Ako vypočítať nosnú kapacitu pôdy

Obsah

• Vzorec pre únosnosť pôdy
• Metódy stanovenia únosnosti pôdy
• Čo je faktor bezpečnosti?
• Praktické výpočty únosnosti
• Čo spôsobuje, že pôda je stresovaná?
• Klasifikácia pôd podľa zloženia
• Schéma únosnosti pôdy

nosnosť pôdy je daná rovnicou Q = Q_u/ FS v ktorom Q je prípustná nosnosť (v kN / m² alebo lb / ft²), Q_u je konečná nosnosť (v kN / m² alebo lb / ft²) a FS je bezpečnostný faktor. Konečná nosnosť Q_u je teoretická hranica únosnosti.

Rovnako ako sa šikmá veža v Pise nakláňa v dôsledku deformácie pôdy, inžinieri používajú tieto výpočty pri určovaní hmotnosti budov a domov. Pretože inžinieri a vedci 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 limitu kontaktného tlaku medzi pôdou a materiálom na ňu naneseným.

Tieto výpočty a merania sa vykonávajú na projektoch zahŕňajúcich základy mostov, oporné múry, priehrady a potrubia vedené pod zemou. Spoliehajú sa na fyziku pôdy tým, že študujú povahu rozdielov spôsobených tlakom pórov vody v materiáli, ktorý tvorí základ nadácie, a intergranulárnym účinným stresom medzi samotnými časticami pôdy. Závisia tiež od mechaniky tekutín v priestoroch medzi časticami pôdy. Toto zodpovedá praskaniu, presakovaniu a šmykovej pevnosti samotnej pôdy.

Nasledujúce oddiely sa podrobnejšie venujú týmto výpočtom a ich použitiu.

Vzorec pre únosnosť pôdy

K plytkým základom patria pásové pätky, štvorcové päty a kruhové pätky. Hĺbka je obvykle 3 metre a umožňuje lacnejšie, uskutočniteľnejšie a ľahšie prenosné výsledky.

Teória konečnej únosnosti Terzaghi diktuje, že môžete vypočítať konečnú únosnosť pre plytké súvislé základy Q_u s Q_u = c N_C + g D N_q + 0,5 g BN_g v ktorom C je súdržnosť pôdy (v kN / m² alebo lb / ft²), g je účinná jednotková hmotnosť pôdy (v kN / m³ alebo lb / ft³), D je hĺbka základu (vm alebo ft) a B je šírka základu (vm alebo ft).

Pre plytké štvorcové základy je rovnica Q_u s Q_u = 1,3cN_C + g D N_q + 0,4 g BN_g a pre plytké kruhové základy je rovnica Q_u = 1,3cN_C + g D N_q + 0,3 g BN_g.. V niektorých variantoch je g nahradené γ.

Ostatné premenné závisia od iných výpočtov. N_q je e^{2π (.75-ф / 360) tanf} / 2cos2 (45 + ф / 2), N_C je 5,14 pre ф = 0 a N_q-1 / tanф pre všetky ostatné hodnoty ф, ng je tanф (K_pg/ cos2fotografia - 1) / 2.

K_pg sa získa z grafu množstiev a určenia, ktorá hodnota K_pg zodpovedá za pozorované trendy. Niektoré použitia N_g = 2 (N_q1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ ako aproximácia bez potreby výpočtu _Kstr.

Môžu sa vyskytnúť situácie, keď pôda vykazuje znaky miestneho pôvodu strihové zlyhanie, To znamená, že pevnosť pôdy nemôže preukázať dostatočnú pevnosť základu, pretože odpor medzi časticami v materiáli nie je dostatočne veľký. V týchto situáciách je maximálna únosnosť štvorcových základov Q_u = 0,867c N_C + g D N_q + 0,4 g BN_g , súvislé základy i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng a kruhové základy sú Q_u = 0,867c N_C + g D N_q + 0,3 g B N___g.

Metódy stanovenia únosnosti pôdy

Hlboké základy zahŕňajú základy móla a kesóny. Rovnica na výpočet konečnej únosnosti tohto typu pôdy je Q_u = Q_p + Q_F _v ktorom _Q_u je konečná nosnosť (v kN / m² alebo lb / ft²), Q_p je teoretická únosnosť pre špičku základu (v kN / m² alebo lb / ft²) a Q_F je teoretická únosnosť spôsobená trením hriadeľa medzi hriadeľom a zeminou. Získate tak ďalší vzorec pre únosnosť pôdy

Môžete vypočítať teoretický základ nosnosti (hrotu) Q_p ako Q_p = A_pq_p v ktorom Q_p je teoretická únosnosť koncového ložiska (v kN / m² alebo lb / ft²) a _p je účinná plocha hrotu (vm² alebo ft²).

Teoretická kapacita hrudných pôd bez súdržnosti bez hrotov q_p je qDN_q a pre kohézne pôdy 9c, (obidve v kN / m² alebo lb / ft²). D_C je kritická hĺbka pre hromady vo voľných kaloch alebo pieskoch (vm alebo ft). To by malo byť 10B pre sypké piesky a piesky, 15B pre bahno a piesok so strednou hustotou a 20B pre veľmi husté bahno a piesok.

Pre treciu kapacitu pokožky (drieku) pilotového základu teoretickú únosnosť Q_F je _Fq_F - pre jednu homogénnu vrstvu pôdy a - PSQ_FL pre viac ako jednu vrstvu pôdy. V týchto rovniciach _F _je účinná povrchová plocha hromady pilotov, qq_F je kstan (d), teoretická jednotková trecia kapacita pôd bez kohézie (v kN / m² alebo lb / ft), v ktorých k je bočný tlak na zem, s je účinný tlak pri nadmernom zaťažení a d je vonkajší uhol trenia (v stupňoch). S je súčet rôznych vrstiev pôdy (t.j. ₁ + ₂ + .... + _n).

Pokiaľ ide o bahno, táto teoretická kapacita je C + kstan (d) v ktorom C je priľnavosť. Je to rovnaké ako c, súdržnosť pôdy pre drsný betón, hrdzavú oceľ a vlnitý kov. Pre hladký betón je hodnota .8c na Ca v prípade čistej ocele to je .5c na .9c. p je obvod prierezu piloty (vm alebo ft). L je účinná dĺžka hromady (vm alebo ft).

Pre kohézne pôdy q_F = aS_u kde a je koeficient adhézie meraný ako 1-0,1 (S_uc)² pre S_uc menej ako 48 kN / m² kde S_uc = 2c je neobmedzená pevnosť v tlaku (v kN / m² alebo lb / ft²). pre S_uc vyššia ako táto hodnota, a = / S_uc.

Čo je faktor bezpečnosti?

Faktor bezpečnosti je v rozmedzí od 1 do 5 pre rôzne použitia. Tento faktor môže zodpovedať rozsahu škôd, relatívnej zmene šancí, ktoré môže projekt zlyhať, samotných údajoch o pôde, konštrukcii tolerancie a presnosti metód analýzy.

V prípade zlyhania strihom sa bezpečnostný faktor mení od 1,2 do 2,5. Pre priehrady a výplne sa bezpečnostný faktor pohybuje od 1,2 do 1,6. V prípade oporných múrov je to 1,5 až 2,0, pri stohovaní strihových plechov, 1,2 až 1,6, v prípade výstuží s výstužou, 1,2 až 1,5, v prípade strihových pätiek je koeficient 2 až 3, v prípade rohoží s kobercami 1,7 až 2,5. Naproti tomu v prípade zlyhania presakovania, pretože materiály presakujú malými otvormi v potrubiach alebo iných materiáloch, sa bezpečnostný faktor pohybuje v rozmedzí od 1,5 do 2,5 pre zdvih a od 3 do 5 pre potrubie.

Inžinieri tiež používajú palcové pravidlá pre bezpečnostný faktor ako 1,5 pre oporné steny, ktoré sú prevrátené zrnitým zásypom, 2,0 pre súdržný zásyp, 1,5 pre steny s aktívnym zemným tlakom a 2,0 pre steny s pasívnym zemným tlakom. Tieto bezpečnostné faktory pomáhajú inžinierom vyhnúť sa poruchám pri strihu a presakovaní, ako aj pôda sa môže v dôsledku zaťaženia ložiska pohybovať.

Praktické výpočty únosnosti

Inžinieri, vyzbrojení výsledkami testov, vypočítajú, koľko zaťaženia môže pôda bezpečne uniesť. Počínajúc hmotnosťou potrebnou na strihanie pôdy, dodávajú bezpečnostný faktor, takže štruktúra nikdy nepoužíva dostatočnú hmotnosť na deformáciu pôdy. Môžu upraviť chodidlo a hĺbku nadácie tak, aby zostali v rámci tejto hodnoty. Alternatívne môžu pôdy stlačiť, aby zvýšili svoju pevnosť, napríklad pomocou valca na zhutnenie sypkého materiálu pre cestné dno.

Metódy stanovenia únosnosti pôdy zahŕňajú maximálny tlak, ktorý môže nadácia vyvíjať na pôdu, takže prijateľný bezpečnostný faktor proti strihovému zlomu je pod základom a je dosiahnuté prijateľné celkové a diferenciálne usadzovanie.

Konečná únosnosť je minimálny tlak, ktorý by spôsobil šmykové zlyhanie podpornej pôdy bezprostredne pod a vedľa základu. Pri stavbe štruktúr na pôde zohľadňujú šmykovú pevnosť, hustotu, priepustnosť, vnútorné trenie a ďalšie faktory.

Pri vykonávaní mnohých z týchto meraní a výpočtov inžinieri využívajú tieto metódy na určenie únosnosti pôdy podľa svojho najlepšieho úsudku. Efektívna dĺžka vyžaduje, aby si inžinier vybral, kde začať a zastaviť meranie. Ako jednu z metód môže inžinier zvoliť použitie hĺbky vlasu a odpočítanie narušenej povrchovej pôdy alebo zmesi pôd. Inžinier sa môže tiež rozhodnúť zmerať ho ako dĺžku vlasového segmentu v jednej pôdnej vrstve pôdy, ktorá pozostáva z mnohých vrstiev.

Čo spôsobuje, že pôda je stresovaná?

Inžinieri musia brať ohľad na pôdu ako zmesi častíc jednotlivca, ktoré sa pohybujú jedna k druhej. Tieto jednotky zemín sa dajú študovať, aby pochopili fyziku týchto pohybov pri určovaní hmotnosti, sily a ďalších množstiev s ohľadom na budovy a projekty, ktoré na nich inžinieri stavajú.

Zlyhanie v šmyku môže byť dôsledkom namáhania pôdy, ktoré spôsobuje, že častice navzájom odolávajú a rozptyľujú sa spôsobmi, ktoré sú škodlivé pre stavebníctvo. Z tohto dôvodu musia byť inžinieri pri výbere konštrukcií a pôd s primeranou šmykovou pevnosťou opatrní.

Mohr Circle dokáže vizualizovať šmykové namáhanie v rovinách relevantných pre stavebné projekty. Mohrov kruh stresu sa používa v geologickom výskume pôdnych testov. Zahŕňa to použitie vzoriek pôd v tvare valca tak, aby radiálne a axiálne napätia pôsobili na vrstvy pôdy, vypočítané pomocou rovín. Vedci potom pomocou týchto výpočtov určujú únosnosť pôdy v základoch.

Klasifikácia pôd podľa zloženia

Vedci z oblasti fyziky a strojárstva môžu klasifikovať pôdy, piesky a štrky podľa ich veľkosti a chemických zložiek. Inžinieri merajú špecifickú povrchovú plochu týchto zložiek ako pomer povrchovej plochy častíc k hmotnosti častíc ako jeden zo spôsobov ich klasifikácie.

Kremeň je najbežnejšou zložkou bahna a piesku a sľuda a živci sú ďalšie bežné zložky. Ílové minerály, ako je montmorillonit, illit a kaolinit, tvoria pláty alebo štruktúry, ktoré sú doštičkové s veľkými povrchovými plochami. Tieto minerály majú špecifický povrchový rozmer od 10 do 1 000 metrov štvorcových na gram tuhej látky.

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

Pôdy s vysoko aktívnymi ílami môžu byť veľmi nestabilné, pretože sú veľmi citlivé na tekutinu. Napučiavajú v prítomnosti vody a pri svojej neprítomnosti sa zmenšujú. Tieto sily môžu spôsobiť praskliny vo fyzickom základe budov. Na druhej strane, s materiálmi, ktoré sú íly s nízkou aktivitou, ktoré sa tvoria pri stabilnejšej aktivite, sa dá ľahšie pracovať.

Schéma únosnosti pôdy

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