Ako vypočítať únosnosť pôd

Theúnosnosť pôdyje dané rovnicou

v ktoromQ_aje prípustná únosnosť (v kN / m² alebo lb / ft²), ​Q_uje konečná únosnosť (v kN / m² alebo lb / ft²) a FS je bezpečnostný faktor. Maximálna únosnosťQ_uje teoretická hranica únosnosti.

Rovnako ako sa nakláňa šikmá veža v Pise v dôsledku deformácie pôdy, inžinieri používajú tieto výpočty pri určovaní hmotnosti budov a domov. Keď inžinieri a výskumníci kladú základy, musia sa ubezpečiť, že ich projekty sú ideálne pre pôdu, ktorá to podporuje. Únosnosť je jednou z metód merania tejto pevnosti. Vedci môžu vypočítať únosnosť pôdy stanovením hranice kontaktného tlaku medzi pôdou a materiálom na ňu položeným.

Tieto výpočty a merania sa vykonávajú na projektoch týkajúcich sa základov mostov, oporných múrov, priehrad a potrubí vedených pod zemou. Spoliehajú sa na fyziku pôdy štúdiom podstaty rozdielov spôsobených tlakom pórovej vody na podkladový materiál a medzigranulárne účinné napätie medzi časticami pôdy sami. Závisia tiež od mechaniky tekutín priestorov medzi pôdnymi časticami. Toto zohľadňuje praskanie, priesak a pevnosť v šmyku samotnej pôdy.

Nasledujúce časti idú podrobnejšie o týchto výpočtoch a ich použití.

Medzi plytké základy patria pätkové pásky, štvorcové pätky a kruhové pätky. Hĺbka je zvyčajne 3 metre a umožňuje lacnejšie, uskutočniteľnejšie a ľahšie prenosné výsledky.

​Teória maximálnej nosnosti Terzaghidiktuje, že môžete vypočítať konečnú únosnosť pre plytké súvislé základyQ_us

v ktoromcje súdržnosť pôdy (v kN / m² alebo lb / ft²), ​gje efektívna jednotková hmotnosť pôdy (v kN / m³ alebo lb / ft³), ​Dje hĺbka základne (vm alebo ft) a B je šírka základne (vm alebo ft).

Pre plytké štvorcové základy platí rovnicaQ_us

a pre plytké kruhové základy rovnica je

V niektorých variantoch je g nahradenéγ​.

Ostatné premenné závisia od iných výpočtov.N_qje

​N_cje 5,14 preф '= 0a

pre všetky ostatné hodnoty ф ',Ngje:

​K_strsa získava z grafu veličín a zo stanovenia hodnotyK_strzohľadňuje pozorované trendy. Niektoré používajúN_g = 2 (N_q+1) tanf '/ (1 + .4sin4​​ф ')ako aproximácia bez potreby výpočtuK​​str.​

Môžu sa vyskytnúť situácie, v ktorých pôda vykazuje miestne znakystrihové zlyhanie. To znamená, že pevnosť pôdy nemôže preukázať dostatočnú pevnosť pre základ, pretože odpor medzi časticami v materiáli nie je dostatočne veľký. V týchto situáciách je konečná únosnosť štvorcového základuQ_u = 0,867 N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g ,súvislý základ je isQu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng a kruhový základ jeQ​_u ​= 0,867 N​_c ​+ g D N​_q ​+ 0,3 g B N​​_g​.

Hlboké základy zahŕňajú základy móla a kesóny. Rovnica pre výpočet medznej únosnosti tohto typu pôdy jeQ_u = Q_p + Q_f v ktoromQ_uje konečná únosnosť (v kN / m² alebo lb / ft²), ​Q_pje teoretická únosnosť pre hrot základne (v kN / m² alebo lb / ft²) aQ_fje teoretická únosnosť v dôsledku trenia hriadeľa medzi hriadeľom a pôdou. Takto získate ďalší vzorec pre únosnosť pôdy

Môžete vypočítať teoretický základ kapacity koncového ložiska (hrotu)Q_pakoQ_p = A_pq_pv ktoromQ_pje teoretická únosnosť koncového ložiska (v kN / m² alebo lb / ft²) aA_pje efektívna plocha hrotu (v m² alebo ft²).

Teoretická jednotka únosnosti hrotov bahnitých pôd bez súdržnostiq_pjeqDN_qa pre súdržné pôdy9c,(obidve v kN / m² alebo lb / ft²). ​D_cje kritická hĺbka pre hromady vo voľných bahnoch alebo pieskoch (v m alebo ft). Toto by malo byť10Bna sypký piesok a piesok,15Bpre piesky a piesky so strednou hustotou a20Bpre veľmi husté usadeniny a piesky.

Pre treciu schopnosť plášťa (hriadeľa) pilótového základu je teoretická únosnosťQ_fjeA_fq_fpre jednu homogénnu pôdnu vrstvu apSq_fĽpre viac ako jednu vrstvu pôdy. V týchto rovniciachA_f je efektívny povrch vlasovej šachty,q_fjekstan (d), teoretická jednotková trecia kapacita pre pôdy bez súdržnosti (v kN / m² alebo lb / ft), v ktoromkje bočný zemný tlak,sje efektívny tlak v nadloží adje vonkajší uhol trenia (v stupňoch).Sje súčet rôznych pôdnych vrstiev (t.j.a₁​ + ​a₂​ +... + ​a_n​).

Pokiaľ ide o bahno, táto teoretická kapacita jec​_A ​+​ ​kstan (d)v ktoromc_Aje adhézia. Rovná sac,súdržnosť pôdy pre drsný betón, hrdzavú oceľ a vlnitý kov. Pre hladký betón je to hodnota.8cdoca pre čistú oceľ to je.5cdo.9c​. ​pje obvod prierezu hromady (vm alebo ft).Ľje efektívna dĺžka hromady (vm alebo ft).

Pre súdržné pôdy,q​_f ​= aS​_u v ktorom a je faktor adhézie, meraný ako1-.1 (S._uc)²preS_ucmenej ako 48 kN / m² kdeS_uc = 2cje neobmedzená pevnosť v tlaku (v kN / m² alebo lb / ft²). PreS_ucväčšia ako táto hodnota,a = [0,9 + 0,3 (S._uc - 1)] / S_uc​.

Faktor bezpečnosti sa pohybuje od 1 do 5 pre rôzne použitia. Tento faktor môže zohľadniť veľkosť škôd, relatívnu zmenu v možnostiach zlyhania projektu, samotné údaje o pôde, konštrukciu tolerancie a presnosť metód analýzy.

V prípade šmykovej poruchy sa bezpečnostný faktor pohybuje od 1,2 do 2,5. Pre hrádze a priehrady sa bezpečnostný faktor pohybuje od 1,2 do 1,6. Pre oporné múry je to 1,5 až 2,0, pre strižnú štetovnicu je to 1,2 až 1,6, pre vystužené výkopy je to 1,2 až 1,5, pre základové šmykové pätky je koeficient 2 až 3, pre pätkové podložky je to 1,7 až 2,5. Autor: naopak, v prípade zlyhania priesaku, keď materiály presakujú cez malé otvory v potrubí alebo iných materiáloch, bezpečnostný faktor sa pohybuje od 1,5 do 2,5 pre zdvih a 3 až 5 pre potrubie.

Inžinieri tiež používajú základné pravidlá pre bezpečnostný faktor 1,5 pre oporné múry prevrátené zrnitosťou zásyp, 2,0 pre súdržný zásyp, 1,5 pre steny s aktívnym zemným tlakom a 2,0 pre pasívne zeminy tlaky. Tieto bezpečnostné faktory pomáhajú inžinierom predchádzať strihovým poruchám a poruchám pri presakovaní, rovnako ako sa pôda môže pohybovať v dôsledku zaťaženia.

Na základe výsledkov skúšky inžinieri vypočítajú, aké veľké zaťaženie pôda bezpečne unesie. Počnúc hmotnosťou potrebnou na strihanie pôdy pridávajú bezpečnostný faktor, takže štruktúra nikdy neprikladá dostatočnú váhu na to, aby pôdu zdeformovala. Môžu upraviť pôdorys a hĺbku základu tak, aby zostali v tejto hodnote. Prípadne môžu pôdu stlačiť, aby sa zvýšila jej pevnosť, napríklad pomocou valčeka na zhutnenie sypkého sypkého materiálu pre vozovku.

Metódy stanovenia únosnosti pôdy zahŕňajú maximálny tlak, ktorým môže základ vyvíjať na pôdu taký tlak prijateľný bezpečnostný faktor proti šmykovému zlyhaniu je pod základom a prijateľné celkové a diferenciálne sedenie sú stretol.

Konečná únosnosť je minimálny tlak, ktorý by spôsobil šmykové zlyhanie nosnej zeminy bezprostredne pod a susediace so základom. Pri stavbe konštrukcií na pôde berú do úvahy pevnosť v šmyku, hustotu, priepustnosť, vnútorné trenie a ďalšie faktory.

Pri vykonávaní mnohých z týchto meraní a výpočtov používajú inžinieri pri svojich metódach najlepšieho úsudku tieto metódy určenia únosnosti pôdy. Efektívna dĺžka si vyžaduje, aby si inžinier vybral, kde má zahájiť a zastaviť meranie. Ako jednu z metód môže inžinier zvoliť hĺbku hromady a odpočítať všetky narušené povrchové pôdy alebo zmesi pôd. Inžinier sa tiež môže rozhodnúť zmerať ho ako dĺžku vlasového segmentu v jednej pôdnej vrstve pôdy, ktorá sa skladá z mnohých vrstiev.

Inžinieri musia brať do úvahy pôdy ako zmesi jednotlivých častíc, ktoré sa navzájom pohybujú. Tieto jednotky pôd je možné študovať, aby sme pri určovaní pochopili fyziku týchto pohybov hmotnosť, sila a ďalšie veličiny vzhľadom na budovy a projekty, na ktorých stavajú inžinieri ich.

Zlyhanie v šmyku môže byť dôsledkom napätí pôsobiacich na pôdu, ktoré spôsobujú, že častice navzájom odolávajú a rozptyľujú sa spôsobmi, ktoré sú škodlivé pre stavbu. Z tohto dôvodu musia byť inžinieri pri výbere vzorov a pôd s príslušnou pevnosťou v strihu opatrní.

TheMohrov kruhdokáže vizualizovať šmykové napätia v rovinách relevantných pre stavebné projekty. Mohrov kruh stresu sa používa pri geologickom výskume testovania pôdy. Zahŕňa to použitie vzoriek pôd v tvare valca tak, aby radiálne a axiálne napätia pôsobili na vrstvy pôd vypočítané pomocou rovín. Vedci potom pomocou týchto výpočtov určia únosnosť pôd v základoch.

Vedci z fyziky a techniky môžu klasifikovať pôdy, piesky a štrky podľa ich veľkosti a chemických zložiek. Inžinieri merajú špecifický povrch týchto zložiek ako pomer povrchovej plochy častíc k hmotnosti častíc ako jednu z metód ich klasifikácie.

Kremeň je najbežnejšou zložkou bahna a piesku a sľuda a živce sú ďalšími bežnými zložkami. Ílové minerály ako montmorillonit, illit a kaolinit tvoria listy alebo štruktúry, ktoré sú podobné doskám s veľkými povrchmi. Tieto minerály majú špecifický povrchový povrch od 10 do 1 000 metrov štvorcových na gram pevnej látky.

Táto veľká plocha umožňuje chemické, elektromagnetické a van der Waalsove interakcie. Tieto minerály môžu byť veľmi citlivé na množstvo tekutiny, ktorá môže prechádzať cez ich póry. Inžinieri a geofyzici môžu určiť typy ílov prítomných v rôznych projektoch na výpočet účinkov týchto síl, aby sa zohľadnili v ich rovniciach.

Pôdy s vysokoaktívnymi hlinami môžu byť veľmi nestabilné, pretože sú veľmi citlivé na tekutiny. V prítomnosti vody napučiavajú a pri jej neprítomnosti sa zmenšujú. Tieto sily môžu spôsobiť trhliny vo fyzickom založení budov. Na druhej strane s materiálmi, ktoré sú nízkoaktívnymi hlinami, ktoré sa vytvárajú pri stabilnejšej aktivite, sa dá oveľa ľahšie pracovať.

Geotechdata.info obsahuje zoznam hodnôt únosnosti pôdy, ktoré môžete použiť ako graf únosnosti pôdy.