כיצד לחשב את כושר הנושא של קרקעות

הכושר נשיאה של אדמהניתן על ידי המשוואה

בוש_אהוא כושר הנשיאה המותר (ב- kN / m² או lb / ft²), ​ש_uהוא יכולת הנשיאה האולטימטיבית (ב- kN / m² או lb / ft²) ו- FS הוא גורם הבטיחות. יכולת הנשיאה האולטימטיביתש_uהוא הגבול התיאורטי של יכולת הנשיאה.

בדומה לאופן בו מגדל פיזה נוטה עקב עיוות האדמה, מהנדסים משתמשים בחישובים אלה בעת קביעת משקל הבניינים והבתים. כאשר מהנדסים וחוקרים מניחים בסיס, עליהם לוודא שהפרויקטים שלהם הם אידיאליים עבור הקרקע התומכת בכך. יכולת נשיאה היא שיטה אחת למדידת חוזק זה. חוקרים יכולים לחשב את יכולת הנשיאה של הקרקע על ידי קביעת מגבלת לחץ המגע בין האדמה לחומר המונח עליה.

חישובים ומדידות אלה מבוצעים בפרויקטים הכוללים יסודות גשר, קירות תמך, סכרים וצינורות העוברים מתחת לאדמה. הם מסתמכים על הפיזיקה של האדמה על ידי לימוד אופי ההבדלים הנגרמים על ידי לחץ מים נקבוביים של חומר העומד בבסיס היסוד והמתח היעיל הבין גרגרי בין חלקיקי הקרקע עצמם. הם תלויים גם במכניקת נוזלים של החללים בין חלקיקי אדמה. זה מהווה פיצוח, חלחול וכוח הגזירה של האדמה עצמה.

הסעיפים הבאים מפורטים יותר על חישובים אלה ועל השימושים בהם.

יסודות רדודים כוללים רגליים עם רצועות, רגליים מרובעות ותחתית עגולה. העומק הוא בדרך כלל 3 מטרים ומאפשרים תוצאות זולות יותר, ריאליות יותר וניתנות להעברה קלה יותר.

​תורת קיבולת הנושא האולטימטיבית של טרזאגיקובע שאתה יכול לחשב את יכולת הנשיאה האולטימטיבית עבור יסודות רציפים רדודיםש_uעם

בוגהוא לכידות האדמה (ב- kN / m² או lb / ft²), ​זהוא משקל היחידה היעיל של הקרקע (ב- kN / m³ או lb / ft³), ​דהוא עומק הרגל (ב m או ft) ו- B הוא רוחב הרגל (ב m או ft).

עבור יסודות ריבועים רדודים, המשוואה היאש_uעם

וכן, עבור יסודות מעגליים רדודים, המשוואה היא

בכמה וריאציות, ה- g מוחלף ב-γ​.

המשתנים האחרים תלויים בחישובים אחרים.נ_שהוא

​נ_גהוא 5.14 עבורф '= 0ו

לכל שאר הערכים של ф ',נגהוא:

​ק_pgמתקבל משרטט את הכמויות וקביעת הערך שלק_pgמסביר את המגמות שנצפו. יש המשתמשיםנ_ז = 2 (N_ש+1) tanф '/ (1 + .4sin4​​ф ')כקירוב ללא צורך בחישובק​​pg.​

יכולים להיות מצבים בהם האדמה מראה סימנים של מקומייםכישלון גזירה. פירוש הדבר שכוח הקרקע אינו יכול להראות מספיק כוח לבסיס מכיוון שההתנגדות בין החלקיקים בחומר אינה גדולה מספיק. במצבים אלה יכולת הנשיאה האולטימטיבית של הקרן המרובעת היאש_u = .867c N_ג + g D N_ש + 0.4 גרם B N_ז ,הקרן הרציפה של iסQu = 2/3c Nc + g D Nq + 0.5 גרם B Ng והבסיס המעגלי הואש​_u ​= .867c N​_ג ​+ g D N​_ש ​+ 0.3 גרם B N​​_ז​.

יסודות עמוקים כוללים יסודות מזח ומערכות מים. המשוואה לחישוב כושר הנשיאה הסופי של קרקע מסוג זה היאש_u = ש_{עמ '} + ש_f בוש_uהוא יכולת הנשיאה האולטימטיבית (ב- kN / m² או lb / ft²), ​ש_{עמ '}הוא יכולת הנשיאה התיאורטית לקצה היסוד (ב- kN / m² או lb / ft²) וש_fהוא יכולת הנשיאה התיאורטית עקב חיכוך הפיר בין הפיר לקרקע. זה נותן לך נוסחה נוספת לכושר נשיאה של אדמה

אתה יכול לחשב את בסיס קיבולת הנושא הקצה התיאורטי (טיפ)ש_{עמ '}כפי שש_{עמ '} = א_{עמ '}ש_{עמ '}בוש_{עמ '}הוא יכולת הנשיאה התיאורטית למסב הקצה (ב- kN / m² או lb / ft²) וא_{עמ '}הוא האזור היעיל של הקצה (במ '² או ft²).

יכולת נושאת קצה היחידה התיאורטית של קרקעות סחף נטולות לכידותש_{עמ '}הואqDN_שוכן, עבור קרקעות מלוכדות,9 ג,(שניהם ב- kN / m² או lb / ft²). ​ד_גהוא העומק הקריטי עבור כלונסאות במלטים או חולות רופפים (ב מ 'או רגל). זה צריך להיות10Bלמשיכות וחולות רופפים,15Bלמשיכות וחולות בצפיפות בינונית ו20Bלמשיכות וחולות צפופים מאוד.

עבור יכולת החיכוך של העור (פיר) של יסוד הערימה, יכולת הנשיאה התיאורטיתש_fהואא_fש_fלשכבת אדמה הומוגנית אחת וpSq_fלליותר משכבת ​​אדמה אחת. במשוואות אלה,א_f הוא שטח הפנים היעיל של פיר הערימה,ש_fהואכסטאן (ד), יכולת החיכוך היחידה התיאורטית לקרקעות ללא לכידות (ב- kN / m² או lb / ft) בהםkהוא לחץ האדמה לרוחב,סהוא לחץ עומס יעיל ודהיא זווית החיכוך החיצונית (במעלות).סהוא סיכום שכבות קרקע שונות (כלומרא₁​ + ​א₂​ +... + ​א_נ​).

עבור סילטים, יכולת תיאורטית זו היאג​_א ​+​ ​כסטאן (ד)בוג_אהוא ההדבקה. זה שווה לג,לכידות האדמה לבטון מחוספס, פלדה חלודה ומתכת גלי. עבור בטון חלק הערך הוא.8 גלג, ועבור פלדה נקייה זה כן.5 גל.9 ג​. ​עמ 'הוא היקף חתך הערימה (ב מ 'או רגל).להוא אורכו היעיל של הערימה (ב מ 'או רגל).

לקרקעות מלוכדות,ש​_f ​= aS​_u בו a הוא גורם ההידבקות, הנמדד כ-1-.1 (S_uc)²לס_ucפחות מ 48 kN / m² איפהס_uc = 2 גהוא חוזק הדחיסה הלא מוגבל (ב- kN / m² או lb / ft²). לס_ucגדול מערך זה,a = [0.9 + 0.3 (S_uc - 1)] / ש_uc​.

גורם הבטיחות נע בין 1 ל -5 לשימושים שונים. גורם זה יכול להסביר את גודל הנזקים, שינוי יחסי בסיכויי הפרויקט עלול להיכשל, נתוני הקרקע עצמם, בניית סובלנות ודיוק שיטות הניתוח בתכנון.

במקרים של כשל גזירה, גורם הבטיחות נע בין 1.2 ל -2.5. עבור סכרים ומילוי, גורם הבטיחות נע בין 1.2 ל 1.6. עבור קירות תמך, זה 1.5 עד 2.0, עבור ערימת יריעות גזירה, זה 1.2 עד 1.6, לחפירות מבודדות, זה 1.2 עד 1.5, לרגליים מפוזרות גזירה, הגורם הוא 2 עד 3, לרגליים מחצלת הוא 1.7 עד 2.5. על ידי לעומת זאת, מקרים של כשל בדליפה, כאשר חומרים מחלחלים דרך חורים קטנים בצינורות או בחומרים אחרים, גורם הבטיחות נע בין 1.5 ל -2.5 להעלאה ו -3 עד 5 עבור צַנֶרֶת.

מהנדסים משתמשים גם בכללי אצבע לגורם הבטיחות כ -1.5 לקירות תמך שהופכו בגרגירים מילוי חוזר, 2.0 למילוי חוזר מלוכד, 1.5 לקירות עם לחץ אדמה פעיל ו -2.0 לבעלי אדמה פסיבית לחצים. גורמי בטיחות אלה עוזרים למהנדסים להימנע מכשלים בגזירה ובחלחול, כמו כן האדמה עשויה לנוע כתוצאה ממסבי העומס עליה.

חמושים בתוצאות הבדיקה, מהנדסים מחשבים כמה עומס האדמה יכולה לשאת בבטחה. החל מהמשקל הנדרש לגזירת האדמה, הם מוסיפים גורם בטיחות כך שהמבנה לעולם לא ישים משקל מספיק בכדי לעוות את האדמה. הם יכולים להתאים את טביעת הרגל והעומק של קרן כדי להישאר בתוך ערך זה. לחלופין, הם יכולים לדחוס את האדמה כדי להגדיל את חוזקה, למשל, באמצעות גלגלת כדי לדחוס חומר מילוי רופף לאדמת דרכים.

שיטות לקביעת כושר הנשיאה של הקרקע כרוכות בלחץ המרבי שהבסיס יכול להפעיל על האדמה כך גורם הבטיחות המקובל כנגד כשל גזירה הוא מתחת לבסיס וההתיישבות הכוללת וההפרש המקובלת הם נפגש.

יכולת הנשיאה האולטימטיבית היא הלחץ המינימלי שיגרום לכשל בגזירה של הקרקע התומכת מיד מתחת וליד הקרן. הם לוקחים בחשבון את חוזק הגזירה, הצפיפות, החדירות, החיכוך הפנימי וגורמים אחרים בעת בניית מבנים על אדמה.

מהנדסים משתמשים בשיקול דעתם הטוב ביותר בשיטות אלה לקביעת יכולת נשיאת הקרקע בעת ביצוע מדידות וחישובים רבים אלה. האורך האפקטיבי מחייב את המהנדס בבחירה היכן להתחיל ולהפסיק את המדידה. כשיטה אחת, המהנדס יכול לבחור להשתמש בעומק הכלונסאות ולהחסיר כל קרקעות משטח מופרעות או תערובות של קרקעות. המהנדס יכול גם לבחור למדוד אותו כאורכו של קטע כלונסאות בשכבת אדמה אחת המורכבת משכבות רבות.

מהנדסים צריכים להתחשב בקרקעות כתערובות של חלקיקים בודדים הנעים ביחס זה לזה. ניתן ללמוד על יחידות קרקעות אלו כדי להבין את הפיזיקה העומדת מאחורי תנועות אלה בעת קביעתן המשקל, הכוח והכמויות האחרות ביחס לבניינים ולפרויקטים עליהם מהנדסים אוֹתָם.

כשל בגזירה יכול לנבוע מהלחצים המופעלים על אדמה הגורמים לחלקיקים להתנגד זה לזה ולהתפזר בדרכים הפוגעות בבנייה. מסיבה זו, על המהנדסים להקפיד בבחירת עיצובים וקרקעות בעלי עוצמות גזירה מתאימות.

המעגל מוריכול לדמיין את לחצי הגזירה במישורים הרלוונטיים לפרויקטים של בנייה. מעגל הלחצים של מור משמש למחקר גיאולוגי של בדיקות קרקע. זה כרוך בשימוש בדגימות בצורת גליל של קרקעות כך שהלחצים הרדיאליים והציריים פועלים על שכבות הקרקעות, מחושבים באמצעות מישורים. לאחר מכן החוקרים משתמשים בחישובים אלה כדי לקבוע את יכולת הנשיאה של הקרקעות ביסודות.

חוקרים בפיזיקה והנדסה יכולים לסווג קרקעות, חולות וחצץ לפי גודלם ומרכיביהם הכימיים. מהנדסים מודדים את שטח הפנים הספציפי של המרכיבים הללו כיחס שטח הפנים של החלקיקים למסת החלקיקים כשיטה אחת לסווג אותם.

קוורץ הוא המרכיב הנפוץ ביותר של סחף וחול ונציץ ופלדה הם רכיבים נפוצים אחרים. מינרלים חרסיים כמו מונטמורילוניט, אילייט וקאולוניט מהווים יריעות או מבנים דמויי צלחת עם שטחי שטח גדולים. למינרלים אלה יש שטח פנים ספציפי שבין 10 ל -1,000 מ"ר לגרם מוצק.

שטח פנים גדול זה מאפשר אינטראקציות כימיות, אלקטרומגנטיות ואן דר וואלס. מינרלים אלה יכולים להיות רגישים מאוד לכמות הנוזלים שעשויים לעבור דרך נקבוביותיהם. מהנדסים וגיאופיזיקאים יכולים לקבוע את סוגי החימר הקיימים בפרויקטים שונים כדי לחשב את ההשפעות של כוחות אלה כדי להתחשב בהם במשוואותיהם.

קרקעות עם חרסיות בעלות פעילות גבוהה יכולות להיות מאוד לא יציבות מכיוון שהן רגישות מאוד לנוזל. הם מתנפחים בנוכחות מים ומתכווצים בהיעדרם. כוחות אלה עלולים לגרום לסדקים ביסוד הפיזי של מבנים. מצד שני, חומרים שהם חרסיות בעלות פעילות נמוכה שנוצרים בפעילות יציבה יותר יכולים להיות הרבה יותר קלים לעבוד.

Geotechdata.info יש רשימה של ערכי כושר נשיאת קרקע בהם תוכלו להשתמש כתרשים יכולת נשיאת קרקע.