Kuinka lasketaan maaperän kantavuus

maaperän kantavuussaadaan yhtälöllä

jossaQ_aon sallittu kantavuus (kN / m² tai lb / ft²), ​Q_uon lopullinen kantavuus (kN / m² tai lb / ft²) ja FS on turvallisuustekijä. Lopullinen kantavuusQ_uon kantokyvyn teoreettinen raja.

Aivan kuten Pisan kalteva torni nojaa maaperän muodonmuutoksen takia, insinöörit käyttävät näitä laskelmia määritellessään rakennusten ja talojen painoa. Kun insinöörit ja tutkijat asettavat perustan, heidän on varmistettava, että heidän projektinsa ovat ihanteellisia sitä tukevalle maalle. Kantavuus on yksi menetelmä tämän lujuuden mittaamiseksi. Tutkijat voivat laskea maaperän kantokyvyn määrittämällä maaperän ja siihen asetetun materiaalin välisen kosketuspaineen rajan.

Nämä laskelmat ja mittaukset tehdään projekteille, joihin liittyy sillan perustuksia, tukiseiniä, padoja ja putkia, jotka kulkevat maan alla. He luottavat maaperän fysiikkaan tutkimalla veden huokosveden paineen aiheuttamien erojen luonnetta perustuksen taustalla oleva materiaali ja maaperän hiukkasten välinen rakeiden välinen tehokas jännitys itse. Ne riippuvat myös maaperän hiukkasten välisten tilojen nestemekaniikasta. Tämä vastaa halkeilua, vuotoa ja itse maaperän leikkauslujuutta.

Seuraavissa osissa käsitellään yksityiskohtaisemmin näitä laskelmia ja niiden käyttöä.

Matalat perustukset sisältävät nauhat, neliön ja pyöreät pohjat. Syvyys on yleensä 3 metriä ja mahdollistaa halvemmat, helpommat ja helpommin siirrettävät tulokset.

​Terzaghi Ultimate Laakerikapasiteettiteoriasanelee, että voit laskea matalan jatkuvan perustuksen lopullisen kantokyvynQ_ukanssa

jossacon maaperän koheesio (kN / m² tai lb / ft²), ​gon maaperän tehollinen yksikköpaino (kN / m³ tai lb / ft³), ​D.on pohjan syvyys (metreinä tai ft) ja B on pohjan leveys (metreinä tai jalkoina).

Matalan neliön perustusten yhtälö onQ_ukanssa

ja matalien pyöreiden perustusten yhtälö on

Joissakin muunnelmissa g korvataanγ​.

Muut muuttujat riippuvat muista laskelmista.N_qOn

​N_con 5,14ф '= 0ja

kaikille muille ф '-arvoille,NgOn:

​K_ssaadaan piirtämällä määrät ja määrittämällä, minkä arvonK_shuomioon havaitut suuntaukset. Jotkut käyttävätN_g = 2 (N_q+1) tanf '/ (1 + .4sin4​​ф ')likiarvona tarvitsematta laskeaK​​s.​

Voi olla tilanteita, joissa maaperässä on paikallisen merkkejäleikkausvirhe. Tämä tarkoittaa, että maaperän lujuus ei voi osoittaa riittävästi lujuutta perustukselle, koska materiaalin hiukkasten välinen vastus ei ole tarpeeksi suuri. Näissä tilanteissa neliön perustan lopullinen kantavuus onQ_u = .867c N_c + g D N_q + 0,4 g BN_g ,jatkuvan perustuksen isQu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng ja pyöreät perustukset ovatQ​_u ​= .867c N​_c ​+ g D N​_q ​+ 0,3 g BN​​_g​.

Syviin perustuksiin kuuluvat laiturien perustukset ja kessonit. Yhtälö tämän tyyppisen maaperän lopullisen kantokyvyn laskemiseksi onQ_u = Q_s + Q_f jossaQ_uon lopullinen kantavuus (kN / m² tai lb / ft²), ​Q_son perustan kärjen teoreettinen kantavuus (kN / m² tai lb / ft²) jaQ_fon teoreettinen kantokyky, joka johtuu akselin ja maan välisestä kitkasta. Tämä antaa sinulle toisen kaavan maaperän kantokyvylle

Voit laskea teoreettisen päätelaakerin (kärjen) kapasiteetin perustanQ_skutenQ_s = A_sq_sjossaQ_son päätelaakerin teoreettinen kantavuus (kN / m² tai lb / ft²) jaA_son kärjen tehollinen pinta-ala (metreinä)² tai ft²).

Teoreettinen yksikkökärkikapasiteetti koheesioisilla lietemäilläq_sOnqDN_qja yhtenäisen maaperän osalta9c,(molemmat yksikköinä kN / m² tai lb / ft²). ​D._con kriittinen syvyys löysille suloille tai hiekalle (metreinä tai jalkoina). Tämän pitäisi olla10Blöysille suloille ja hiekalle,15Bkohtalaisen tiheälle sulalle ja hiekalle20Berittäin tiheälle sulalle ja hiekalle.

Paalun perustuksen ihon (akselin) kitkakapasiteetille teoreettinen kantavuusQ_fOnA_fq_fyhdelle homogeeniselle maaperäkerrokselle japSq_fLuseammalle kuin yhdelle maaperäkerrokselle. Näissä yhtälöissäA_f on paaluakselin tehollinen pinta-ala,q_fOnkstan (d), teoreettinen yksikön kitkakapasiteetti koheesioittomille maaperille (kN / m² tai lb / ft) jossakon sivuttainen maapaine,son tehokas ylikuormituspaine jadon ulkoinen kitkakulma (asteina).Son erilaisten maaperäkerrosten summaa₁​ + ​a₂​ +... + ​a_n​).

Silteille tämä teoreettinen kapasiteetti onc​_A ​+​ ​kstan (d)jossac_Aon tarttuvuus. Se on yhtä suuri kuinc,karkean betonin, ruostuneen teräksen ja aaltopahvin maaperän koheesio. Sileän betonin arvo on.8cettäcja puhtaalle teräkselle se on.5cettä.9c​. ​son paalun poikkileikkauksen kehä (metreinä tai ft).Lon paalun tehollinen pituus (metreinä tai ft).

Yhteenkuuluvalle maaperälleq​_f ​= aS​_u jossa a on tarttumiskerroin mitattuna muodossa1 - .1 (S_uc)²vartenS_ucalle 48 kN / m² missäS_uc = 2con rajoittamaton puristuslujuus (kN / m² tai lb / ft²). SilläS_ucsuurempi kuin tämä arvo,a = [0,9 + 0,3 (S_uc - 1)] / S_uc​.

Turvakerroin vaihtelee välillä 1 - 5 eri käyttötarkoituksiin. Tämä tekijä voi selittää vaurioiden suuruuden, suhteellisen muutoksen projektin epäonnistumismahdollisuuksissa, itse maaperätiedot, toleranssirakenteen ja suunnittelun analyysimenetelmien tarkkuuden.

Leikkaushäiriöiden tapauksessa turvakerroin vaihtelee välillä 1,2 - 2,5. Patojen ja täytteiden turvallisuustekijä vaihtelee välillä 1,2 - 1,6. Tukiseinien osalta se on 1,5 - 2,0, leikkauslevyjen paalutuksessa se on 1,2-1,6, jäykillä kaivauksilla se on 1,2-1,5, leikkaushajotetuilla alustoilla kerroin on 2-3, maton alustoilla 1,7-2,5. Tekijä Sitä vastoin vuotovirheitä, kun materiaalit tunkeutuvat pienten reikien läpi putkiin tai muihin materiaaleihin, turvakerroin vaihtelee 1,5: stä 2,5: een nousussa ja 3 - 5: ssä putkisto.

Insinöörit käyttävät myös turvakertoimen nyrkkisääntöjä 1,5 rakeisilla kaatuneilla tukiseinillä täyttö, 2,0 yhtenäiselle täytölle, 1,5 aktiivisen maapaineen omaaville seinille ja 2,0 passiiviselle maalle paineet. Nämä turvallisuustekijät auttavat insinöörejä välttämään leikkaus- ja imuvikoja, ja maaperä voi liikkua sen kantavien laakereiden seurauksena.

Testituloksilla varustetut insinöörit laskevat, kuinka paljon kuormaa maaperä voi turvallisesti kantaa. Maaperän leikkaamiseen tarvittavasta painosta alkaen ne lisäävät turvakertoimen, joten rakenne ei koskaan käytä riittävästi painoa maaperän muodonmuutokseen. He voivat säätää perustuksen jalanjälkeä ja syvyyttä pysyäkseen tuossa arvossa. Vaihtoehtoisesti ne voivat puristaa maaperän lujuuden lisäämiseksi esimerkiksi käyttämällä telaa löysän täyteaineen tiivistämiseen tienpohjalle.

Menetelmiin maaperän kantokyvyn määrittämiseksi liittyy suurin paine, jonka perustus voi kohdistaa maaperään siten, että hyväksyttävä varmuuskerroin leikkaushäiriöitä vastaan ​​on perustan alapuolella ja hyväksyttävä kokonais- ja erotuslaskenta ovat tavannut.

Lopullinen kantokyky on vähimmäispaine, joka aiheuttaisi alustan alapuolella ja vieressä olevan tukimaaperän leikkaushäiriön. Ne ottavat huomioon leikkauslujuuden, tiheyden, läpäisevyyden, sisäisen kitkan ja muut tekijät rakentaessaan maaperälle.

Insinöörit käyttävät parhaan harkintansa näillä menetelmillä maaperän kantokyvyn määrittämiseksi suorittaessaan monia näistä mittauksista ja laskelmista. Tehollinen pituus edellyttää, että insinööri valitsee, mistä aloittaa ja lopettaa mittaus. Yhtenä menetelmänä insinööri voi valita paalun syvyyden ja vähentää häiriöt pintamaaperät tai maaperän seokset. Insinööri voi myös päättää mitata sen paalun segmentin pituudeksi yhdessä maaperäkerroksessa, joka koostuu monista kerroksista.

Insinöörien on otettava huomioon maaperä yksittäisten hiukkasten seoksina, jotka liikkuvat toistensa suhteen. Näitä maaperän yksikköjä voidaan tutkia ymmärtämään näiden liikkeiden fysiikka määritettäessä paino, voima ja muut määrät suhteessa rakennuksiin ja projektiin, joihin insinöörit rakentavat niitä.

Leikkaushäiriö voi johtua maaperään kohdistuvista rasituksista, jotka saavat partikkelit vastustamaan toisiaan ja leviämään rakennukselle haitallisilla tavoilla. Tästä syystä insinöörien on oltava varovaisia ​​valitessaan sopivan leikkauslujuuden omaavia malleja ja maaperää.

Mohr-ympyräosaa visualisoida rakennushankkeiden kannalta merkityksellisten tasojen leikkausjännitykset. Mohrin stressipyörää käytetään maaperätestauksen geologisessa tutkimuksessa. Siihen sisältyy sylinterimäisten maaperänäytteiden käyttö siten, että säteittäinen ja aksiaalinen jännitys vaikuttaa maaperän kerroksiin laskettuna tasojen avulla. Tämän jälkeen tutkijat käyttävät näitä laskelmia maaperän kantokyvyn määrittämiseen perustuksissa.

Fysiikan ja tekniikan tutkijat voivat luokitella maaperän, hiekan ja soran koon ja kemiallisten ainesosien mukaan. Insinöörit mittaavat näiden ainesosien ominaispinta-alan hiukkasten pinta-alan ja hiukkasten massan suhteena yhtenä menetelmänä niiden luokittelemiseksi.

Kvartsi on lieteen ja hiekan yleisin komponentti, ja kiille ja maasälpä ovat muita yleisiä komponentteja. Savimineraalit, kuten montmorilloniitti, illiitti ja kaoliniitti, muodostavat levymaisia ​​levyjä tai rakenteita, joiden pinta-ala on suuri. Näiden mineraalien ominaispinta-ala on 10-1000 neliömetriä grammaa kiinteää ainetta kohti.

Tämä suuri pinta-ala mahdollistaa kemiallisen, sähkömagneettisen ja van der Waalsin vuorovaikutuksen. Nämä mineraalit voivat olla hyvin herkkiä huokostensa läpi mahdollisesti kulkevalle nestemäärälle. Insinöörit ja geofyysikot voivat määrittää eri projekteissa esiintyvät savityypit laskeakseen näiden voimien vaikutukset huomioiden ne yhtälöissään.

Maat, joissa on erittäin aktiivista savea, voivat olla hyvin epävakaita, koska ne ovat hyvin herkkiä nesteelle. Ne turpoavat veden läsnä ollessa ja kutistuvat ilman sitä. Nämä voimat voivat aiheuttaa halkeamia rakennusten fyysisessä perustuksessa. Toisaalta materiaalit, jotka ovat matalan aktiivisuuden savia, jotka muodostuvat vakaammassa toiminnassa, voivat olla paljon helpompia työskennellä.

Geotechdata.info on luettelo maaperän kantavuusarvoista, joita voit käyttää maaperän kantavuuskaaviona.