土の支持力を計算する方法

ザ・土の支持力方程式で与えられます

その中でQ_aは許容支持力（kN / m）です。² またはlb / ft²), ​Q_uは最終的な支持力（kN / m）です² またはlb / ft²）およびFSは安全率です。 究極の支持力Q_uは支持力の理論上の限界です。

ピサの斜塔が土の変形によって傾くのと同じように、エンジニアは建物や家の重量を決定するときにこれらの計算を使用します。 エンジニアや研究者が基礎を築くとき、彼らは自分たちのプロジェクトがそれを支える地面にとって理想的であることを確認する必要があります。 支持力は、この強度を測定する1つの方法です。 研究者は、土とその上に置かれた材料との間の接触圧力の限界を決定することによって、土の支持力を計算することができます。

これらの計算と測定は、橋の基礎、擁壁、ダム、地下を走るパイプラインを含むプロジェクトで実行されます。 彼らは、間隙水圧によって引き起こされる違いの性質を研究することにより、土壌の物理学に依存しています。 基礎の下にある材料と土壌粒子間の粒子間有効応力 自分自身。 それらはまた、土壌粒子間の空間の流体力学にも依存します。 これは、土自体のひび割れ、浸透、およびせん断強度を説明します。

次のセクションでは、これらの計算とその使用法について詳しく説明します。

浅い基礎には、ストリップフーチング、正方形フーチング、円形フーチングが含まれます。 深さは通常3メートルであり、より安価で、より実現可能で、より簡単に転送できる結果が得られます。

​テルツァーギ究極の支持力理論浅い連続基礎の最終的な支持力を計算できることを示していますQ_uと

その中でc土の凝集力（kN / m）² またはlb / ft²), ​gは土壌の有効単位重量（kN / m）です。³ またはlb / ft³), ​Dは基礎の深さ（mまたはft）であり、Bは基礎の幅（mまたはft）です。

浅い正方形の基礎の場合、方程式は次のようになります。Q_uと

そして、浅い円形の基礎の場合、方程式は次のようになります。

いくつかのバリエーションでは、gはに置き換えられますγ​.

他の変数は他の計算に依存します。N_qです

​N_cは5.14ですф '= 0そして

ф 'の他のすべての値については、Ngは：

​K_pg量をグラフ化し、のどの値を決定することから得られますK_pg観察された傾向を説明します。 いくつかの使用N_g = 2（N_q+1）tanф '/（1 + .4sin4​​ф '）計算する必要のない近似としてK​​pg。​

土壌が局所的な兆候を示す状況があり得るせん断破壊. これは、材料内の粒子間の抵抗が十分に大きくないため、土の強度が基礎に対して十分な強度を示すことができないことを意味します。 これらの状況では、正方形の基礎の最終的な支持力はQ_u = .867c N_c + g D N_q + 0.4 g B N_g ,継続的な財団のisQu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0.5 g B Ngであり、円形の基礎はQ​_u ​= .867c N​_c ​+ g D N​_q ​+ 0.3 g B N​​_g​.

深い基礎には、橋脚の基礎とケーソンが含まれます。 このタイプの土の最大支持力を計算するための方程式は次のとおりです。Q_u = Q_p + Q_f その中でQ_uは最終的な支持力（kN / m）です² またはlb / ft²), ​Q_pは、基礎の先端の理論上の支持力（kN / m）です。² またはlb / ft²）およびQ_fは、シャフトと土の間のシャフト摩擦による理論上の支持力です。 これにより、土の支持力に関する別の公式が得られます

理論上のエンドベアリング（チップ）容量の基礎を計算できますQ_pなのでQ_p = A_pq_pその中でQ_pはエンドベアリングの理論的なベアリング容量（kN / m）です。² またはlb / ft²）およびA_p先端の有効面積（m単位）² またはフィート²).

凝集性のないシルト土壌の理論上の単位先端支持力q_pですqDN_qそして、粘着性のある土壌の場合、9c、（両方ともkN / m² またはlb / ft²). ​D_c緩いシルトまたは砂の杭の臨界深さ（mまたはft）です。 これは10B緩いシルトや砂の場合、15B中程度の密度のシルトと砂のためにそして20B非常に密度の高いシルトや砂に。

杭基礎のスキン（シャフト）摩擦容量については、理論上の支持力Q_fですA_fq_f単一の均質な土壌層の場合pSq_fL土壌の複数の層のために。 これらの方程式では、A_f は、杭軸の有効表面積です。q_fですクスタン（d）、凝集力のない土壌の理論単位摩擦容量（kN / m）² またはlb / ft）ここでkは側方土圧です、sは有効な過負荷圧力であり、dは外部摩擦角（度単位）です。S異なる土壌層の合計です（つまり、a₁​ + ​a₂​ +... + ​a_n​).

シルトの場合、この理論上の容量はc​_A ​+​ ​クスタン（d）その中でc_A接着力です。 それは等しいc、粗いコンクリート、さびた鋼および波形金属のための土の凝集。 滑らかなコンクリートの場合、値は.8cにc、そして、きれいな鋼の場合、それは.5cに.9c​. ​pは、杭の断面の周囲長（mまたはft）です。Lはパイルの有効長さ（mまたはft）です。

粘着性のある土壌の場合、q​_f ​= aS​_u ここで、aは接着係数であり、次のように測定されます。1-.1（S_uc)²にとってS_uc48 kN / m未満² どこS_uc = 2cは、拘束されていない圧縮強度（kN / m）です。² またはlb / ft²). にとってS_ucこの値より大きい、a = [0.9 + 0.3（S_uc -1）] / S_uc​.

安全率は、さまざまな用途で1〜5の範囲です。 この要因は、損傷の大きさ、プロジェクトが失敗する可能性の相対的な変化、土壌データ自体、公差の構築、および分析の設計方法の正確さを説明することができます。

せん断破壊の場合、安全率は1.2から2.5まで変化します。 ダムと盛土の場合、安全率は1.2から1.6の範囲です。 擁壁の場合、1.5〜2.0、 矢板杭の場合は1.2〜1.6、ブレース掘削の場合は1.2〜1.5、せん断スプレッドフーチングの場合は係数2〜3、マットフーチングの場合は1.7〜2.5です。 沿って 対照的に、浸透障害のインスタンスでは、材料がパイプまたは他の材料の小さな穴から浸透するため、安全率は隆起の場合は1.5〜2.5、上昇の場合は3〜5の範囲になります。 配管。

エンジニアはまた、安全率の経験則を1.5として使用し、粒状で転倒した擁壁を使用します。 埋め戻し、粘着性埋め戻しの場合は2.0、アクティブ土圧のある壁の場合は1.5、パッシブ土圧のある壁の場合は2.0 圧力。 これらの安全要因は、エンジニアがせん断や浸透の失敗を回避するのに役立ちます。また、土にかかる荷重の結果として土が移動する可能性もあります。

テスト結果を武器に、エンジニアは土壌が安全に耐えることができる負荷を計算します。 土をせん断するのに必要な重量から始めて、それらは安全係数を追加するので、構造は土を変形させるのに十分な重量を決して適用しません。 基礎の設置面積と深さを調整して、その値の範囲内に収めることができます。 あるいは、たとえばローラーを使用して路盤の緩い充填材を圧縮することにより、土壌を圧縮して強度を高めることができます。

土の支持力を決定する方法は、基礎が土に及ぼすことができる最大圧力を含み、 せん断破壊に対する許容可能な安全率は基礎を下回り、許容可能な合計および差動沈下は 会った。

極限支持力は、基礎のすぐ下および隣接する支持土のせん断破壊を引き起こす最小圧力です。 それらは、土の上に構造物を構築するときに、せん断強度、密度、浸透性、内部摩擦、およびその他の要因を考慮に入れます。

エンジニアは、これらの測定や計算の多くを実行するときに、土壌の支持力を決定するこれらの方法で最善の判断を下します。 有効長さでは、エンジニアが測定を開始および停止する場所を選択する必要があります。 1つの方法として、エンジニアは杭の深さを使用して、乱れた表面の土または土の混合物を差し引くことを選択できます。 エンジニアは、多くの層で構成される単一の土壌層の杭セグメントの長さとして測定することもできます。

エンジニアは、土壌を、互いに対して動き回る個々の粒子の混合物として考慮する必要があります。 土壌のこれらの単位は、決定するときにこれらの動きの背後にある物理学を理解するために研究することができます エンジニアが構築する建物やプロジェクトに関する重量、力、その他の量 それら。

せん断破壊は、粒子が互いに抵抗し、建物に有害な方法で分散する原因となる、土壌に加えられた応力から生じる可能性があります。 このため、エンジニアは適切なせん断強度を持つ設計と土を慎重に選択する必要があります。

ザ・モールの応力円建築プロジェクトに関連する平面のせん断応力を視覚化できます。 モールの応力円は、土壌試験の地質学的研究に使用されます。 これには、平面を使用して計算された、半径方向および軸方向の応力が土壌の層に作用するように、円柱状の土壌サンプルを使用することが含まれます。 次に、研究者はこれらの計算を使用して、基礎の土の支持力を決定します。

物理学と工学の研究者は、土壌、砂、砂利をサイズと化学成分で分類できます。 エンジニアは、これらの成分の比表面積を、粒子を分類する1つの方法として、粒子の質量に対する粒子の表面積の比率として測定します。

石英はシルトと砂の最も一般的な成分であり、雲母と長石は他の一般的な成分です。 モンモリロナイト、イライト、カオリナイトなどの粘土鉱物は、大きな表面積を持つ板状のシートまたは構造を構成します。 これらの鉱物の比表面積は、固体1グラムあたり10〜1,000平方メートルです。

この大きな表面積により、化学的、電磁気的、ファンデルワールス相互作用が可能になります。 これらのミネラルは、毛穴を通過する可能性のある液体の量に非常に敏感です。 エンジニアや地球物理学者は、さまざまなプロジェクトに存在する粘土の種類を特定して、これらの力の影響を計算し、方程式でそれらを説明することができます。

高活性粘土を含む土壌は、流体に非常に敏感であるため、非常に不安定になる可能性があります。 それらは水の存在下で膨潤し、水の非存在下で収縮します。 これらの力は、建物の物理的な基礎に亀裂を引き起こす可能性があります。 一方、より安定した活性の下で形成される低活性粘土である材料は、はるかに扱いやすい可能性があります。

Geotechdata.info 土耐力チャートとして使用できる地耐力値のリストがあります。