Jak obliczyć nośność gleb

nośność gruntujest podane przez równanie

w którymQ_zato dopuszczalna nośność (w kN/m² lub funt/stopę²), ​Q_tyjest nośnością graniczną (w kN/m² lub funt/stopę²), a FS to współczynnik bezpieczeństwa. Najwyższa nośnośćQ_tyjest teoretyczną granicą nośności.

Podobnie jak Krzywa Wieża w Pizie pochyla się z powodu deformacji gruntu, inżynierowie wykorzystują te obliczenia przy określaniu ciężaru budynków i domów. Gdy inżynierowie i badacze kładą fundamenty, muszą upewnić się, że ich projekty są idealne dla podłoża, które je wspiera. Nośność jest jedną z metod pomiaru tej siły. Badacze mogą obliczyć nośność gruntu, określając granicę nacisku kontaktowego między gruntem a umieszczonym na nim materiałem.

Te obliczenia i pomiary są wykonywane na projektach dotyczących fundamentów mostów, ścian oporowych, zapór i rurociągów biegnących pod ziemią. Opierają się na fizyce gleby, badając naturę różnic powodowanych przez ciśnienie wody w porach materiał leżący pod fundamentem i międzykrystaliczne naprężenie efektywne między cząstkami gruntu sami. Zależą one również od mechaniki płynów przestrzeni między cząstkami gleby. Odpowiada to za pękanie, przesiąkanie i wytrzymałość samej gleby na ścinanie.

Poniższe sekcje zawierają bardziej szczegółowe informacje na temat tych obliczeń i ich zastosowań.

Fundamenty płytkie obejmują ławy, stopy kwadratowe i okrągłe. Głębokość wynosi zwykle 3 metry i pozwala uzyskać tańsze, bardziej wykonalne i łatwiejsze do przeniesienia wyniki.

​Teoria nośności ostatecznej Terzaghidyktuje, że można obliczyć nośność graniczną dla płytkich fundamentów ciągłychQ_tyz

w którymdoto spójność gruntu (w kN/m² lub funt/stopę²), ​soljest efektywnym ciężarem jednostkowym gruntu (w kN/m³ lub funt/stopę³), ​reto głębokość stopy (wm lub ft), a B to szerokość stopy (wm lub ft).

Dla płytkich fundamentów kwadratowych równanie toQ_tyz

a dla płytkich fundamentów kołowych równanie to

W niektórych odmianach g jest zastępowane przezγ​.

Pozostałe zmienne zależą od innych obliczeń.N_qjest

​N_dowynosi 5.14 dlaф'=0i

dla wszystkich innych wartości ф”,Ngjest:

​K_pgotrzymuje się z wykresu wielkości i określenia, która wartośćK_pguwzględnia zaobserwowane trendy. Niektórzy używająN_sol = 2(N_q+1)tanф'/(1+.4sin4​​ф”)jako przybliżenie bez konieczności obliczaniaK​​str.​

Mogą zaistnieć sytuacje, w których gleba wykazuje oznaki lokalnegoawaria ścinania. Oznacza to, że wytrzymałość gruntu nie może wykazywać wystarczającej wytrzymałości dla fundamentu, ponieważ opór między cząsteczkami w materiale nie jest wystarczająco duży. W takich sytuacjach ostateczna nośność fundamentu kwadratowego wynosiQ_ty = 0,867c N_do + g D N_q + 0,4 g B N_sol ,i. fundamentu ciągłegosQu = 2/3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng i fundament kołowy isQ​_ty ​= 0,867c N​_do ​+ g D N​_q ​+ 0,3 g B N​​_sol​.

Głębokie fundamenty obejmują fundamenty pirsów i kesony. Równanie do obliczania nośności granicznej tego typu gruntu toQ_ty = Q_p + Q_fa w którymQ_tyjest nośnością graniczną (w kN/m² lub funt/stopę²), ​Q_pto teoretyczna nośność wierzchołka fundamentu (w kN/m² lub funt/stopę²) iQ_fajest teoretyczną nośnością wynikającą z tarcia wału między wałem a gruntem. Daje to inny wzór na nośność gruntu

Możesz obliczyć teoretyczną podstawę nośności końcówki (końcówki)Q_ptak jakQ_p = A_pq_pw którymQ_pto teoretyczna nośność łożyska końcowego (w kN/m² lub funt/stopę²) iZA_pto efektywna powierzchnia końcówki (w m² lub ft²).

Teoretyczna jednostkowa nośność wierzchołkowa gruntów pylastych niespoistychq_pjestqDN_qa dla gruntów spoistych9c,(oba w kN/m² lub funt/stopę²). ​re_dojest krytyczną głębokością stosów w luźnych mułach lub piaskach (w metrach lub stopach). To powinno być10Bdo luźnych mułów i piasków,15Bdla mułów i piasków o średniej gęstości oraz20Bdo bardzo gęstych mułów i piasków.

W przypadku tarcia poszycia (wału) fundamentu palowego teoretyczna nośnośćQ_fajestZA_faq_fadla pojedynczej jednorodnej warstwy gleby ipSq_faLdla więcej niż jednej warstwy gleby. W tych równaniachZA_fa to efektywna powierzchnia trzonu pala,q_fajestkstan (d), teoretyczna jednostkowa nośność tarcia dla gruntów niespoistych (w kN/m² lub funt/stopę), w którymkjest boczny nacisk gruntu,sjest efektywnym ciśnieniem przeciążenia ireto kąt tarcia zewnętrznego (w stopniach).Sjest sumą różnych warstw gleby (tj.za₁​ + ​za₂​ +... + ​za_nie​).

W przypadku mułów ta teoretyczna pojemność wynosido​_ZA ​+​ ​kstan (d)w którymdo_ZAjest przyczepność. Jest równydo,spójność gruntu dla szorstkiego betonu, zardzewiałej stali i blachy falistej. W przypadku betonu gładkiego wartość wynosi.8cdodo, a w przypadku czystej stali jest to.5cdo.9c​. ​pto obwód przekroju poprzecznego pala (w metrach lub stopach).Ljest efektywną długością pala (w metrach lub stopach).

Dla gruntów spoistych,q​_fa ​= aS​_ty gdzie a jest współczynnikiem przyczepności, mierzonym jako1–1 (S_uc)²dlaS_ucmniej niż 48 kN/m² gdzieS_uc = 2cjest wytrzymałością na ściskanie bez ograniczeń (w kN/m² lub funt/stopę²). DlaS_ucwiększa od tej wartości,a = [0,9 + 0,3(S_uc - 1)]/S_uc​.

Współczynnik bezpieczeństwa wynosi od 1 do 5 dla różnych zastosowań. Czynnik ten może odpowiadać za wielkość uszkodzeń, względną zmianę prawdopodobieństwa niepowodzenia projektu, same dane dotyczące gruntu, konstrukcję tolerancji i dokładność metod projektowych analizy.

W przypadku uszkodzenia ścinającego współczynnik bezpieczeństwa waha się od 1,2 do 2,5. W przypadku tam i wypełnień współczynnik bezpieczeństwa wynosi od 1,2 do 1,6. W przypadku murów oporowych 1,5 do 2,0, dla ścianek szczelnych 1,2 do 1,6, dla wykopów stężonych 1,2 do 1,5, dla stóp na ścinanie współczynnik 2 do 3, dla ław fundamentowych 1,7 do 2,5. Przez w przeciwieństwie do przypadków awarii wycieku, gdy materiały przesiąkają przez małe otwory w rurach lub innych materiałach, współczynnik bezpieczeństwa wynosi od 1,5 do 2,5 dla podniesienia i 3 do 5 dla rurociąg.

Inżynierowie stosują również ogólne zasady dotyczące współczynnika bezpieczeństwa wynoszącego 1,5 dla ścian oporowych, które są przewracane granulatem zasypka, 2,0 dla zasypki spoistej, 1,5 dla ścian z czynnym parciem gruntu i 2,0 dla tych z gruntem pasywnym naciski. Te czynniki bezpieczeństwa pomagają inżynierom uniknąć ścinania i przesiąkania, a także przemieszczania się gruntu w wyniku przemieszczenia na nim obciążenia.

Uzbrojeni w wyniki testów inżynierowie obliczają, jakie obciążenie może bezpiecznie wytrzymać gleba. Zaczynając od ciężaru wymaganego do ścinania gruntu, dodają one współczynnik bezpieczeństwa, dzięki czemu konstrukcja nigdy nie wywiera wystarczającego ciężaru, aby odkształcić grunt. Mogą dostosować ślad i głębokość fundamentu, aby pozostać w tej wartości. Alternatywnie mogą zagęszczać grunt w celu zwiększenia jego wytrzymałości, na przykład za pomocą walca do zagęszczania luźnego materiału wypełniającego podtorza.

Metody wyznaczania nośności gruntu polegają na maksymalnym nacisku, jaki fundament może wywierać na grunt, tak aby: akceptowalny współczynnik bezpieczeństwa na wypadek ścinania znajduje się poniżej fundamentu, a dopuszczalne osiadanie całkowite i różnicowe wynosi spotkał.

Nośność graniczna to minimalne ciśnienie, które spowodowałoby zniszczenie ścinające podłoża podpierającego bezpośrednio pod fundamentem i przylegającego do niego. Uwzględniają wytrzymałość na ścinanie, gęstość, przepuszczalność, tarcie wewnętrzne i inne czynniki podczas budowania konstrukcji na gruncie.

Inżynierowie kierują się najlepszym osądem tych metod określania nośności gruntu podczas wykonywania wielu z tych pomiarów i obliczeń. Efektywna długość wymaga od inżyniera wyboru miejsca rozpoczęcia i zakończenia pomiaru. Jako jedną z metod inżynier może wybrać głębokość pala i odjąć wszelkie naruszone grunty powierzchniowe lub mieszaniny gruntów. Inżynier może również zdecydować się na pomiar długości segmentu pala w pojedynczej warstwie gruntu składającej się z wielu warstw.

Inżynierowie muszą uwzględnić glebę jako mieszaninę pojedynczych cząstek, które poruszają się względem siebie. Te jednostki gleby można badać, aby zrozumieć fizykę tych ruchów podczas określania waga, siła i inne ilości w odniesieniu do budynków i projektów inżynierów, na których opierają się inżynierowie im.

Zniszczenie przy ścinaniu może wynikać z naprężeń przyłożonych do gruntu, które powodują, że cząstki opierają się sobie i rozpraszają w sposób szkodliwy dla budynku. Z tego powodu inżynierowie muszą ostrożnie dobierać projekty i grunty o odpowiedniej wytrzymałości na ścinanie.

Koło Mohrapotrafi wizualizować naprężenia ścinające na płaszczyznach związanych z projektami budowlanymi. Koło Naprężeń Mohra jest wykorzystywane w badaniach geologicznych badań gruntu. Polega ona na wykorzystaniu próbek gruntu o kształcie walca, tak aby na warstwy gruntu oddziaływały naprężenia promieniowe i osiowe, obliczane za pomocą płaszczyzn. Naukowcy następnie wykorzystują te obliczenia do określenia nośności gruntów w fundamentach.

Naukowcy zajmujący się fizyką i inżynierią mogą klasyfikować gleby, piaski i żwiry według ich wielkości i składników chemicznych. Inżynierowie mierzą powierzchnię właściwą tych składników jako stosunek pola powierzchni cząstek do masy cząstek jako jedną z metod ich klasyfikacji.

Kwarc jest najczęstszym składnikiem mułu i piasku, a mika i skaleń są innymi powszechnymi składnikami. Minerały ilaste, takie jak montmorylonit, illit i kaolinit, tworzą arkusze lub struktury przypominające płyty o dużej powierzchni. Minerały te mają powierzchnię właściwą od 10 do 1000 metrów kwadratowych na gram ciała stałego.

Ta duża powierzchnia pozwala na oddziaływania chemiczne, elektromagnetyczne i van der Waalsa. Te minerały mogą być bardzo wrażliwe na ilość płynu, który może przejść przez ich pory. Inżynierowie i geofizycy mogą określić rodzaje iłów obecnych w różnych projektach, aby obliczyć skutki tych sił, aby uwzględnić je w swoich równaniach.

Gleby z glinkami o wysokiej aktywności mogą być bardzo niestabilne, ponieważ są bardzo wrażliwe na płyny. Pęcznieją w obecności wody i kurczą się pod jej nieobecność. Siły te mogą powodować pęknięcia w fizycznym fundamencie budynków. Z drugiej strony materiały, które są glinami o niskiej aktywności, które powstają przy bardziej stabilnej aktywności, mogą być znacznie łatwiejsze w obróbce.

Geotechdata.info zawiera listę wartości nośności gruntu, które można wykorzystać jako wykres nośności gruntu.