Hur man beräknar jordens bärkapacitet

Dejordens bärförmågages av ekvationen

i vilkenF_aär den tillåtna bärkapaciteten (i kN / m² eller lb / ft²), ​F_uär den ultimata bärförmågan (i kN / m² eller lb / ft²) och FS är säkerhetsfaktorn. Den ultimata bärförmåganF_uär den teoretiska gränsen för bärförmågan.

Precis som hur det lutande tornet i Pisa lutar på grund av jordens deformation, använder ingenjörer dessa beräkningar när de bestämmer vikten på byggnader och hus. Eftersom ingenjörer och forskare lägger grunden måste de se till att deras projekt är idealiska för den mark som stöder den. Lagerkapacitet är en metod för att mäta denna styrka. Forskare kan beräkna jordens bärförmåga genom att bestämma gränsen för kontakttryck mellan jorden och det material som läggs på den.

Dessa beräkningar och mätningar utförs på projekt som involverar brofundament, stödmurar, dammar och rörledningar som går under jord. De förlitar sig på jordens fysik genom att studera skillnaderna som orsakas av porvattentrycket material som ligger till grund för grunden och den interkorniga effektiva spänningen mellan jordpartiklarna sig själva. De är också beroende av vätskemekanik i utrymmet mellan jordpartiklar. Detta står för sprickbildning, läckage och markens skjuvhållfasthet.

Följande avsnitt går närmare in på dessa beräkningar och deras användning.

Grunt underlag inkluderar remsfot, kvadratfot och cirkulära underlag. Djupet är vanligtvis 3 meter och möjliggör billigare, mer genomförbara och lättare överförbara resultat.

​Terzaghi Ultimate Bearing Capacity Theorydikterar att du kan beräkna den ultimata bärförmågan för grunda kontinuerliga fundamentF_umed

i vilkencär jordens sammanhållning (i kN / m² eller lb / ft²), ​gär jordens effektiva enhetsvikt (i kN / m³ eller lb / ft³), ​Där fotens djup (i m eller ft) och B är fotens bredd (i m eller ft).

För grunda kvadratiska fundament är ekvationenF_umed

och för grunda cirkulära fundament är ekvationen

I vissa varianter ersätts g medγ​.

De andra variablerna beror på andra beräkningar.N_qär

​N_cär 5,14 förф '= 0och

för alla andra värden på ф ',Ngär:

​K_siderhålls genom att grafera kvantiteterna och bestämma vilket värde avK_sidredogör för de observerade trenderna. Vissa använderN_g = 2 (N_q+1) tanF '/ (1 + .4sin4​​ф ')som en approximation utan att behöva beräknaK​​sid.​

Det kan finnas situationer där jorden visar tecken på lokalskjuvfel. Det betyder att markstyrkan inte kan visa tillräckligt med styrka för fundamentet eftersom motståndet mellan partiklarna i materialet inte är tillräckligt stort. I dessa situationer är den fyrkantiga fundamentets ultimata bärförmågaF_u = .867c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g ,den kontinuerliga stiftelsen är isQu = 2/3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng och den cirkulära grunden ärF​_u ​= .867c N​_c ​+ g D N​_q ​+ 0,3 g B N​​_g​.

Djupa stiftelser inkluderar pirar och caissons. Ekvationen för att beräkna den slutliga bärförmågan för denna typ av jord ärF_u = Q_sid + Q_f i vilkenF_uär den ultimata bärförmågan (i kN / m² eller lb / ft²), ​F_sidär den teoretiska bärförmågan för fundamentets spets (i kN / m² eller lb / ft²) ochF_fär den teoretiska bärförmågan på grund av axelfriktion mellan axeln och marken. Detta ger dig en annan formel för jordens bärförmåga

Du kan beräkna den teoretiska ändlagrets (tip) kapacitetsgrundF_sidsomF_sid = A_sidq_sidi vilkenF_sidär den teoretiska bärkapaciteten för ändlagret (i kN / m² eller lb / ft²) ochA_sidär spetsens effektiva område (i m² eller ft²).

Den teoretiska enhetens spetsbärande förmåga hos sammanhållningsfri slamjordq_sidärqDN_qoch för sammanhängande jordar9c,(båda i kN / m² eller lb / ft²). ​D_cär det kritiska djupet för pålar i lösa silter eller sand (i m eller ft). Detta borde vara10Bför lösa silter och sand,15Bför silter och sand med måttlig densitet och20Bför mycket täta silter och sand.

För hud (axel) friktionskapacitet hos påelfundament, den teoretiska bärförmåganF_färA_fq_fför ett enda homogent jordskikt ochpSq_fLför mer än ett lager jord. I dessa ekvationer,A_f är den effektiva ytan på påelaxeln,q_färkstan (d), den teoretiska enhetens friktionskapacitet för sammanhållningsfria jordar (i kN / m² eller lb / ft) därkär jordtrycket i sidled,sär det effektiva överbelastningstrycket ochdär den yttre friktionsvinkeln (i grader).Sär summeringen av olika jordlager (dvs.a₁​ + ​a₂​ +... + ​a_n​).

För silter är denna teoretiska kapacitetc​_A ​+​ ​kstan (d)i vilkenc_Aär vidhäftningen. Det är lika medc,sammanhållningen av jord för grov betong, rostigt stål och korrugerad metall. För slät betong är värdet.8ctillcoch för rent stål är det.5ctill.9c​. ​sidär stapelns tvärsnitt (i m eller ft).Lär pålens effektiva längd (i m eller ft).

För sammanhängande jordar,q​_f ​= aS​_u där a är vidhäftningsfaktorn, mätt som1-.1 (S_uc)²förS_ucmindre än 48 kN / m² varS_uc = 2cär den obegränsade kompressionsstyrkan (i kN / m² eller lb / ft²). FörS_ucstörre än detta värde,a = [0,9 + 0,3 (S_uc - 1)] / S_uc​.

Säkerhetsfaktorn varierar från 1 till 5 för olika användningsområden. Denna faktor kan ta hänsyn till storleken på skador, relativ förändring av chansen att ett projekt misslyckas, markdata i sig, toleranskonstruktion och noggrannhet för analysmetoder.

För fall av skjuvfel varierar säkerhetsfaktorn från 1,2 till 2,5. För dammar och fyllningar varierar säkerhetsfaktorn från 1,2 till 1,6. För stödmurar är det 1,5 till 2,0, för skjuvning är det 1,2 till 1,6, för stagade utgrävningar, det är 1,2 till 1,5, för skjuvspridning, faktorn är 2 till 3, för mattfot är det 1,7 till 2,5. Förbi kontrast, fall av läckande fel, när material sipprar genom små hål i rör eller andra material, ligger säkerhetsfaktorn från 1,5 till 2,5 för lyft och 3 till 5 för rör.

Ingenjörer använder också tumregler för säkerhetsfaktorn som 1,5 för stödmurar som välter med granulat återfyllning, 2,0 för sammanhängande återfyllning, 1,5 för väggar med aktivt jordtryck och 2,0 för dem med passiv jord tryck. Dessa säkerhetsfaktorer hjälper ingenjörer att undvika skjuv- och utsläppsfel så att jorden kan röra sig på grund av lastlagren på den.

Beväpnad med testresultaten beräknar ingenjörer hur mycket belastning jorden säkert kan bära. Från och med vikten som krävs för att skära marken lägger de till en säkerhetsfaktor så att strukturen aldrig lägger tillräckligt med vikt för att deformera jorden. De kan justera fotavtrycket och djupet på en foundation för att hålla sig inom det värdet. Alternativt kan de komprimera marken för att öka dess hållfasthet genom att till exempel använda en rulle för att komprimera löst fyllnadsmaterial för en vägbädd.

Metoder för att bestämma jordens bärförmåga involverar det maximala tryck som fundamentet kan utöva på jorden så att den acceptabla säkerhetsfaktorn mot skjuvfel ligger under fundamentet och den acceptabla totala och differentiella avvecklingen är träffade.

Den ultimata bärförmågan är det minsta tryck som skulle orsaka skjuvfel i stödjorden direkt under och intill fundamentet. De tar hänsyn till skjuvhållfasthet, densitet, permeabilitet, inre friktion och andra faktorer när man bygger strukturer på mark.

Ingenjörer använder sitt bästa omdöme med dessa metoder för att bestämma jordens bärförmåga när de utför många av dessa mätningar och beräkningar. Den effektiva längden kräver att ingenjören gör ett val om var man ska börja och sluta mäta. Som en metod kan ingenjören välja att använda stapeldjupet och subtrahera eventuella störda ytor eller blandningar av jord. Ingenjören kan också välja att mäta den som längden på ett påelsegment i ett enda jordlager av jord som består av många lager.

Ingenjörer måste ta hänsyn till jord som blandningar av individuella partiklar som rör sig i förhållande till varandra. Dessa markenheter kan studeras för att förstå fysiken bakom dessa rörelser vid bestämning vikt, kraft och andra kvantiteter med avseende på byggnader och projekt som ingenjörer bygger på dem.

Skjuvfel kan bero på de påfrestningar som appliceras på jord som får partiklarna att motstå varandra och spridas på ett sätt som är skadligt för byggnaden. Av denna anledning måste ingenjörer vara försiktiga när de väljer mönster och mark med lämpliga skjuvhållfastheter.

DeMohr Circlekan visualisera skjuvspänningarna på de plan som är relevanta för byggprojekt. Mohr Circle of Stresses används i geologisk forskning om markprovning. Det handlar om att använda cylinderformade jordprover så att de radiella och axiella spänningarna verkar på jordlagren, beräknat med hjälp av plan. Forskare använder sedan dessa beräkningar för att bestämma jordens bärförmåga i fundamentet.

Forskare inom fysik och teknik kan klassificera jord, sand och grus efter deras storlek och kemiska beståndsdelar. Ingenjörer mäter den specifika ytan för dessa beståndsdelar som förhållandet mellan partiklarnas ytarea och partiklarnas massa som en metod för att klassificera dem.

Kvarts är den vanligaste komponenten i silt och sand och glimmer och fältspat är andra vanliga komponenter. Lermineraler som montmorillonit, illit och kaolinit utgör lakan eller strukturer som är plattliknande med stora ytor. Dessa mineraler har specifika ytor från 10 till 1000 kvadratmeter per gram fast ämne.

Denna stora yta möjliggör kemiska, elektromagnetiska och van der Waals interaktioner. Dessa mineraler kan vara mycket känsliga för mängden vätska som kan passera genom deras porer. Ingenjörer och geofysiker kan bestämma vilka typer av leror som finns i olika projekt för att beräkna effekterna av dessa krafter för att redovisa dem i deras ekvationer.

Jord med högaktivitetslera kan vara mycket instabil eftersom de är mycket känsliga för vätska. De sväller i närvaro av vatten och krymper i frånvaro. Dessa krafter kan orsaka sprickor i byggnadernas fysiska grund. Å andra sidan kan material som är lera med låg aktivitet som bildas under mer stabil aktivitet vara mycket lättare att arbeta med.

Geotechdata.info har en lista över värden för jordbärande kapacitet som du kan använda som ett diagram för jordbärande kapacitet.