Ocapacidade de carga do soloé dado pela equação
Q_a = \ frac {Q_u} {FS}
no qualQumaé a capacidade de carga permitida (em kN / m2 ou lb / ft2), Qvocêé a capacidade de carga final (em kN / m2 ou lb / ft2) e FS é o fator de segurança. A capacidade de carga finalQvocêé o limite teórico da capacidade de carga.
Assim como a Torre Inclinada de Pisa se inclina devido à deformação do solo, os engenheiros usam esses cálculos para determinar o peso de edifícios e casas. Conforme os engenheiros e pesquisadores estabelecem as bases, eles precisam ter certeza de que seus projetos são ideais para o terreno que os sustenta. A capacidade de carga é um método de medição dessa resistência. Os pesquisadores podem calcular a capacidade de carga do solo determinando o limite de pressão de contato entre o solo e o material colocado sobre ele.
Esses cálculos e medições são realizados em projetos de fundações de pontes, muros de contenção, barragens e dutos subterrâneos. Eles contam com a física do solo estudando a natureza das diferenças causadas pela pressão da água dos poros do material subjacente à fundação e o estresse efetivo intergranular entre as partículas do solo eles mesmos. Eles também dependem da mecânica dos fluidos dos espaços entre as partículas do solo. Isso é responsável por rachaduras, infiltração e resistência ao cisalhamento do próprio solo.
As seções a seguir detalham esses cálculos e seus usos.
Fórmula para capacidade de suporte do solo
As fundações rasas incluem rodapés de tira, rodapés quadrados e rodapés circulares. A profundidade é geralmente de 3 metros e permite resultados mais baratos, mais viáveis e mais facilmente transferíveis.
Teoria da capacidade de suporte final de Terzaghidetermina que você pode calcular a capacidade de carga final para fundações contínuas rasasQvocêcom
Q_u = cN_c + gDN_q + 0,5gBN_g
no qualcé a coesão do solo (em kN / m2 ou lb / ft2), gé o peso unitário efetivo do solo (em kN / m3 ou lb / ft3), Dé a profundidade da sapata (em m ou pés) e B é a largura da sapata (em m ou pés).
Para fundações quadradas rasas, a equação éQvocêcom
Q_u = 1,3cN_c + gDN_q + 0,4gBN_g
e, para fundações circulares rasas, a equação é
Q_u = 1,3cN_c + gDN_q + 0,3gBN_g
Em algumas variações, o g é substituído porγ.
As outras variáveis dependem de outros cálculos.Nqé
N_q = \ frac {e ^ {2 \ pi (0.75- \ phi '/ 360) \ tan {\ phi'}}} {2 \ cos {(2 (45+ \ phi '/ 2))}}
Ncé 5,14 paraф '= 0e
N_C = \ frac {N_q-1} {\ tan {\ phi '}}
para todos os outros valores de ф ',Ngé:
N_g = \ tan {\ phi '} \ frac {K_ {pg} / \ cos {2 \ phi'} -1} {2}
Kpgé obtido a partir do gráfico das quantidades e da determinação de qual valor deKpgresponde pelas tendências observadas. Alguns usamNg = 2 (Nq+1) tanф '/ (1 + .4 sin4ф ')como uma aproximação sem a necessidade de calcularKpág.
Pode haver situações em que o solo mostra sinais de localizaçãofalha de cisalhamento. Isso significa que a resistência do solo não pode mostrar resistência suficiente para a fundação porque a resistência entre as partículas no material não é grande o suficiente. Nessas situações, a capacidade de carga final da fundação quadrada éQvocê = 0,867c Nc + g D Nq + 0,4 g B Ng ,a fundação contínua é eusQu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng e a fundação circular éQvocê = 0,867c Nc + g D Nq + 0,3 g B Ng.
Métodos de determinação da capacidade de suporte do solo
As fundações profundas incluem fundações em píer e caixões. A equação para calcular a capacidade de carga final deste tipo de solo éQvocê = Qp + Qf no qualQvocêé a capacidade de carga final (em kN / m2 ou lb / ft2), Qpé a capacidade de carga teórica para a ponta da fundação (em kN / m2 ou lb / ft2) eQfé a capacidade de carga teórica devido ao atrito do eixo entre o eixo e o solo. Isso dá a você outra fórmula para a capacidade de carga do solo
Você pode calcular a base teórica da capacidade do rolamento final (ponta)QpcomoQp = Apqpno qualQpé a capacidade de suporte teórica para o rolamento da extremidade (em kN / m2 ou lb / ft2) eUMApé a área efetiva da ponta (em m2 ou ft2).
A unidade teórica de capacidade de suporte da ponta de solos de lodo sem coesãoqpéqDNqe, para solos coesos,9c,(ambos em kN / m2 ou lb / ft2). Dcé a profundidade crítica para estacas em sedimentos soltos ou areias (em m ou pés). Isso deve ser10Bpara lodos e areias soltas,15Bpara sedimentos e areias de densidade moderada e20Bpara siltes e areias muito densas.
Para a capacidade de fricção da pele (eixo) da fundação por estaca, a capacidade de suporte teóricaQféUMAfqfpara uma única camada de solo homogênea epSqfeupor mais de uma camada de solo. Nessas equações,UMAf é a área de superfície efetiva do eixo da estaca,qfékstan (d), a capacidade de fricção da unidade teórica para solos sem coesão (em kN / m2 ou lb / ft) em queké a pressão lateral da terra,sé a pressão de sobrecarga efetiva edé o ângulo de atrito externo (em graus).Sé a soma de diferentes camadas de solo (ou seja,uma1 + uma2 +... + uman).
Para silts, esta capacidade teórica écUMA + kstan (d)no qualcUMAé a adesão. É igual ac,a coesão do solo para concreto áspero, aço enferrujado e metal corrugado. Para concreto liso, o valor é.8cparac, e, para aço limpo, é.5cpara.9c. pé o perímetro da seção transversal da estaca (em m ou pés).eué o comprimento efetivo da estaca (em m ou pés).
Para solos coesos,qf = aSvocê em que a é o fator de adesão, medido como1-.1 (Suc)2paraSucmenos de 48 kN / m2 OndeSuc = 2cé a resistência à compressão não confinada (em kN / m2 ou lb / ft2). ParaSucmaior que este valor,a = [0,9 + 0,3 (Suc - 1)] / Suc.
Qual é o fator de segurança?
O fator de segurança varia de 1 a 5 para vários usos. Este fator pode ser responsável pela magnitude dos danos, mudança relativa nas chances de um projeto falhar, os próprios dados do solo, construção de tolerância e precisão dos métodos de análise de projeto.
Para casos de ruptura por cisalhamento, o fator de segurança varia de 1,2 a 2,5. Para barragens e aterros, o fator de segurança varia de 1,2 a 1,6. Para muros de arrimo, é 1,5 a 2,0, para estacas-prancha de cisalhamento, é de 1,2 a 1,6, para escavações reforçadas, é de 1,2 a 1,5, para sapatas de propagação de cisalhamento, o fator é de 2 a 3, para sapatas de tapete é de 1,7 a 2,5. De Em contraste, casos de falha de infiltração, conforme os materiais infiltram-se através de pequenos orifícios em tubos ou outros materiais, o fator de segurança varia de 1,5 a 2,5 para levantamento e 3 a 5 para tubulação.
Os engenheiros também usam regras básicas para o fator de segurança de 1,5 para paredes de contenção que são viradas com granulado aterro, 2,0 para aterro coeso, 1,5 para paredes com pressão de terra ativa e 2,0 para aqueles com terra passiva pressões. Esses fatores de segurança ajudam os engenheiros a evitar falhas de cisalhamento e infiltração, bem como o solo pode se mover como resultado dos rolamentos de carga nele.
Cálculos práticos da capacidade de suporte
Munidos dos resultados do teste, os engenheiros calculam quanta carga o solo pode suportar com segurança. Começando com o peso necessário para cisalhar o solo, eles adicionam um fator de segurança para que a estrutura nunca aplique peso suficiente para deformar o solo. Eles podem ajustar a pegada e a profundidade de uma fundação para permanecer dentro desse valor. Alternativamente, eles podem comprimir o solo para aumentar sua resistência, por exemplo, usando um rolo para compactar o material de preenchimento solto para um leito de estrada.
Os métodos de determinação da capacidade de suporte do solo envolvem a pressão máxima que a fundação pode exercer sobre o solo de modo que o fator de segurança aceitável contra falha por cisalhamento está abaixo da fundação e o recalque total e diferencial aceitável é conheceu.
A capacidade de suporte final é a pressão mínima que causaria a ruptura por cisalhamento do solo de suporte imediatamente abaixo e adjacente à fundação. Eles levam em consideração a resistência ao cisalhamento, densidade, permeabilidade, atrito interno e outros fatores ao construir estruturas no solo.
Os engenheiros usam seu melhor julgamento com esses métodos para determinar a capacidade de carga do solo ao realizar muitas dessas medições e cálculos. O comprimento efetivo requer que o engenheiro faça uma escolha sobre onde iniciar e parar a medição. Como um método, o engenheiro pode escolher usar a profundidade da pilha e subtrair quaisquer solos superficiais perturbados ou misturas de solos. O engenheiro também pode escolher medi-lo como o comprimento de um segmento de estaca em uma única camada de solo composta por várias camadas.
O que faz com que os solos se tornem estressados?
Os engenheiros precisam considerar os solos como misturas de partículas individuais que se movem umas em relação às outras. Essas unidades de solo podem ser estudadas para entender a física por trás desses movimentos ao determinar o peso, força e outras quantidades em relação aos edifícios e projetos que os engenheiros constroem eles.
A ruptura por cisalhamento pode resultar das tensões aplicadas ao solo que fazem com que as partículas resistam umas às outras e se dispersem de forma prejudicial à construção. Por esse motivo, os engenheiros devem ter cuidado ao escolher projetos e solos com resistências de cisalhamento adequadas.
OCírculo de Mohrpode visualizar as tensões de cisalhamento nos planos relevantes para projetos de construção. O Círculo de Tensões de Mohr é usado em pesquisas geológicas de testes de solo. Envolve o uso de amostras de solo em forma de cilindro, de forma que as tensões radial e axial atuem sobre as camadas do solo, calculadas por meio de planos. Os pesquisadores então usam esses cálculos para determinar a capacidade de carga dos solos nas fundações.
Classificando Solos por Composição
Pesquisadores em física e engenharia podem classificar solos, areias e cascalhos por seu tamanho e constituintes químicos. Os engenheiros medem a área de superfície específica desses constituintes como a razão entre a área de superfície das partículas e a massa das partículas como um método de classificá-las.
O quartzo é o componente mais comum de silte e areia e mica e feldspato são outros componentes comuns. Minerais de argila como montmorilonita, ilita e caulinita formam folhas ou estruturas semelhantes a placas com grandes áreas de superfície. Esses minerais têm áreas de superfície específicas de 10 a 1.000 metros quadrados por grama de sólido.
Esta grande área de superfície permite interações químicas, eletromagnéticas e de van der Waals. Esses minerais podem ser muito sensíveis à quantidade de fluido que pode passar por seus poros. Engenheiros e geofísicos podem determinar os tipos de argilas presentes em vários projetos para calcular os efeitos dessas forças para contabilizá-los em suas equações.
Solos com argilas de alta atividade podem ser muito instáveis porque são muito sensíveis a fluidos. Eles incham na presença de água e encolhem na sua ausência. Essas forças podem causar rachaduras na fundação física dos edifícios. Por outro lado, os materiais que são argilas de baixa atividade formados sob uma atividade mais estável podem ser muito mais fáceis de trabalhar.
Gráfico de capacidade de suporte do solo
Geotechdata.info tem uma lista de valores de capacidade de carga do solo que você pode usar como um gráfico de capacidade de carga do solo.