Hoe het draagvermogen van bodems te berekenen

Dedraagkracht van de bodemwordt gegeven door de vergelijking

waarinVraag_eenis het toelaatbare draagvermogen (in kN/m² of lb/ft²), ​Vraag_jijis het uiteindelijke draagvermogen (in kN/m² of lb/ft²) en FS is de veiligheidsfactor. Het ultieme draagvermogenVraag_jijis de theoretische limiet van het draagvermogen.

Net zoals de scheve toren van Pisa leunt als gevolg van de vervorming van de grond, gebruiken ingenieurs deze berekeningen bij het bepalen van het gewicht van gebouwen en huizen. Terwijl ingenieurs en onderzoekers het fundament leggen, moeten ze ervoor zorgen dat hun projecten ideaal zijn voor de grond die het ondersteunt. Draagvermogen is een methode om deze sterkte te meten. Onderzoekers kunnen het draagvermogen van grond berekenen door de grens van de contactdruk tussen de grond en het erop geplaatste materiaal te bepalen.

Deze berekeningen en metingen worden uitgevoerd bij projecten met onder meer brugfunderingen, keermuren, dammen en leidingen. Ze vertrouwen op de fysica van de bodem door de aard van de verschillen te bestuderen die worden veroorzaakt door de poriewaterdruk van de materiaal onder de fundering en de intergranulaire effectieve spanning tussen de gronddeeltjes zich. Ze zijn ook afhankelijk van de vloeistofmechanica van de ruimten tussen gronddeeltjes. Dit verklaart scheurvorming, kwel en de schuifsterkte van de grond zelf.

De volgende paragrafen gaan dieper in op deze berekeningen en het gebruik ervan.

Ondiepe funderingen omvatten stripfunderingen, vierkante funderingen en cirkelvormige funderingen. De diepte is meestal 3 meter en zorgt voor goedkopere, meer haalbare en gemakkelijker overdraagbare resultaten.

​Terzaghi Ultieme draagvermogentheoriedicteert dat u het uiteindelijke draagvermogen voor ondiepe doorlopende funderingen kunt berekenenVraag_jijmet

waarincis de samenhang van de bodem (in kN/m² of lb/ft²), ​gis het effectieve eenheidsgewicht van grond (in kN/m³ of lb/ft³), ​Dis de diepte van de fundering (in m of ft) en B is de breedte van de fundering (in m of ft).

Voor ondiepe vierkante funderingen is de vergelijkingVraag_jijmet

en voor ondiepe cirkelvormige funderingen is de vergelijking

In sommige variaties wordt de g vervangen doorγ​.

De andere variabelen zijn afhankelijk van andere berekeningen.nee_qis

​nee_cis 5,14 voorф'=0en

voor alle andere waarden van ф',Ngis:

​K_pgwordt verkregen door de hoeveelheden in een grafiek uit te zetten en te bepalen welke waarde vanK_pgverklaart de waargenomen trends. Sommige gebruikennee_g = 2(N_q+1)tanф'/(1+.4sin4​​')als een benadering zonder te hoeven berekenenK​​blz.​

Er kunnen situaties zijn waarin de bodem tekenen van lokaleafschuiffout. Dit betekent dat de grondsterkte niet voldoende sterkte kan hebben voor de fundering omdat de weerstand tussen de deeltjes in het materiaal niet groot genoeg is. In deze situaties is het uiteindelijke draagvermogen van de vierkante fundering:Vraag_jij = .867c Nee_c + g D Nee_q + 0,4 g B N_g ,de i. van de continue basiszoQu = 2/3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng en de cirkelvormige fundering isVraag​_jij ​= .867c Nee​_c ​+ g D Nee​_q ​+ 0,3 g B N​​_g​.

Diepe funderingen zijn onder andere pijlerfunderingen en caissons. De vergelijking voor het berekenen van het uiteindelijke draagvermogen van dit type grond is:Vraag_jij = Q_p + Q_f waarinVraag_jijis het uiteindelijke draagvermogen (in kN/m² of lb/ft²), ​Vraag_pis het theoretische draagvermogen voor de punt van de fundering (in kN/m² of lb/ft²) enVraag_fis het theoretische draagvermogen als gevolg van aswrijving tussen de as en de grond. Dit geeft je een andere formule voor het draagvermogen van grond

U kunt de theoretische draagkracht (tip) van het eindlager berekenenVraag_pnet zoVraag_p = A_pq_pwaarinVraag_pis het theoretische draagvermogen voor het eindlager (in kN/m² of lb/ft²) enEEN_pis het effectieve oppervlak van de punt (in m² of ft²).

De theoretische eenheid puntdraagvermogen van cohesieloze slibbodemsq_pisqDN_qen, voor samenhangende bodems,9c,(beide in kN/m² of lb/ft²). ​D_cis de kritische diepte voor palen in losse slib of zand (in m of ft). Dit zou moeten zijn10Bvoor los slib en zand,15Bvoor slib en zand met een gemiddelde dichtheid en20Bvoor zeer dicht slib en zand.

Voor de wrijvingscapaciteit van de huid (schacht) van de paalfundering, het theoretische draagvermogen:Vraag_fisEEN_fq_fvoor een enkele homogene bodemlaag enpSq_fLvoor meer dan één laag grond. In deze vergelijkingen,EEN_f is het effectieve oppervlak van de paalschacht,q_fiskstan (d), de theoretische eenheid wrijvingsvermogen voor cohesieloze bodems (in kN/m² of lb/ft) waarinkis de laterale gronddruk,zois de effectieve overbelastingsdruk endis de externe wrijvingshoek (in graden).Sis de optelling van verschillende bodemlagen (d.w.z.een₁​ + ​een₂​ +... + ​een_nee​).

Voor slib is deze theoretische capaciteitc​_EEN ​+​ ​kstan (d)waarinc_EENis de hechting. Het is gelijk aanc,de samenhang van grond voor ruw beton, roestig staal en golfplaten. Voor glad beton is de waarde.8cnaarc, en voor schoon staal is het:.5cnaar.9c​. ​pis de omtrek van de paaldoorsnede (in m of ft).Lis de effectieve lengte van de paal (in m of ft).

Voor samenhangende bodems,q​_f ​= aS​_jij waarin a de adhesiefactor is, gemeten als10.1 (S_uc)²voorS_ucminder dan 48 kN/m² waarS_uc = 2cis de onbeperkte druksterkte (in kN/m² of lb/ft²). VoorS_ucgroter dan deze waarde,a = [0,9 + 0,3(S_uc - 1)]/S_uc​.

De veiligheidsfactor varieert van 1 tot 5 voor verschillende toepassingen. Deze factor kan verantwoordelijk zijn voor de omvang van de schade, de relatieve verandering in de kans dat een project faalt, de bodemgegevens zelf, de tolerantieconstructie en de nauwkeurigheid van ontwerpanalysemethoden.

Voor gevallen van afschuifbreuk varieert de veiligheidsfactor van 1,2 tot 2,5. Voor dammen en vullingen varieert de veiligheidsfactor van 1,2 tot 1,6. Voor keerwanden is het 1,5 tot 2,0, voor schuifdamwanden is dit 1,2 tot 1,6, voor geschoorde uitgravingen is dit 1,2 tot 1,5, voor afschuifbare funderingen is de factor 2 tot 3, voor matfunderingen is dit 1,7 tot 2,5. Door daarentegen, gevallen van lekkagefout, omdat materialen door kleine gaatjes in leidingen of andere materialen sijpelen, varieert de veiligheidsfactor van 1,5 tot 2,5 voor opwaartse druk en 3 tot 5 voor leidingen.

Ingenieurs gebruiken ook vuistregels voor de veiligheidsfactor als 1,5 voor keerwanden die worden omgegooid met korrelig opvulling, 2,0 voor samenhangende opvulling, 1,5 voor muren met actieve gronddruk en 2,0 voor die met passieve grond druk. Deze veiligheidsfactoren helpen ingenieurs om storingen door afschuiving en kwel te voorkomen, en ook dat de grond kan bewegen als gevolg van de belasting die erop staat.

Gewapend met de testresultaten berekenen ingenieurs hoeveel belasting de bodem veilig kan dragen. Beginnend met het gewicht dat nodig is om de grond af te schuiven, voegen ze een veiligheidsfactor toe zodat de constructie nooit genoeg gewicht uitoefent om de grond te vervormen. Ze kunnen de voetafdruk en diepte van een fundering aanpassen om binnen die waarde te blijven. Als alternatief kunnen ze de grond samendrukken om de sterkte te vergroten, bijvoorbeeld door een rol te gebruiken om los vulmateriaal voor een wegdek samen te persen.

Methoden voor het bepalen van het draagvermogen van grond zijn de maximale druk die de fundering op de grond kan uitoefenen, zodanig dat: de acceptabele veiligheidsfactor tegen afschuifbreuk ligt onder de fundering en de acceptabele totale en differentiële zetting zijn leerde kennen.

Het uiteindelijke draagvermogen is de minimale druk die het afschuiven van de ondersteunende grond direct onder en naast de fundering zou veroorzaken. Ze houden rekening met de afschuifsterkte, dichtheid, doorlaatbaarheid, interne wrijving en andere factoren bij het bouwen van constructies op grond.

Ingenieurs gebruiken hun gezond verstand met deze methoden om het draagvermogen van de grond te bepalen bij het uitvoeren van veel van deze metingen en berekeningen. De effectieve lengte vereist dat de ingenieur een keuze maakt over waar te beginnen en te stoppen met meten. Als een methode kan de ingenieur ervoor kiezen om de pooldiepte te gebruiken en eventuele verstoorde oppervlaktegronden of mengsels van gronden af ​​te trekken. De ingenieur kan er ook voor kiezen om het te meten als de lengte van een paalsegment in een enkele grondlaag die uit vele lagen bestaat.

Ingenieurs moeten rekening houden met bodems als mengsels van individuele deeltjes die ten opzichte van elkaar bewegen. Deze eenheden van bodems kunnen worden bestudeerd om de fysica achter deze bewegingen te begrijpen bij het bepalen het gewicht, de kracht en andere hoeveelheden met betrekking tot de gebouwen en projecten waarop ingenieurs bouwen build hen.

Afschuifbreuk kan het gevolg zijn van de spanningen die op de grond worden uitgeoefend en die ervoor zorgen dat de deeltjes elkaar weerstaan ​​​​en zich verspreiden op manieren die schadelijk zijn voor de bouw. Om deze reden moeten ingenieurs voorzichtig zijn bij het kiezen van ontwerpen en gronden met de juiste afschuifsterkten.

DeMohr Cirkelkan de schuifspanningen op de vlakken die relevant zijn voor bouwprojecten visualiseren. De Mohr Circle of Stresses wordt gebruikt in geologisch onderzoek van bodemonderzoek. Het gaat om het gebruik van cilindervormige bodemmonsters zodat de radiale en axiale spanningen inwerken op de bodemlagen, berekend met behulp van vlakken. Met deze berekeningen bepalen onderzoekers vervolgens het draagvermogen van bodems in funderingen.

Onderzoekers in de natuurkunde en techniek kunnen bodems, zand en grind classificeren op basis van hun grootte en chemische bestanddelen. Ingenieurs meten het specifieke oppervlak van deze bestanddelen als de verhouding van het oppervlak van deeltjes tot de massa van de deeltjes als een methode om ze te classificeren.

Kwarts is de meest voorkomende component van slib en zand en mica en veldspaat zijn andere veel voorkomende componenten. Kleimineralen zoals montmorilloniet, illiet en kaoliniet vormen platen of structuren die plaatachtig zijn met een groot oppervlak. Deze mineralen hebben een specifiek oppervlak van 10 tot 1.000 vierkante meter per gram vaste stof.

Dit grote oppervlak maakt chemische, elektromagnetische en van der Waals-interacties mogelijk. Deze mineralen kunnen erg gevoelig zijn voor de hoeveelheid vloeistof die door hun poriën kan gaan. Ingenieurs en geofysici kunnen de soorten klei bepalen die in verschillende projecten aanwezig zijn om de effecten van deze krachten te berekenen om ze in hun vergelijkingen te verwerken.

Bodems met hoogactieve klei kunnen erg onstabiel zijn omdat ze erg gevoelig zijn voor vocht. Ze zwellen op in aanwezigheid van water en krimpen in afwezigheid ervan. Deze krachten kunnen scheuren veroorzaken in de fysieke fundering van gebouwen. Aan de andere kant kunnen materialen die kleien met een lage activiteit zijn en die worden gevormd onder een stabielere activiteit, veel gemakkelijker zijn om mee te werken.

Geotechdata.info heeft een lijst met waarden voor het draagvermogen van de grond die u kunt gebruiken als grafiek voor het draagvermogen van de grond.