Hvordan beregne jordens bæreevne

Dejordens bæreevneer gitt av ligningen

derSpørsmål_ener den tillatte bæreevnen (i kN / m² eller lb / ft²), ​Spørsmål_uer den ultimate bæreevnen (i kN / m² eller lb / ft²) og FS er sikkerhetsfaktoren. Den ultimate bæreevnenSpørsmål_uer den teoretiske grensen for bæreevnen.

I likhet med hvordan det skjeve tårnet i Pisa lener seg på grunn av deformasjon av jord, bruker ingeniører disse beregningene når de bestemmer vekten til bygninger og hus. Når ingeniører og forskere legger grunnlaget, må de sørge for at prosjektene deres er ideelle for bakken som støtter det. Bæreevne er en metode for å måle denne styrken. Forskere kan beregne jordens bæreevne ved å bestemme grensen for kontakttrykk mellom jorden og materialet som er plassert på den.

Disse beregningene og målingene utføres på prosjekter som involverer brofundamenter, støttemur, dammer og rørledninger som går under bakken. De er avhengige av jordens fysikk ved å studere arten av forskjellene forårsaket av porevannstrykket i materialet som ligger til grunn for fundamentet og den interkornede effektive spenningen mellom jordpartiklene dem selv. De er også avhengige av væskemekanikk i mellomrommene mellom jordpartikler. Dette utgjør sprekker, sive og skjærstyrken i selve jorden.

De følgende avsnittene går nærmere inn på disse beregningene og deres bruk.

Grunne grunnlag inkluderer stripefot, kvadratfot og sirkulær fotfot. Dybden er vanligvis 3 meter og gir billigere, mer gjennomførbare og lettere overførbare resultater.

​Terzaghi Ultimate Bearing Capacity Theorydikterer at du kan beregne den ultimate bæreevnen for grunne kontinuerlige fundamenterSpørsmål_umed

dercer jordens kohesjon (i kN / m² eller lb / ft²), ​ger jordens effektive enhetsvekt (i kN / m³ eller lb / ft³), ​Der fotdybden (i m eller ft) og B er bredden på fotfoten (i m eller ft).

For grunne firkantede fundamenter er ligningenSpørsmål_umed

og for grunne sirkulære fundament er ligningen

I noen varianter erstattes g medγ​.

De andre variablene avhenger av andre beregninger.N_qer

​N_cer 5,14 forф '= 0og

for alle andre verdier av ф ',Nger:

​K_ser oppnådd ved å tegne størrelser og bestemme hvilken verdi avK_sredegjør for trendene som er observert. Noen brukerN_g = 2 (N._q+1) tanф '/ (1 + .4sin4​​ф ')som en tilnærming uten å måtte beregneK​​s.​

Det kan være situasjoner der jorden viser tegn til lokalskjærfeil. Dette betyr at jordstyrken ikke kan vise nok styrke for fundamentet fordi motstanden mellom partiklene i materialet ikke er stor nok. I disse situasjonene er den firkantede fundamentets ultimate bæreevneSpørsmål_u = .867c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g ,den kontinuerlige stiftelsen er isQu = 2/3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng og det sirkulære fundamentet erSpørsmål​_u ​= .867c N​_c ​+ g D N​_q ​+ 0,3 g B N​​_g​.

Dype fundamenter inkluderer bryggeunderlag og caissons. Ligningen for å beregne den ultimate bæreevnen til denne typen jord er erSpørsmål_u = Q_s + Q_f derSpørsmål_uer den ultimate bæreevnen (i kN / m² eller lb / ft²), ​Spørsmål_ser den teoretiske bæreevnen for tuppen av fundamentet (i kN / m² eller lb / ft²) ogSpørsmål_fer den teoretiske bæreevnen på grunn av skaftfriksjon mellom sjakt og jord. Dette gir deg en annen formel for jordets bæreevne

Du kan beregne den teoretiske endelagerets (tip) kapasitetsfundamentSpørsmål_ssomSpørsmål_s = A_sq_sderSpørsmål_ser den teoretiske bæreevnen for endelageret (i kN / m² eller lb / ft²) ogEN_ser det effektive området av spissen (i m² eller ft²).

Den teoretiske enhetens tippekapasitet for kohesjonsfri siltjordq_serqDN_qog for sammenhengende jord,9c,(begge i kN / m² eller lb / ft²). ​D_cer den kritiske dybden for peler i løse silter eller sand (i m eller ft). Dette burde være10Bfor løse silter og sand,15Bfor silter og sand med moderat tetthet og20Bfor veldig tette silter og sand.

For hud (aksel) friksjonskapasitet til pælefundament, den teoretiske bæreevnenSpørsmål_ferEN_fq_ffor et enkelt homogent jordlag ogpSq_fLfor mer enn ett lag jord. I disse ligningene,EN_f er det effektive overflatearealet til pelsakselen,q_ferkstan (d), den teoretiske enhetens friksjonskapasitet for kohesjonsfri jord (i kN / m² eller lb / ft) derker jordtrykket i siden,ser det effektive overbelastningstrykket ogder den ytre friksjonsvinkelen (i grader).Ser summeringen av forskjellige jordlag (dvs.en₁​ + ​en₂​ +... + ​en_n​).

For silter er denne teoretiske kapasitetenc​_EN ​+​ ​kstan (d)derc_ENer vedheft. Det er likc,samhold av jord for grov betong, rustent stål og bølgepapp. For glatt betong er verdien.8ctilc, og for rent stål er det.5ctil.9c​. ​ser omkretsen av peletverrsnittet (i m eller ft).Ler den effektive lengden på pelen (i m eller ft).

For sammenhengende jord,q​_f ​= aS​_u hvor a er vedheftingsfaktoren, målt som1-.1 (S_uc)²tilS_ucmindre enn 48 kN / m² hvorS_uc = 2cer den ubegrensede kompresjonsstyrken (i kN / m² eller lb / ft²). TilS_ucstørre enn denne verdien,a = [0,9 + 0,3 (S_uc - 1)] / S_uc​.

Sikkerhetsfaktoren varierer fra 1 til 5 for forskjellige bruksområder. Denne faktoren kan forklare størrelsen på skader, relativ endring i sjansene for at et prosjekt kan mislykkes, selve jorddata, toleransekonstruksjon og nøyaktighet av analysemetoder.

For tilfeller av skjærfeil varierer sikkerhetsfaktoren fra 1,2 til 2,5. For demninger og fyllinger varierer sikkerhetsfaktoren fra 1,2 til 1,6. For støttemur er det 1,5 til 2,0, for skjæreark er det 1,2 til 1,6, for avstivet utgravning er det 1,2 til 1,5, for skjærspredning, faktoren er 2 til 3, for mattefot er det 1,7 til 2,5. Av I motsetning til tilfeller av sivningsfeil, når materialer siver gjennom små hull i rør eller andre materialer, varierer sikkerhetsfaktoren fra 1,5 til 2,5 for løft og 3 til 5 for rør.

Ingeniører bruker også tommelfingerregler for sikkerhetsfaktoren som 1,5 for støttemur som er veltet med granulat utfylling, 2,0 for sammenhengende utfylling, 1,5 for vegger med aktivt jordtrykk og 2,0 for de med passiv jord trykk. Disse sikkerhetsfaktorene hjelper ingeniører med å unngå skjær og sivingsfeil, så vel at jorden kan bevege seg som et resultat av lastlagrene på den.

Bevæpnet med testresultatene beregner ingeniører hvor mye belastning jorden trygt kan bære. Fra og med vekten som kreves for å skjære jorden, legger de til en sikkerhetsfaktor slik at strukturen aldri bruker nok vekt til å deformere jorden. De kan justere fotavtrykket og dybden til et fundament for å holde seg innenfor den verdien. Alternativt kan de komprimere jorda for å øke styrken, for eksempel ved å bruke en rulle for å komprimere løst fyllmateriale til veiseng.

Metoder for å bestemme jordens bæreevne innebærer maksimalt trykk som fundamentet kan utøve på jorden slik at den akseptable sikkerhetsfaktoren mot skjærfeil er under fundamentet og akseptabel total- og differensialoppgjør er møttes.

Den ultimate bæreevnen er det minimale trykket som vil føre til skjærfeil i støttejorden rett under og ved siden av fundamentet. De tar hensyn til skjærfasthet, tetthet, permeabilitet, indre friksjon og andre faktorer når man bygger strukturer på jord.

Ingeniører bruker sitt beste skjønn med disse metodene for å bestemme jordens bæreevne når de utfører mange av disse målingene og beregningene. Den effektive lengden krever at ingeniøren tar et valg om hvor du skal begynne og slutte å måle. Som en metode kan ingeniøren velge å bruke peledybden og trekke eventuelle forstyrrede overflatejord eller blandinger av jord. Ingeniøren kan også velge å måle det som lengden på et pelsegment i et enkelt jordlag av jord som består av mange lag.

Ingeniører må ta hensyn til jord som blandinger av individuelle partikler som beveger seg rundt i forhold til hverandre. Disse enhetene av jord kan studeres for å forstå fysikken bak disse bevegelsene når man bestemmer vekten, kraften og andre mengder med hensyn til bygningene og prosjektene ingeniører bygger på dem.

Skjærfeil kan skyldes belastninger som blir påført jord som får partiklene til å motstå hverandre og spre seg på måter som er skadelige for bygningen. Av denne grunn må ingeniører være forsiktige når de velger design og jord med passende skjærstyrker.

DeMohr Circlekan visualisere skjærspenningene på flyene som er relevante for byggeprosjekter. Mohr Circle of Stresses brukes i geologisk forskning av jordprøving. Det innebærer å bruke sylinderformede jordprøver slik at den radiale og aksiale belastningen virker på jordlagene, beregnet ved hjelp av plan. Forskere bruker deretter disse beregningene for å bestemme bæreevnen til jord i grunnmuren.

Forskere innen fysikk og ingeniørfag kan klassifisere jord, sand og grus etter størrelse og kjemiske bestanddeler. Ingeniører måler det spesifikke overflatearealet til disse bestanddelene som forholdet mellom overflaten av partikler og massen av partiklene som en metode for å klassifisere dem.

Kvarts er den vanligste komponenten i silt og sand, og glimmer og feltspat er andre vanlige komponenter. Leirmineraler som montmorillonitt, illitt og kaolinitt utgjør ark eller strukturer som er plateaktige med store overflater. Disse mineralene har spesifikke overflater fra 10 til 1000 kvadratmeter per gram fast stoff.

Dette store overflatearealet muliggjør kjemiske, elektromagnetiske og van der Waals-interaksjoner. Disse mineralene kan være veldig følsomme for mengden væske som kan passere gjennom porene. Ingeniører og geofysikere kan bestemme hvilke typer leire som er tilstede i forskjellige prosjekter for å beregne effekten av disse kreftene for å gjøre rede for dem i ligningene.

Jord med høyaktiv leire kan være veldig ustabilt fordi de er veldig følsomme for væske. De hovner opp i nærvær av vann og krymper i fraværet. Disse kreftene kan forårsake sprekker i det fysiske fundamentet til bygninger. På den annen side kan materialer som er leirer med lav aktivitet som dannes under mer stabil aktivitet være mye lettere å jobbe med.

Geotechdata.info har en liste over jordbæringsevneverdier du kan bruke som et jordbærerkapasitetsdiagram.