίζουν το βάρος των κτιρίων και των σπιτιών. Καθώς οι μηχανικοί και οι ερευνητές θέτουν τα θεμέλια, πρέπει να διασφαλίσουν ότι τα έργα τους είναι ιδανικά για το έδαφος που το υποστηρίζει. Η φέρουσα ικανότητα είναι μια μέθοδος μέτρησης αυτής της αντοχής. Οι ερευνητές μπορούν να υπολογίσουν τη φέρουσα ικανότητα του εδάφους καθορίζοντας το όριο της πίεσης επαφής μεταξύ του εδάφους και του υλικού που τοποθετείται σε αυτό.

Αυτοί οι υπολογισμοί και οι μετρήσεις εκτελούνται σε έργα που περιλαμβάνουν θεμέλια γεφυρών, τοίχους συγκράτησης, φράγματα και αγωγούς που λειτουργούν υπόγεια. Στηρίζονται στη φυσική του εδάφους μελετώντας τη φύση των διαφορών που προκαλούνται από την πίεση των πόρων στο νερό υλικό στο οποίο βασίζεται το θεμέλιο και η δια-κοκκώδης αποτελεσματική τάση μεταξύ των σωματιδίων του εδάφους τους εαυτούς τους. Εξαρτώνται επίσης από τη μηχανική ρευστών των χώρων μεταξύ των σωματιδίων του εδάφους. Αυτό εξηγεί τη ρωγμή, τη διαρροή και την αντοχή διάτμησης του ίδιου του εδάφους.

Οι ακόλουθες ενότητες αναφέρονται σε περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με αυτούς τους υπολογισμούς και τις χρήσεις τους.

Τα ρηχά θεμέλια περιλαμβάνουν βάσεις λωρίδων, τετράγωνες βάσεις και κυκλικές βάσεις. Το βάθος είναι συνήθως 3 μέτρα και επιτρέπει φθηνότερα, πιο εφικτά και πιο εύκολα μεταφερόμενα αποτελέσματα.

​Terzaghi Ultimate Bearing Capacity Theoryυπαγορεύει ότι μπορείτε να υπολογίσετε την τελική φέρουσα ικανότητα για ρηχά συνεχή θεμέλιαΕρ_εσύμε

στο οποίοντοείναι η συνοχή του εδάφους (σε kN / m² ή lb / ft²), ​σολείναι το πραγματικό μοναδιαίο βάρος του εδάφους (σε kN / m³ ή lb / ft³), ​ρεείναι το βάθος της βάσης (σε m ή ft) και το B είναι το πλάτος της βάσης (σε m ή ft).

Για τα ρηχά τετράγωνα θεμέλια, η εξίσωση είναιΕρ_εσύμε

και, για ρηχά κυκλικά θεμέλια, η εξίσωση είναι

Σε ορισμένες παραλλαγές, το g αντικαθίσταται μεγ​.

Οι άλλες μεταβλητές εξαρτώνται από άλλους υπολογισμούς.Ν_εείναι

​Ν_ντοείναι 5,14 γιαф '= 0και

για όλες τις άλλες τιμές του ф ',Αρείναι:

​κ_σελλαμβάνεται από τη γραφική παράσταση των ποσοτήτων και τον προσδιορισμό της τιμήςκ_σελαντιπροσωπεύει τις τάσεις που παρατηρήθηκαν. Κάποια χρήσηΝ_σολ = 2 (Ν_ε+1) tanф '/ (1 + .4sin4​​ф ')ως προσέγγιση χωρίς να χρειάζεται να υπολογίσετεκ​​σελ.​

Μπορεί να υπάρχουν καταστάσεις στις οποίες το έδαφος δείχνει σημάδια τοπικώναποτυχία διάτμησης. 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 τελική φέρουσα ικανότητα του τετραγώνου ιδρύματος είναιΕρ_εσύ = .867c Β_ντο + g Δ Ν_ε + 0,4 g Β Β_σολ ,το συνεχές θεμέλιο είναι το iμικρόQu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng και το κυκλικό θεμέλιο είναιΕρ​_εσύ ​= .867c Β​_ντο ​+ g Δ Ν​_ε ​+ 0,3 g Β Β​​_σολ​.

Τα βαθιά θεμέλια περιλαμβάνουν τα θεμέλια των αποβαθρών και τα caissons. Η εξίσωση για τον υπολογισμό της τελικής φέρουσας ικανότητας αυτού του τύπου εδάφους είναιΕρ_εσύ = Ε_Π + Ε_φά στο οποίοΕρ_εσύείναι η τελική φέρουσα ικανότητα (σε kN / m² ή lb / ft²), ​Ερ_Πείναι η θεωρητική ικανότητα ρουλεμάν για την άκρη του ιδρύματος (σε kN / m² ή lb / ft²) καιΕρ_φάείναι η θεωρητική φέρουσα ικανότητα λόγω τριβής του άξονα μεταξύ του άξονα και του εδάφους. Αυτό σας δίνει μια άλλη φόρμουλα για τη φέρουσα ικανότητα του εδάφους

Μπορείτε να υπολογίσετε το θεωρητικό θεμέλιο χωρητικότητας ρουλεμάν (άκρη)Ερ_Πόπως καιΕρ_Π = Α_Πε_Πστο οποίοΕρ_Πείναι η θεωρητική ικανότητα ρουλεμάν για το τελικό ρουλεμάν (σε kN / m² ή lb / ft²) καιΕΝΑ_Πείναι η αποτελεσματική περιοχή του άκρου (σε m² ή ft²).

Η θεωρητική ικανότητα φέρουσας μονάδας εδάφους χωρίς λάσπη συνοχήςε_ΠείναιqDN_εκαι, για συνεκτικά εδάφη,9γ,(και τα δύο σε kN / m² ή lb / ft²). ​ρε_ντοείναι το κρίσιμο βάθος για πασσάλους σε χαλαρά λάσπη ή άμμο (σε m ή ft). Αυτό πρέπει να είναι10Βγια χαλαρά λάσπη και άμμο,15Βγια άλατα και άμμους μέτριας πυκνότητας και20Βγια πολύ πυκνά λάσπη και άμμο.

Για την ικανότητα τριβής του δέρματος (άξονας) της θεμελίωσης σωρού, η θεωρητική ικανότητα ρουλεμάνΕρ_φάείναιΕΝΑ_φάε_φάγια ένα μόνο ομοιογενές στρώμα εδάφους καιpSq_φάμεγάλογια περισσότερα από ένα στρώματα εδάφους. Σε αυτές τις εξισώσεις,ΕΝΑ_φά είναι η πραγματική επιφάνεια του άξονα,ε_φάείναιΚστάν (δ), η θεωρητική ικανότητα τριβής μονάδας για εδάφη χωρίς συνοχή (σε kN / m² ή lb / ft) στο οποίοκείναι η πλευρική πίεση της γης,μικρόείναι η αποτελεσματική πίεση υπερφόρτωσης καιρεείναι η εξωτερική γωνία τριβής (σε μοίρες).μικρόείναι το άθροισμα των διαφορετικών στρώσεων εδάφους (δηλαδήένα₁​ + ​ένα₂​ +... + ​ένα_ν​).

Για τα λάσπη, αυτή η θεωρητική ικανότητα είναιντο​_ΕΝΑ ​+​ ​Κστάν (δ)στο οποίοντο_ΕΝΑείναι η πρόσφυση. Είναι ίσο μεντο,τη συνοχή του εδάφους για ακατέργαστο σκυρόδεμα, σκουριασμένο χάλυβα και κυματοειδές μέταλλο. Για λείο σκυρόδεμα, η τιμή είναι.8γπρος τηνντοκαι, για καθαρό χάλυβα, είναι.5γπρος την.9γ​. ​Πείναι η περίμετρος της διατομής του σωρού (σε m ή ft).μεγάλοείναι το πραγματικό μήκος του σωρού (σε m ή ft).

Για συνεκτικά εδάφη,ε​_φά ​= αδ​_εσύ όπου a είναι ο συντελεστής πρόσφυσης, μετρούμενος ως1-.1 (S_γιουσ)²Γιαμικρό_γιουσλιγότερο από 48 kN / m² όπουμικρό_γιουσ = 2γείναι η περιορισμένη ισχύς συμπίεσης (σε kN / m² ή lb / ft²). Γιαμικρό_γιουσμεγαλύτερη από αυτήν την τιμή,a = [0,9 + 0,3 (S_γιουσ - 1)] / S_γιουσ​.

Ο παράγοντας ασφαλείας κυμαίνεται από 1 έως 5 για διάφορες χρήσεις. Αυτός ο παράγοντας μπορεί να εξηγήσει το μέγεθος των ζημιών, τη σχετική αλλαγή στις πιθανότητες αποτυχίας ενός έργου, τα ίδια τα δεδομένα του εδάφους, την κατασκευή ανοχής και την ακρίβεια των μεθόδων ανάλυσης του σχεδιασμού.

Για περιπτώσεις αστοχίας διάτμησης, ο παράγοντας ασφαλείας κυμαίνεται από 1,2 έως 2,5. Για φράγματα και γεμίσματα, ο συντελεστής ασφαλείας κυμαίνεται από 1,2 έως 1,6. Για τοίχους συγκράτησης, είναι 1,5 έως 2,0 για συσσώρευση φύλλων διάτμησης, είναι 1,2 έως 1,6, για ανασκαφές, 1,2 έως 1,5, για βάσεις διάτμησης, ο συντελεστής είναι 2 έως 3, για τα πέλματα χαλάρωσης είναι 1,7 έως 2,5. Με Αντίθετα, περιπτώσεις αστοχίας διαρροής, καθώς τα υλικά διαπερνούν μικρές τρύπες σε σωλήνες ή άλλα υλικά, ο παράγοντας ασφαλείας κυμαίνεται από 1,5 έως 2,5 για ανύψωση και 3 έως 5 για σωλήνωση.

Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν επίσης κανόνες για τον παράγοντα ασφαλείας ως 1,5 για τη συγκράτηση των τοιχωμάτων που έχουν ανατραπεί με κοκκώδη συμπλήρωση, 2.0 για συνεκτική συμπλήρωση, 1,5 για τοίχους με ενεργή πίεση γείωσης και 2.0 για άτομα με παθητική γη πιέσεις. Αυτοί οι παράγοντες ασφαλείας βοηθούν τους μηχανικούς να αποφεύγουν τις βλάβες διάτμησης και διαρροής, καθώς και το έδαφος μπορεί να κινηθεί ως αποτέλεσμα των ρουλεμάν σε αυτό.

Οπλισμένοι με τα αποτελέσματα των δοκιμών, οι μηχανικοί υπολογίζουν πόσο φορτίο μπορεί να αντέξει με ασφάλεια το έδαφος. Ξεκινώντας με το βάρος που απαιτείται για τη διάτμηση του εδάφους, προσθέτουν έναν παράγοντα ασφαλείας, έτσι ώστε η δομή να μην εφαρμόζει ποτέ αρκετό βάρος για να παραμορφώσει το έδαφος. Μπορούν να προσαρμόσουν το αποτύπωμα και το βάθος ενός ιδρύματος για να παραμείνουν εντός αυτής της τιμής. Εναλλακτικά, μπορούν να συμπιέσουν το έδαφος για να αυξήσουν την αντοχή του, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας έναν κύλινδρο για να συμπιέσουν το 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 κατά της διάτμησης είναι κάτω από το θεμέλιο και ο αποδεκτός συνολικός και διαφορικός διακανονισμός είναι συνάντησε.

Η τελική φέρουσα ικανότητα είναι η ελάχιστη πίεση που θα μπορούσε να προκαλέσει τη διάτμηση του εδάφους στήριξης αμέσως κάτω και δίπλα στο θεμέλιο. Λαμβάνουν υπόψη τη δύναμη διάτμησης, την πυκνότητα, τη διαπερατότητα, την εσωτερική τριβή και άλλους παράγοντες κατά την κατασκευή δομών 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.

Οι μηχανικοί πρέπει να λάβουν υπόψη τα εδάφη ως μείγματα σωματιδίων που κινούνται σε σχέση μεταξύ τους. Αυτές οι μονάδες εδαφών μπορούν να μελετηθούν για να κατανοήσουν τη φυσική πίσω από αυτές τις κινήσεις κατά τον προσδιορισμό το βάρος, τη δύναμη και άλλες ποσότητες σε σχέση με τα κτίρια και τα έργα στα οποία βασίζονται οι μηχανικοί τους.

Η αστοχία διάτμησης μπορεί να προκύψει από τις τάσεις που ασκούνται στο έδαφος που προκαλούν στα σωματίδια να αντισταθούν το ένα στο άλλο και να διασκορπιστούν με τρόπους που είναι επιζήμιοι για την κατασκευή. Για το λόγο αυτό, οι μηχανικοί πρέπει να είναι προσεκτικοί στην επιλογή σχεδίων και εδαφών με κατάλληλες αντοχές διάτμησης.

οMohr Circleμπορεί να απεικονίσει τις διατμητικές τάσεις στα επίπεδα που σχετίζονται με οικοδομικά έργα. Ο Mohr Circle of Stresses χρησιμοποιείται στη γεωλογική έρευνα του εδάφους. Περιλαμβάνει τη χρήση δειγμάτων εδαφών σε σχήμα κυλίνδρου έτσι ώστε οι ακτινικές και αξονικές τάσεις να δρουν στα στρώματα των εδαφών, υπολογιζόμενες χρησιμοποιώντας επίπεδα. Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποιούν αυτούς τους υπολογισμούς για να προσδιορίσουν τη φέρουσα ικανότητα των εδαφών στα θεμέλια.

Οι ερευνητές στη φυσική και τη μηχανική μπορούν να ταξινομήσουν τα εδάφη, την άμμο και τα χαλίκια με βάση το μέγεθος και τα χημικά συστατικά τους. Οι μηχανικοί μετρούν την ειδική επιφάνεια αυτών των συστατικών ως την αναλογία της επιφάνειας των σωματιδίων προς τη μάζα των σωματιδίων ως μία μέθοδο ταξινόμησης αυτών.

Ο χαλαζίας είναι το πιο συνηθισμένο συστατικό του λάσπης και της άμμου και ο μαρμαρυγίας και ο άστριος είναι άλλα κοινά συστατικά. Ορυκτά αργίλου όπως μοντμοριλονίτης, ιλίτη και καολινίτης συνθέτουν φύλλα ή δομές που μοιάζουν με πλάκες με μεγάλες επιφάνειες. Αυτά τα ορυκτά έχουν ειδικές επιφάνειες από 10 έως 1.000 τετραγωνικά μέτρα ανά γραμμάριο στερεού.

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

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

Geotechdata.info έχει μια λίστα τιμών χωρητικότητας εδράνου εδάφους που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ως γράφημα χωρητικότητας εδράνου εδάφους.