Як розрахувати несучу здатність ґрунтів

несуча здатність грунтузадається рівнянням

в якійПитання_а- допустима несуча здатність (в кН / м² або фунт / фут²), ​Питання_u- гранична несуча здатність (в кН / м² або фунт / фут²) і FS - коефіцієнт безпеки. Гранична несуча здатністьПитання_u- теоретична межа несучої здатності.

Подібно до того, як Пізанська вежа спирається через деформацію грунту, інженери використовують ці розрахунки при визначенні ваги будівель та будинків. Оскільки інженери та дослідники закладають фундамент, вони повинні переконатися, що їх проекти ідеально підходять для того місця, яке його підтримує. Несуча здатність - один із методів вимірювання цієї міцності. Дослідники можуть розрахувати несучу здатність ґрунту, визначивши межу контактного тиску між ґрунтом і накладеним на нього матеріалом.

Ці розрахунки та вимірювання проводяться на проектах, що включають фундамент мостів, підпірні стіни, дамби та трубопроводи, які проходять під землею. Вони покладаються на фізику ґрунту, вивчаючи природу відмінностей, спричинених тиском порової води в матеріал, що лежить в основі фундаменту, і міжзернисте ефективне напруження між частинками грунту самі. Вони також залежать від механіки рідини просторів між частинками грунту. Це пояснює розтріскування, просочування та міцність ґрунту на зсув.

У наступних розділах детальніше описуються ці розрахунки та їх використання.

До мілководних фундаментів належать стрічкові фундаменти, квадратні фундаменти та кругові фундаменти. Глибина, як правило, становить 3 метри, що дозволяє отримати більш дешеві, більш здійсненні та легші результати для перенесення.

​Теорія остаточної несучої здатності Терцагідиктує, що ви можете розрахувати граничну несучу здатність для неглибоких суцільних фундаментівПитання_uз

в якійc- зчеплення ґрунту (в кН / м² або фунт / фут²), ​g- ефективна одиниця ваги ґрунту (в кН / м³ або фунт / фут³), ​D- глибина основи (у м або футах), а B - ширина основи (у м або футах).

Для неглибоких квадратних фундаментів рівняння має виглядПитання_uз

а для неглибоких круглих фундаментів рівняння дорівнює

У деяких варіаціях g замінюється наγ​.

Інші змінні залежать від інших обчислень.N_qє

​N_cстановить 5,14 дляф '= 0і

для всіх інших значень ф ',Нгце:

​К_сторотримується з графіку величин і визначення значення якогоК_сторпояснює спостережувані тенденції. Деякі використовуютьN_g = 2 (N_q+1) танф '/ (1 + .4sin4​​ф ')як наближення без необхідності обчислюватиК​​стор.​

Можуть бути ситуації, коли ґрунт проявляє ознаки місцевихруйнування зсуву. Це означає, що міцність грунту не може показати достатню міцність для фундаменту, оскільки опір між частинками в матеріалі недостатньо великий. У цих ситуаціях гранична несуча здатність квадратного фундаменту становитьПитання_u = .867c N_c + g D N_q + 0,4 г B N_g ,суцільний фундамент isQu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 г B Ng і кругової основи єПитання​_u ​= .867c N​_c ​+ g D N​_q ​+ 0,3 г B N​​_g​.

До глибоких фундаментів належать фундаменти пристані та кесони. Рівняння для розрахунку граничної несучої здатності цього типу ґрунту єПитання_u = Q_стор + Q_f в якійПитання_u- гранична несуча здатність (в кН / м² або фунт / фут²), ​Питання_стор- теоретична несуча здатність кінчика фундаменту (в кН / м² або фунт / фут²) іПитання_f- теоретична несуча здатність, обумовлена ​​тертям валу між валом і ґрунтом. Це дає вам ще одну формулу несучої здатності ґрунту

Ви можете розрахувати теоретичний фундамент несучої (наконечника) підставиПитання_сторякПитання_стор = A_сторq_сторв якійПитання_стор- теоретична несуча здатність кінцевого несучого (в кН / м² або фунт / фут²) іA_стор- ефективна площа наконечника (в м² або фути²).

Теоретична одиниця несучої здатності мулених ґрунтів без когезіїq_сторєqDN_qа для когезійних ґрунтів9в,(обидва в кН / м² або фунт / фут²). ​D_c- критична глибина для паль у пухких мулах або пісках (у м або футах). Це повинно бути10Вдля пухких мулів і пісків,15Вдля мулів та пісків середньої щільності та20Вдля дуже щільних мулів і пісків.

Технічна несуча здатність для обшивки (валу) тертя ворсового фундаментуПитання_fєA_fq_fдля одного однорідного шару ґрунту іpSq_fLдля більш ніж одного шару грунту. У цих рівнянняхA_f - ефективна площа поверхні стовбура палі,q_fєкстан (d), теоретична одинична здатність до тертя для ґрунтів без когезії (в кН / м² або фунт / фут), в якомуk- бічний тиск на землю,s- ефективний розвантажувальний тиск іd- зовнішній кут тертя (у градусах).Sє підсумовуванням різних шарів ґрунту (тобтоа₁​ + ​а₂​ +... + ​а_п​).

Для мулів ця теоретична здатність становитьc​_A ​+​ ​кстан (d)в якійc_A- це адгезія. Це дорівнюєc,зчеплення грунту для грубого бетону, іржавої сталі та гофрованого металу. Для гладкого бетону це значення.8cдоc, а для чистої сталі - це.5cдо.9c​. ​стор- периметр перерізу палі (в м або футах).L- ефективна довжина палі (в м або футах).

Для когезійних ґрунтів,q​_f ​= aS​_u де a - коефіцієнт адгезії, виміряний як1-.1 (S_uc)²дляS_ucменше 48 кН / м² деS_uc = 2c- необмежена сила стиснення (в кН / м² або фунт / фут²). ДляS_ucбільше цього значення,a = [0,9 + 0,3 (S_uc - 1)] / S_uc​.

Коефіцієнт безпеки коливається від 1 до 5 для різних видів використання. Цей фактор може враховувати величину збитків, відносну зміну шансів на провал проекту, самі дані ґрунту, конструкцію допусків та точність проектних методів аналізу.

У випадках руйнування зсуву коефіцієнт безпеки варіюється від 1,2 до 2,5. Для дамб і заливок коефіцієнт безпеки становить від 1,2 до 1,6. Для підпірних стінок це від 1,5 до 2,0, для зсувного шпунтування - 1,2-1,6, для скоблених виїмок - 1,2-1,5, для зсувних розкиданих опор коефіцієнт 2-3, для опорних матів - 1,7-2,5. Автор на відміну від випадків провалу просочування, оскільки матеріали просочуються через невеликі отвори в трубах або інших матеріалах, коефіцієнт безпеки коливається від 1,5 до 2,5 для підйому і від 3 до 5 для підйому трубопроводи.

Інженери також використовують ескізні правила для коефіцієнта безпеки, як 1,5 для підпірних стін, перекинутих гранульованими засипка, 2.0 для згуртованої засипки, 1.5 для стін з активним тиском землі та 2.0 для пасивних заземлень тиску. Ці фактори безпеки допомагають інженерам уникнути руйнувань зсуву та просочування, а також ґрунту може рухатися внаслідок навантаження на нього підшипників.

Озброївшись результатами випробувань, інженери підраховують, скільки навантаження може безпечно перенести грунт. Починаючи з ваги, необхідної для зсуву ґрунту, вони додають коефіцієнт безпеки, тому конструкція ніколи не надає достатньої ваги, щоб деформувати грунт. Вони можуть регулювати розмір та глибину фундаменту, щоб залишатися в межах цієї величини. Крім того, вони можуть стискати грунт, щоб збільшити його міцність, наприклад, використовуючи валик для ущільнення сипучого матеріалу для заповнення дорожнього полотна.

Методи визначення несучої здатності ґрунту передбачають максимальний тиск, який фундамент може чинити на ґрунт таким чином, що прийнятний коефіцієнт безпеки проти руйнування зсуву нижчий за фундамент, а допустимий загальний та диференціальний розряд - зустрілися.

Гранична несуча здатність - це мінімальний тиск, який може спричинити руйнування зсувного опорного грунту безпосередньо внизу та поруч із фундаментом. Вони враховують міцність на зсув, щільність, проникність, внутрішнє тертя та інші фактори при будівництві конструкцій на ґрунті.

Інженери використовують найкраще судження з цими методами визначення несучої здатності ґрунту під час проведення багатьох із цих вимірювань та розрахунків. Ефективна довжина вимагає від інженера вибору, з чого починати та припиняти вимірювання. В якості одного з методів інженер може вибрати глибину палі і відняти будь-які порушені поверхневі ґрунти або суміші ґрунтів. Інженер може також вибрати, щоб виміряти його як довжину сегмента палі в одному шарі ґрунту ґрунту, який складається з багатьох шарів.

Інженерам потрібно враховувати ґрунти як суміші окремих частинок, які рухаються по відношенню один до одного. Ці одиниці ґрунтів можна вивчити, щоб зрозуміти фізику, що лежить в основі цих рухів при визначенні вага, сила та інші величини стосовно будівель та проектів, на яких будуються інженери їх.

Порушення зсуву може бути наслідком напружень, що діють на ґрунт, які змушують частинки чинити опір одна одній і розсіюватися способами, шкідливими для будівництва. З цієї причини інженери повинні бути обережними у виборі конструкцій та ґрунтів із відповідною міцністю на зсув.

Коло Мораможе візуалізувати напруження зсуву на площинах, що стосуються будівельних проектів. Коло напружень Мора використовується при геологічних дослідженнях випробувань ґрунту. Він передбачає використання циліндричних зразків ґрунтів, таких як радіальне та осьове напруження діють на шари ґрунтів, розраховані за допомогою площин. Потім дослідники використовують ці розрахунки для визначення несучої здатності ґрунтів у фундаментах.

Дослідники фізики та техніки можуть класифікувати ґрунти, піски та гравії за їх розмірами та хімічними складовими. Інженери вимірюють питому поверхню цих складових як відношення площі поверхні частинок до маси частинок як один із методів їх класифікації.

Кварц - найпоширеніший компонент мулу та піску, а слюда та польовий шпат - інші поширені компоненти. Глиняні мінерали, такі як монтморилоніт, іліт і каолініт, складають пластини або структури, подібні до пластин, з великими поверхнями. Ці мінерали мають питомі площі поверхні від 10 до 1000 квадратних метрів на грам твердої речовини.

Ця велика площа поверхні забезпечує хімічну, електромагнітну та ван-дер-ваальсову взаємодії. Ці мінерали можуть бути дуже чутливими до кількості рідини, яка може пройти через пори. Інженери та геофізики можуть визначити типи глин, присутніх у різних проектах, щоб розрахувати вплив цих сил, щоб врахувати їх у своїх рівняннях.

Грунти з високоактивними глинами можуть бути дуже нестійкими, оскільки вони дуже чутливі до рідини. Вони набрякають у присутності води і стискаються при її відсутності. Ці сили можуть спричинити тріщини у фізичному фундаменті будівель. З іншого боку, з матеріалами, що представляють собою низькоактивні глини, що утворюються при більш стабільній діяльності, набагато легше працювати.

Geotechdata.info має перелік значень несучої здатності ґрунту, які ви можете використовувати як діаграму несучої здатності ґрунту.