Aa talaj teherbírásaaz egyenlet adja
Q_a = \ frac {Q_u} {FS}
amibenQaa megengedett teherbírás (kN / m2 vagy lb / ft2), Qua végső teherbírás (kN / m2 vagy lb / ft2) és az FS a biztonsági tényező. A végső teherbírásQua teherbírás elméleti határa.
Hasonlóan ahhoz, ahogy a pisai ferde torony a talaj deformációja miatt megdől, a mérnökök ezeket a számításokat használják az épületek és házak tömegének meghatározásakor. Amint a mérnökök és kutatók megalapozzák az alapokat, meg kell győződniük arról, hogy projektjeik ideálisak-e az azt támogató talajhoz. A teherbírás az egyik módszer ennek az erősségnek a mérésére. A kutatók kiszámíthatják a talaj teherbírását a talaj és a rá helyezett anyag közötti érintkezési nyomás határának meghatározásával.
Ezeket a számításokat és méréseket olyan projekteken hajtják végre, amelyek hídalapokat, támfalakat, gátakat és a föld alatt futó csővezetékeket tartalmaznak. A talaj fizikájára támaszkodva tanulmányozzák a pórusvíz nyomása okozta különbségek jellegét az alapot megalapozó anyag és a talajrészecskék közötti szemcsék közötti tényleges feszültség maguk. A talajrészecskék közötti terek folyadékmechanikájától is függenek. Ennek oka a repedés, a szivárgás és a talaj nyírószilárdsága.
A következő szakaszok részletesen bemutatják ezeket a számításokat és azok felhasználását.
A talaj teherbírásának képlete
A sekély alapok közé tartoznak a szalag alapok, a négyzet alapok és a kör alakú lábak. A mélység általában 3 méter, és olcsóbb, megvalósíthatóbb és könnyebben átvihető eredményeket tesz lehetővé.
Terzaghi végső teherbírás-elméletelőírja, hogy kiszámíthatja a sekély folyamatos alapok végső teherbírásátQuval vel
Q_u = cN_c + gDN_q + 0,5 gBN_g
amibenca talaj kohéziója (kN / m2 vagy lb / ft2), ga talaj tényleges egységtömege (kN / m3 vagy lb / ft3), Da talp mélysége (m vagy ft) és B a talp szélessége (m vagy ft).
Sekély négyzet alapok esetén az egyenletQuval vel
Q_u = 1,3 cN_c + gDN_q + 0,4 gBN_g
és sekély kör alakú alapok esetén az egyenlet
Q_u = 1,3cN_c + gDN_q + 0,3gBN_g
Bizonyos variációkban a g helyébe a következő lép:γ.
A többi változó más számításoktól függ.Nqvan
N_q = \ frac {e ^ {2 \ pi (0,75- \ phi '/ 360) \ tan {\ phi'}}} {2 \ cos {(2 (45+ \ phi '/ 2))}}
Ncértéke 5,14ф '= 0és
N_C = \ frac {N_q-1} {\ tan {\ phi '}}
a ф 'összes többi értékére,Ngaz:
N_g = \ tan {\ phi '} \ frac {K_ {pg} / \ cos {2 \ phi'} -1} {2}
Koldala mennyiségek ábrázolásával és annak értékének meghatározásával nyerhetőKoldalfigyelembe veszi a megfigyelt tendenciákat. Néhányan használjákNg = 2 (Nq+1) tanf '/ (1 +, 4sin4ф ')közelítésként számítás nélkülKoldal
Előfordulhatnak olyan helyzetek, amikor a talaj lokális jeleket mutatnyírási hiba. Ez azt jelenti, hogy a talaj szilárdsága nem képes elegendő erőt mutatni az alapozáshoz, mert az anyagban lévő részecskék közötti ellenállás nem elég nagy. Ezekben a helyzetekben a négyzetes alapzat végső teherbírása aQu = .867c Nc + g D Nq + 0,4 g BNg ,a folyamatos alapozás isQu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng és a kör alakú alapokQu = .867c Nc + g D Nq + 0,3 g BNg.
A talaj teherbírásának meghatározásának módszerei
A mély alapok közé tartoznak a mólóalapok és a keszonok. Az ilyen típusú talaj végső teherbírásának kiszámítására szolgáló egyenlet aQu = Qo + Qf amibenQua végső teherbírás (kN / m2 vagy lb / ft2), Qoaz alapzat csúcsának elméleti teherbírása (kN / m2 vagy lb / ft2) ésQfa tengely és a talaj közötti tengelysúrlódás miatti elméleti teherbírás. Ez újabb képletet ad a talaj teherbírásához
Kiszámíthatja az elméleti végcsapágy (hegy) kapacitásalapjátQomintQo = AoqoamibenQoa végcsapágy elméleti teherbírása (kN / m2 vagy lb / ft2) ésAoa csúcs tényleges területe (m-ben)2 vagy ft2).
A kohézió nélküli iszaptalajok elméleti egységhordó képességeqovanqDNqés összetartó talajok esetében9c.(mindkettő kN / m2 vagy lb / ft2). Dca laza selyemben vagy homokban lévő cölöpök kritikus mélysége (m vagy láb). Ennek kellene lennie10Blaza olvadékhoz és homokhoz,15Bközepes sűrűségű iszapokhoz és homokokhoz és20Bnagyon sűrű olvadékhoz és homokhoz.
A cölöpalapozás bőr (tengely) súrlódóképességéhez az elméleti teherbírásQfvanAfqfegyetlen homogén talajréteghez éspSqfLegynél több talajréteghez. Ezekben az egyenletekbenAf a cölöp tengelyének tényleges felülete,qfvanksztán (d), a kohézió nélküli talajok elméleti egységsúrlódási képessége (kN / m2 vagy lb / ft) amelybenkaz oldalirányú földnyomás,sa tényleges túlterhelési nyomás ésda külső súrlódási szög (fokban).Sa különböző talajrétegek összegzése (azaza1 + a2 +... + an).
A selyem esetében ez az elméleti képességcA + ksztán (d)amibencAa tapadás. Ez egyenlőc,a talaj kohéziója durva beton, rozsdás acél és hullámlemez esetében. A sima beton esetében az érték.8cnak nekc, és a tiszta acél esetében az.5cnak nek.9c. oa cölöp keresztmetszetének kerülete (m vagy ft).La halom tényleges hossza (m vagy ft).
Összefüggő talajok esetébenqf = aSu amelyben a a tapadási tényező, mérve1-.1 (Suc)2mertSuckevesebb, mint 48 kN / m2 holSuc = 2ca nem korlátozott nyomószilárdság (kN / m2 vagy lb / ft2). MertSucnagyobb, mint ez az érték,a = [0,9 + 0,3 (Suc - 1)] / Suc.
Mi a biztonság tényezője?
A biztonsági tényező 1 és 5 között mozog különböző felhasználások esetén. Ez a tényező figyelembe veheti a károsodások nagyságát, a projekt kudarcának esélyeinek relatív változását, a talaj adatait, a tolerancia felépítését és a tervezési elemzési módszerek pontosságát.
Nyírási hiba esetén a biztonsági tényező 1,2 és 2,5 között változik. Gátaknál és töltéseknél a biztonsági tényező 1,2 és 1,6 között mozog. Támfalak esetén 1,5 - 2,0, nyírólemez-cölöpöknél 1,2–1,6, merevített ásatások esetén 1,2–1,5, nyírási szórt alapok esetén a tényező 2–3, szőnyegalapok esetén 1,7–2,5. Által ellentétben, a szivárgás meghibásodása, mivel az anyagok kis lyukakon szivárognak át a csövekben vagy más anyagokban, a biztonsági tényező 1,5 és 2,5 között van a felemelkedésnél és 3-5 csővezeték.
A mérnökök alapszabályt is alkalmaznak a biztonsági tényezőre, mint 1,5 a szemcsékkel borított támfalakra háttérkitöltés, 2,0 összetartó feltöltéshez, 1,5 aktív falnyomású falakhoz és 2,0 passzív földdel rendelkező falakhoz nyomások. Ezek a biztonsági tényezők segítenek a mérnököknek elkerülni a nyírási és szivárgási hibákat, valamint a talaj elmozdulhat a rajta lévő teherhordó csapágyak következtében.
A teherbírás gyakorlati számításai
A mérnökök a teszt eredményeivel felvértezve kiszámítják, hogy a talaj mekkora terhelést képes elviselni. A talaj nyírásához szükséges súlytól kezdve biztonsági tényezőt adnak hozzá, így a szerkezet soha nem alkalmaz elegendő súlyt a talaj deformálására. Beállíthatják az alapzat lábnyomát és mélységét, hogy ezen az értéken belül maradjanak. Alternatív megoldásként összenyomhatják a talajt annak szilárdságának növelése érdekében, például hengerrel tömöríthetik a laza töltőanyagot az útszakaszhoz.
A talaj teherbírásának meghatározására szolgáló módszerek magukban foglalják azt a maximális nyomást, amelyet az alapzat a talajra képes kifejteni a nyíróhiba elleni elfogadható biztonsági tényező az alap alatt van, és az elfogadható teljes és differenciális elszámolás találkozott.
A végső teherbírás az a minimális nyomás, amely a tartó talaj nyírási hibáját okozhatja közvetlenül az alapzat alatt és mellett. Figyelembe veszik a nyírószilárdságot, a sűrűséget, az áteresztőképességet, a belső súrlódást és egyéb tényezőket, amikor a talajra építenek szerkezeteket.
A mérnökök a legjobb megítélésük szerint a talaj teherbírásának meghatározására használják ezeket a méréseket és számításokat. A tényleges hosszúsághoz a mérnöknek választania kell, hogy hol kezdje és állítsa le a mérést. Egyik módszerként a mérnök választhatja a cölöp mélységét, és kivonja a zavart felszíni talajokat vagy a talaj keverékeit. A mérnök dönthet úgy is, hogy egy halomszelvény hosszaként méri egyetlen talajrétegben, amely sok rétegből áll.
Mi okozza a talaj stresszes állapotát?
A mérnököknek el kell számolniuk a talajt, mint az egymással szemben mozgó részecskék keverékét. A talaj ezen egységei tanulmányozhatók annak érdekében, hogy megértsük a mozgás mögött álló fizikát a meghatározás során a súly, az erő és az egyéb mennyiségek az épületekre és a mérnökökre épülő projektekre vonatkozóan őket.
A nyírás meghibásodása a talajra kifejtett feszültségek következtében keletkezhet, amelyek a részecskék egymás ellenállását és az építésre káros módon eloszlanak. Ezért a mérnököknek körültekintően kell megválasztaniuk a megfelelő nyírószilárdságú mintákat és talajt.
AMohr Körvizualizálni tudja az építési projektek szempontjából releváns síkok nyírófeszültségeit. A Mohr Stressz-kört használják a talajvizsgálatok geológiai kutatásaiban. Henger alakú talajminták felhasználásával jár, hogy a radiális és tengelyirányú feszültségek a talajrétegekre hatnak, síkokkal számolva. A kutatók ezután ezeket a számításokat használják az alapok talajának teherbírásának meghatározására.
A talajok osztályozása összetétel szerint
A fizika és a mérnöki kutatók méretük és kémiai alkotórészeik szerint osztályozhatják a talajt, a homokot és a kavicsot. A mérnökök osztályozásuk egyik módszereként mérik ezen alkotóelemek fajlagos felületét a részecskék felületének és a részecskék tömegének arányában.
A kvarc az iszap és a homok legelterjedtebb alkotóeleme, a csillám és a földpát pedig más gyakori komponens. Az agyagásványok, mint például a montmorillonit, az illit és a kaolinit, olyan lemezeket vagy szerkezeteket alkotnak, amelyek lemezszerűek és nagy felületűek. Ezeknek az ásványoknak a fajlagos felülete 10 és 1000 négyzetméter / gramm szilárd anyag között van.
Ez a nagy felület lehetővé teszi a kémiai, elektromágneses és van der Waals kölcsönhatásokat. Ezek az ásványi anyagok nagyon érzékenyek lehetnek a pórusaikon áthaladó folyadék mennyiségére. A mérnökök és geofizikusok meghatározhatják a különböző projektekben jelenlévő agyag típusokat, hogy kiszámítsák ezen erők hatásait, hogy figyelembe vegyék őket az egyenleteikben.
A nagy aktivitású agyaggal rendelkező talajok nagyon instabilak lehetnek, mert nagyon érzékenyek a folyadékra. Víz jelenlétében megduzzadnak, és annak hiányában zsugorodnak. Ezek az erők repedéseket okozhatnak az épületek fizikai alapjaiban. Másrészt azok az anyagok, amelyek alacsony aktivitású agyagok, amelyek stabilabb aktivitás alatt keletkeznek, sokkal könnyebben kezelhetők.
A talaj teherbírási táblázata
Geotechdata.info rendelkezik a talaj teherbírási értékeinek listájával, amelyet talajterhelési diagramként használhat.