Zeminlerin Taşıma Kapasitesi Nasıl Hesaplanır?

toprağın taşıma kapasitesidenklem tarafından verilir

hangisindeS_birizin verilen taşıma kapasitesidir (kN/m cinsinden² veya lb/ft²), ​S_sennihai taşıma kapasitesidir (kN/m cinsinden² veya lb/ft²) ve FS güvenlik faktörüdür. Nihai taşıma kapasitesiS_sentaşıma kapasitesinin teorik sınırıdır.

Pisa Kulesi'nin zeminin deformasyonu nedeniyle eğilmesi gibi, mühendisler de binaların ve evlerin ağırlığını belirlerken bu hesaplamaları kullanır. Mühendisler ve araştırmacılar temelleri atarken, projelerinin onu destekleyen zemin için ideal olduğundan emin olmaları gerekir. Taşıma kapasitesi, bu gücü ölçmenin bir yöntemidir. Araştırmacılar, toprak ile üzerine konulan malzeme arasındaki temas basıncının sınırını belirleyerek toprağın taşıma kapasitesini hesaplayabilirler.

Bu hesaplamalar ve ölçümler, köprü temelleri, istinat duvarları, barajlar ve yeraltında çalışan boru hatları içeren projelerde yapılmaktadır. Boşluk suyu basıncının neden olduğu farklılıkların doğasını inceleyerek zemin fiziğine güvenirler. temelin altında yatan malzeme ve zemin parçacıkları arasındaki taneler arası efektif gerilme kendilerini. Ayrıca zemin parçacıkları arasındaki boşlukların akışkanlar mekaniğine de bağlıdırlar. Bu, toprağın kendisinin çatlama, sızıntı ve kesme mukavemetini açıklar.

Aşağıdaki bölümlerde bu hesaplamalar ve kullanımları hakkında daha ayrıntılı bilgi verilmektedir.

Sığ temeller, şerit temelleri, kare temelleri ve dairesel temelleri içerir. Derinlik genellikle 3 metredir ve daha ucuz, daha uygulanabilir ve daha kolay aktarılabilir sonuçlar sağlar.

​Terzaghi Nihai Taşıma Kapasitesi Teorisisığ sürekli temeller için nihai taşıma kapasitesini hesaplayabileceğinizi belirtirS_senile

hangisindectoprağın kohezyonudur (kN/m cinsinden² veya lb/ft²), ​gtoprağın etkin birim ağırlığıdır (kN/m olarak³ veya lb/ft³), ​Dtemelin derinliği (m veya ft olarak) ve B, temelin genişliğidir (m veya ft olarak).

Sığ kare temeller için denklem şu şekildedir:S_senile

ve sığ dairesel temeller için denklem şu şekildedir:

Bazı varyasyonlarda, g ile değiştirilirγ​.

Diğer değişkenler diğer hesaplamalara bağlıdır.N_qdır-dir

​N_c5,14 içinф'=0ve

ф' nin diğer tüm değerleri için,Ngdır-dir:

​K_sayfamiktarların grafiğinin çizilmesinden ve hangi değerin belirlenmesinden elde edilir.K_sayfagözlemlenen eğilimleri açıklar. Bazı kullanımN_g = 2(N_q+1)tanf'/(1+.4sin4​​ф')hesaplamaya gerek kalmadan yaklaşık olarakK​​sayfa.​

Toprağın yerel işaretler gösterdiği durumlar olabilir.kesme kırılması. Bu, malzemedeki partiküller arasındaki direnç yeterince büyük olmadığı için zemin mukavemetinin temel için yeterli mukavemet gösteremeyeceği anlamına gelir. Bu durumlarda kare temelin nihai taşıma kapasitesi,S_sen = .867c N_c + g D N_q + 0.4 g BN_g ,sürekli vakfın isQu = 2/3c Nc + g D Nq + 0.5 g B Ng ve dairesel temelinS​_sen ​= .867c N​_c ​+ g D N​_q ​+ 0.3 g BN​​_g​.

Derin temeller, iskele temelleri ve kesonları içerir. Bu tip zeminin nihai taşıma kapasitesinin hesaplanması için denklem şu şekildedir:S_sen = S_p + S_f hangisindeS_sennihai taşıma kapasitesidir (kN/m cinsinden² veya lb/ft²), ​S_ptemelin ucu için teorik taşıma kapasitesidir (kN/m olarak² veya lb/ft²) veS_fşaft ve toprak arasındaki şaft sürtünmesinden kaynaklanan teorik taşıma kapasitesidir. Bu size toprağın taşıma kapasitesi için başka bir formül verir.

Teorik uç yatak (uç) kapasitesi temelini hesaplayabilirsiniz.S_pgibiS_p = bir_pq_phangisindeS_puç yatak için teorik taşıma kapasitesidir (kN/m cinsinden² veya lb/ft²) vebir_pucun etkin alanıdır (m cinsinden² veya ft²).

Kohezyonsuz silt zeminlerin teorik birim uç taşıma kapasitesiq_pdır-dirqDN_qve kohezyonlu zeminler için,9c,(her ikisi de kN/m cinsinden² veya lb/ft²). ​D_cgevşek siltler veya kumlardaki yığınlar için kritik derinliktir (m veya ft olarak). bu olmalı10Bgevşek siltler ve kumlar için,15Borta yoğunluklu siltler ve kumlar için ve20Bçok yoğun siltler ve kumlar için.

Kazık temelin yüzey (şaft) sürtünme kapasitesi için teorik taşıma kapasitesiS_fdır-dirbir_fq_ftek bir homojen toprak tabakası için vepSq_fLBirden fazla toprak tabakası için. Bu denklemlerde,bir_f kazık şaftının etkin yüzey alanıdır,q_fdır-dirkstan (d), kohezyonsuz zeminler için teorik birim sürtünme kapasitesi (kN/m olarak² veya lb/ft) içindekyanal toprak basıncı,setkili aşırı yük basıncı veddış sürtünme açısıdır (derece olarak).Sfarklı toprak katmanlarının toplamıdır (ör.bir₁​ + ​bir₂​ +... + ​bir_n​).

Siltler için bu teorik kapasitec​_bir ​+​ ​kstan (d)hangisindec_biryapışmadır. eşittirc,kaba beton, paslı çelik ve oluklu metal için toprağın kohezyonu. Pürüzsüz beton için değer.8ciçinc, ve temiz çelik için.5ciçin.9c​. ​pkazık kesitinin çevresidir (m veya ft olarak).Lyığının efektif uzunluğudur (m veya ft olarak).

Kohezyonlu zeminler için,q​_f ​= aS​_sen a'nın yapışma faktörü olduğu, şu şekilde ölçülen1-0.1(S_uc)²içinS_uc48 kN/m'den az² neredeS_uc = 2csınırsız sıkıştırma mukavemetidir (kN/m cinsinden² veya lb/ft²). İçinS_ucbu değerden büyük,a = [0.9 + 0.3(S_uc - 1)]/S_uc​.

Güvenlik faktörü, çeşitli kullanımlar için 1 ila 5 arasında değişir. Bu faktör, hasarların büyüklüğünü, bir projenin başarısız olma ihtimalindeki göreceli değişimi, zemin verilerinin kendisini, tolerans yapısını ve tasarım analiz yöntemlerinin doğruluğunu açıklayabilir.

Kesme kırılması durumlarında, güvenlik faktörü 1,2 ile 2,5 arasında değişir. Barajlar ve dolgular için güvenlik faktörü 1,2 ile 1,6 arasında değişmektedir. İstinat duvarları için 1.5 ila 2.0, kesme levha kazık için 1,2 ila 1,6, çaprazlı kazılar için 1,2 ila 1,5, kayma yayılımlı temeller için faktör 2 ila 3, altlık temeller için 1,7 ila 2,5'tir. Tarafından Buna karşılık, malzemeler borulardaki veya diğer malzemelerdeki küçük deliklerden sızdığı için sızıntı hatası örnekleri, güvenlik faktörü kaldırma için 1,5 ila 2,5 arasında ve kaldırma için 3 ila 5 arasında değişir. borular.

Mühendisler ayrıca, granüler taşlarla devrilmiş istinat duvarları için güvenlik faktörü için 1.5 olarak temel kurallar kullanırlar. dolgu, kohezyonlu dolgu için 2.0, aktif toprak basıncına sahip duvarlar için 1.5 ve pasif toprağa sahip olanlar için 2.0 baskılar. Bu güvenlik faktörleri, mühendislerin kayma ve sızma hatalarından kaçınmasına yardımcı olur ve ayrıca üzerindeki yük taşımaları sonucu zemin hareket edebilir.

Test sonuçlarıyla donanan mühendisler, toprağın güvenli bir şekilde ne kadar yük taşıyabileceğini hesaplar. Toprağı kesmek için gereken ağırlıktan başlayarak, bir güvenlik faktörü eklerler, böylece yapı asla toprağı deforme edecek kadar ağırlık uygulamaz. Bu değer içinde kalmak için bir temelin ayak izini ve derinliğini ayarlayabilirler. Alternatif olarak, örneğin bir yol yatağı için gevşek dolgu malzemesini sıkıştırmak için bir silindir kullanarak, dayanıklılığını artırmak için toprağı sıkıştırabilirler.

Zeminin taşıma kapasitesini belirleme yöntemleri, temelin zemine uygulayabileceği maksimum basıncı içerir. kesme göçmesine karşı kabul edilebilir güvenlik faktörü temelin altındadır ve kabul edilebilir toplam ve farklı oturma tanışmak.

Nihai taşıma kapasitesi, temelin hemen altındaki ve bitişiğindeki destekleyici zeminin kesme göçmesine neden olacak minimum basınçtır. Zemin üzerine yapılar inşa ederken kesme mukavemeti, yoğunluk, geçirgenlik, iç sürtünme ve diğer faktörleri hesaba katarlar.

Mühendisler, bu ölçüm ve hesaplamaların birçoğunu yaparken toprağın taşıma kapasitesini belirlemek için bu yöntemlerle en iyi değerlendirmelerini kullanırlar. Etkili uzunluk, mühendisin ölçüme nereden başlayacağı ve nerede duracağı konusunda bir seçim yapmasını gerektirir. Bir yöntem olarak, mühendis kazık derinliğini kullanmayı ve herhangi bir bozulmuş yüzey zeminini veya zemin karışımlarını çıkarmayı seçebilir. Mühendis ayrıca bunu birçok katmandan oluşan tek bir toprak katmanındaki bir kazık parçasının uzunluğu olarak ölçmeyi seçebilir.

Mühendislerin, toprakları birbirine göre hareket eden bireysel parçacıkların karışımları olarak hesaba katmaları gerekir. Bu toprak birimleri, belirlenirken bu hareketlerin arkasındaki fiziği anlamak için incelenebilir. mühendislerin üzerine inşa ettikleri bina ve projelere göre ağırlık, kuvvet ve diğer miktarlar onları.

Kesme kırılması, parçacıkların birbirine direnmesine ve binaya zarar verecek şekilde dağılmasına neden olan zemine uygulanan gerilmelerden kaynaklanabilir. Bu nedenle mühendisler tasarım ve uygun kesme dayanımlarına sahip zeminleri seçerken dikkatli olmalıdırlar.

Mohr ÇemberiBina projeleri ile ilgili düzlemlerde kesme gerilmelerini görselleştirebilir. Mohr Gerilme Çemberi, zemin testinin jeolojik araştırmalarında kullanılır. Düzlemler kullanılarak hesaplanan, radyal ve eksenel gerilmelerin zemin katmanları üzerinde etkili olacağı şekilde silindir şeklindeki zemin numunelerinin kullanılmasını içerir. Araştırmacılar daha sonra bu hesaplamaları temellerdeki zeminlerin taşıma kapasitesini belirlemek için kullanırlar.

Fizik ve mühendislikteki araştırmacılar, toprakları, kumları ve çakılları boyutlarına ve kimyasal bileşenlerine göre sınıflandırabilir. Mühendisler, bu bileşenlerin spesifik yüzey alanını, onları sınıflandırmanın bir yöntemi olarak parçacıkların yüzey alanının parçacıkların kütlesine oranı olarak ölçer.

Kuvars, silt ve kumun en yaygın bileşenidir ve mika ve feldispat diğer yaygın bileşenlerdir. Montmorillonit, illit ve kaolinit gibi kil mineralleri, geniş yüzey alanlarına sahip levha benzeri tabakalar veya yapılar oluşturur. Bu mineraller, katının gramı başına 10 ila 1.000 metrekare arasında spesifik yüzey alanına sahiptir.

Bu geniş yüzey alanı, kimyasal, elektromanyetik ve van der Waals etkileşimlerine izin verir. Bu mineraller, gözeneklerinden geçebilecek sıvı miktarına karşı çok hassas olabilir. Mühendisler ve jeofizikçiler, bu kuvvetlerin etkilerini denklemlerinde hesaba katmak için çeşitli projelerde bulunan kil türlerini belirleyebilirler.

Yüksek aktiviteli killere sahip topraklar, sıvıya karşı çok hassas oldukları için çok kararsız olabilir. Suyun varlığında şişer, yokluğunda büzülür. Bu kuvvetler, binaların fiziksel temellerinde çatlaklara neden olabilir. Öte yandan, daha kararlı aktivite altında oluşan düşük aktiviteli killer olan malzemelerle çalışmak çok daha kolay olabilir.

Geotechdata.info toprak taşıma kapasitesi tablosu olarak kullanabileceğiniz toprak taşıma kapasitesi değerleri listesine sahiptir.