Cum se calculează capacitatea portantă a solurilor

capacitatea portantă a soluluieste dat de ecuație

in careÎ_Aeste capacitatea portantă admisibilă (în kN / m² sau lb / ft²), ​Î_tueste capacitatea portantă finală (în kN / m² sau lb / ft²) și FS este factorul de siguranță. Capacitatea portantă supremăÎ_tueste limita teoretică a capacității portante.

La fel ca modul în care se înclină Turnul înclinat din Pisa din cauza deformării solului, inginerii folosesc aceste calcule atunci când determină greutatea clădirilor și a caselor. Pe măsură ce inginerii și cercetătorii pun bazele, trebuie să se asigure că proiectele lor sunt ideale pentru terenul care îl susține. Capacitatea portantă este o metodă de măsurare a acestei rezistențe. Cercetătorii pot calcula capacitatea portantă a solului determinând limita presiunii de contact dintre sol și materialul plasat pe el.

Aceste calcule și măsurători sunt efectuate pe proiecte care implică fundații de poduri, ziduri de sprijin, baraje și conducte care rulează subteran. Se bazează pe fizica solului studiind natura diferențelor cauzate de presiunea apei în pori material care stă la baza fundației și tensiunea eficientă inter-granulară dintre particulele de sol înșiși. Ele depind, de asemenea, de mecanica fluidelor a spațiilor dintre particulele de sol. Acest lucru explică crăparea, infiltrarea și rezistența la forfecare a solului în sine.

Următoarele secțiuni intră mai în detaliu cu privire la aceste calcule și la utilizările lor.

Fundațiile puțin adânci includ picioarele de bandă, picioarele pătrate și picioarele circulare. Adâncimea este de obicei de 3 metri și permite rezultate mai ieftine, mai fezabile și mai ușor de transferat.

​Teoria Terzaghi Ultimate Capacity Bearingdictează că puteți calcula capacitatea portantă finală pentru fundații continue superficialeÎ_tucu

in careceste coeziunea solului (în kN / m² sau lb / ft²), ​geste greutatea efectivă a solului (în kN / m³ sau lb / ft³), ​Deste adâncimea piciorului (în m sau ft) și B este lățimea piciorului (în m sau ft).

Pentru fundațiile pătrate superficiale, ecuația esteÎ_tucu

și, pentru fundații circulare superficiale, ecuația este

În unele variante, g este înlocuit cuγ​.

Celelalte variabile depind de alte calcule.N_qeste

​N_ceste 5,14 pentruф '= 0și

pentru toate celelalte valori ale lui ф ',Ngeste:

​K_pagse obține din graficarea cantităților și determinarea valoriiK_pagcontează tendințele observate. Unii folosescN_g = 2 (N_q+1) tanф '/ (1 + .4sin4​​ф ')ca o aproximare fără a fi nevoie să calculămK​​pag.​

Pot exista situații în care solul să prezinte semne de localitateeșec de forfecare. Aceasta înseamnă că rezistența solului nu poate arăta suficientă rezistență pentru fundație, deoarece rezistența dintre particulele din material nu este suficient de mare. În aceste situații, capacitatea portantă finală a fundației pătrate esteÎ_tu = .867c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g ,fundamentul continuu isQu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng și fundația circulară esteÎ​_tu ​= .867c N​_c ​+ g D N​_q ​+ 0,3 g B N​​_g​.

Fundațiile adânci includ fundații de dig și chesoane. Ecuația pentru calcularea capacității portante finale a acestui tip de sol este deÎ_tu = Î_p + Î_f in careÎ_tueste capacitatea portantă finală (în kN / m² sau lb / ft²), ​Î_peste capacitatea portantă teoretică pentru vârful fundației (în kN / m² sau lb / ft²) șiÎ_feste capacitatea portantă teoretică datorată fricțiunii arborelui dintre arbore și sol. Acest lucru vă oferă o altă formulă pentru capacitatea portantă a solului

Puteți calcula fundația teoretică a capacității lagărului (vârfului)Î_pla fel deÎ_p = A_pq_pin careÎ_peste capacitatea portantă teoretică pentru rulmentul final (în kN / m² sau lb / ft²) șiA_peste zona efectivă a vârfului (în m² sau ft²).

Capacitatea portantă a vârfurilor teoretice ale solurilor de nămol fără coeziuneq_pesteqDN_qși, pentru soluri coezive,9c,(ambele în kN / m² sau lb / ft²). ​D_ceste adâncimea critică pentru grămezi în nămoluri sau nisipuri libere (în m sau ft). Ar trebui să fie10Bpentru nămoluri și nisipuri libere,15Bpentru nămoluri și nisipuri cu densitate moderată și20Bpentru nămoluri și nisipuri foarte dense.

Pentru capacitatea de frecare a pielii (arborelui) a fundației grămezii, capacitatea portantă teoreticăÎ_festeA_fq_fpentru un singur strat omogen de sol șipSq_fLpentru mai mult de un strat de sol. În aceste ecuații,A_f este suprafața efectivă a arborelui stivei,q_festekstan (d), capacitatea teoretică de frecare a unității pentru soluri fără coeziune (în kN / m² sau lb / ft) în carekeste presiunea laterală a pământului,seste presiunea efectivă de supraîncărcare șideste unghiul de frecare extern (în grade).Seste însumarea diferitelor straturi de sol (adicăA₁​ + ​A₂​ +... + ​A_n​).

Pentru mămici, această capacitate teoretică estec​_A ​+​ ​kstan (d)in carec_Aeste adeziunea. Este egal cuc,coeziunea solului pentru beton brut, oțel ruginit și metal ondulat. Pentru betonul neted, valoarea este.8clac, și, pentru oțel curat, este.5cla.9c​. ​peste perimetrul secțiunii transversale a grămezii (în m sau ft).Leste lungimea efectivă a grămezii (în m sau ft).

Pentru soluri coezive,q​_f ​= aS​_tu în care a este factorul de aderență, măsurat ca1-.1 (S_uc)²pentruS_ucmai mică de 48 kN / m² UndeS_uc = 2ceste puterea de compresie neconfigurată (în kN / m² sau lb / ft²). PentruS_ucmai mare decât această valoare,a = [0,9 + 0,3 (S_uc - 1)] / S_uc​.

Factorul de siguranță variază de la 1 la 5 pentru diferite utilizări. Acest factor poate explica amploarea daunelor, schimbarea relativă a șanselor ca un proiect să eșueze, datele solului în sine, construcția toleranței și precizia metodelor de analiză de proiectare.

Pentru cazurile de defectare la forfecare, factorul de siguranță variază de la 1,2 la 2,5. Pentru baraje și umpluturi, factorul de siguranță variază de la 1,2 la 1,6. Pentru zidurile de sprijin, este de la 1,5 la 2,0, pentru stivuirea foii de forfecare, este de la 1,2 la 1,6, pentru săpăturile armate, este de la 1,2 la 1,5, pentru picioarele de forfecare, factorul este de la 2 la 3, pentru picioarele de covor este de la 1,7 la 2,5. De în contrast, cazurile de defecțiune a infiltrării, deoarece materialele se infiltrează prin găuri mici din țevi sau alte materiale, factorul de siguranță variază de la 1,5 la 2,5 pentru ridicare și de la 3 la 5 pentru conducte.

Inginerii folosesc, de asemenea, reguli generale pentru factorul de siguranță ca 1,5 pentru zidurile de sprijin care sunt răsturnate cu granule umplutură, 2.0 pentru umplutură coezivă, 1.5 pentru pereți cu presiune activă a pământului și 2.0 pentru cei cu pământ pasiv presiuni. Acești factori de siguranță îi ajută pe ingineri să evite defectele de forfecare și infiltrare, precum și solul se poate mișca ca urmare a lagărelor de sarcină de pe acesta.

Înarmați cu rezultatele testelor, inginerii calculează câtă sarcină poate suporta în siguranță solul. Începând cu greutatea necesară pentru tăierea solului, acestea adaugă un factor de siguranță, astfel încât structura să nu aplice niciodată suficientă greutate pentru a deforma solul. Ei pot ajusta amprenta și adâncimea unei fundații pentru a rămâne în interiorul acelei valori. Alternativ, pot comprima solul pentru a-i crește rezistența, de exemplu, folosind o rolă pentru a compacta materialul de umplutură liberă pentru patul de drum.

Metodele de determinare a capacității portante a solului implică presiunea maximă pe care fundația o poate exercita asupra solului astfel încât factorul de siguranță acceptabil împotriva defectării la forfecare este sub fundație și stabilizarea totală și diferențială acceptabilă sunt întâlnit.

Capacitatea portantă finală este presiunea minimă care ar cauza defectarea forfecării solului de susținere imediat sub și adiacent fundației. Acestea iau în considerare rezistența la forfecare, densitatea, permeabilitatea, fricțiunea internă și alți factori atunci când construiesc structuri pe sol.

Inginerii folosesc cea mai bună judecată cu aceste metode de determinare a capacității portante a solului atunci când efectuează multe dintre aceste măsurători și calcule. Lungimea efectivă necesită ca inginerul să aleagă unde să înceapă și să oprească măsurarea. Ca metodă, inginerul poate alege să utilizeze adâncimea grămezii și să scadă orice sol de suprafață perturbat sau amestecuri de soluri. Inginerul poate alege, de asemenea, să-l măsoare ca lungimea unui segment de grămadă într-un singur strat de sol care constă din mai multe straturi.

Inginerii trebuie să țină seama de soluri ca amestecuri de particule individuale care se deplasează unul față de celălalt. Aceste unități de soluri pot fi studiate pentru a înțelege fizica din spatele acestor mișcări atunci când se determină greutatea, forța și alte cantități în raport cu clădirile și proiectele pe care se bazează inginerii lor.

Eșecul de forfecare poate rezulta din solicitările aplicate solului care determină particulele să reziste reciproc și să se disperseze în moduri dăunătoare construcției. Din acest motiv, inginerii trebuie să fie atenți la alegerea proiectelor și a solurilor cu rezistențe la forfecare adecvate.

Cercul Mohrpoate vizualiza tensiunile de forfecare pe planurile relevante pentru proiectele de construcție. Cercul de stres Mohr este utilizat în cercetarea geologică a testării solului. Aceasta implică utilizarea unor probe de sol în formă de cilindru, astfel încât solicitările radiale și axiale să acționeze asupra straturilor solurilor, calculate cu ajutorul planurilor. Cercetătorii folosesc apoi aceste calcule pentru a determina capacitatea portantă a solurilor din fundații.

Cercetătorii în fizică și inginerie pot clasifica solurile, nisipurile și pietrișele după mărimea lor și constituenții chimici. Inginerii măsoară suprafața specifică a acestor constituenți ca raportul dintre suprafața particulelor și masa particulelor ca o metodă de clasificare a acestora.

Cuarțul este cea mai comună componentă a nămolului și a nisipului, iar mica și feldspatul sunt alte componente comune. Mineralele de argilă, cum ar fi montmorillonitul, ilita și caolinita, alcătuiesc foi sau structuri asemănătoare plăcilor cu suprafețe mari. Aceste minerale au suprafețe specifice de la 10 la 1.000 de metri pătrați pe gram de solid.

Această suprafață mare permite interacțiuni chimice, electromagnetice și van der Waals. Aceste minerale pot fi foarte sensibile la cantitatea de lichid care poate trece prin porii lor. Inginerii și geofizicienii pot determina tipurile de argile prezente în diferite proiecte pentru a calcula efectele acestor forțe pentru a le explica în ecuațiile lor.

Solurile cu argile cu activitate ridicată pot fi foarte instabile, deoarece sunt foarte sensibile la fluide. Se umflă în prezența apei și se micșorează în absența ei. Aceste forțe pot cauza fisuri în fundația fizică a clădirilor. Pe de altă parte, materialele care sunt argile cu activitate scăzută, care se formează sub o activitate mai stabilă, pot fi mult mai ușor de lucrat.

Geotechdata.info are o listă a valorilor capacității portante a solului pe care le puteți utiliza ca diagramă a capacității portante a solului.