Як розрахувати несучу ємність ґрунтів

Зміст

• Формула для несучої здатності ґрунту
• Методи визначення несучої здатності ґрунту
• Що таке фактор безпеки?
• Практичні розрахунки несучої здатності
• Що спричиняє напругу ґрунтів?
• Класифікація ґрунтів за складом
• Діаграма ємності ґрунтового підшипника

The несуча здатність грунту задається рівнянням Q_а = Q_у/ ФС в якій Q_а - допустима несуча здатність (в кН / м² або фунт / фут²), Q_у - гранична несуча здатність (в кН / м² або фунт / фут²) і FS - фактор безпеки. Кінцева несуча здатність Q_у - теоретична межа несучої здатності.

Подібно до того, як Пізанська вежа схиляється через деформацію ґрунту, інженери використовують ці розрахунки при визначенні ваги будівель і будинків. Оскільки інженери та дослідники закладають фундамент, вони повинні переконатись, що їхні проекти ідеальні для того, хто його підтримує. Несуча здатність - один із способів вимірювання цієї міцності. Дослідники можуть обчислити несучу здатність ґрунту, визначивши межу контактного тиску між ґрунтом та розміщеним на ньому матеріалом.

Ці розрахунки та вимірювання виконуються на проектах, що передбачають мостові фундаменти, підпірні стіни, дамби та трубопроводи, які проходять під землею. Вони покладаються на фізику ґрунту, вивчаючи характер відмінностей, спричинених тиском порової води матеріалу, що лежить в основі, та міжгранульованим ефективним напруженням між самими частинками ґрунту. Вони також залежать від механіки рідини просторів між частинками ґрунту. Це пояснює розтріскування, просочування та міцність на зсув самого ґрунту.

У наступних розділах детальніше описуються ці розрахунки та їх використання.

Формула для несучої здатності ґрунту

Неглибокі фундаменти включають смугові опори, квадратні підніжки та круглі опори. Глибина зазвичай становить 3 метри і дозволяє отримати більш дешеві, здійсненні та легкіші для передачі результати.

Теорія кінцевої несучої здатності Терзагі диктує, що ви можете розрахувати граничну несучу здатність для неглибоких суцільних фундаментів Q_у з Q_у = c N_c + g D N_q + 0,5 г B N_г в якій c - згуртованість ґрунту (в кН / м² або фунт / фут²), г - ефективна одинична маса ґрунту (в кН / м³ або фунт / фут³), D - глибина опори (в м або фут) і B - ширина опори (в м або фут).

Для дрібних квадратних основ рівняння є Q_у з Q_у = 1,3c N_c + g D N_q + 0,4 г B N_г а для неглибоких круглих основ - рівняння Q_у = 1,3c N_c + g D N_q + 0,3 г B N_г.. У деяких варіаціях g замінюється на γ.

Інші змінні залежать від інших розрахунків. N_q є е^{2π (.75-ф / 360) танф} / 2cos2 (45 + ф / 2), N_c становить 5,14 для ф = 0 і N_q-1 / танф для всіх інших значень ф, Ng є танф (К_пг/ cos2ф - 1) / 2.

К_пг виходить із графіку величин та визначення, яке значення К_пг пояснює спостережувані тенденції. Деякі використовують N_г = 2 (N_q+1) танф / (1 + .4sin4ф) _ як наближення без необхідності обчислювати _Kпг.

Можуть бути ситуації, коли грунт виявляє місцеві ознаки несправність зсуву. Це означає, що міцність ґрунту не може виявити достатню міцність для фундаменту, оскільки опір між частинками матеріалу недостатньо великий. У цих ситуаціях кінцева несуча здатність має квадратну основу Q_у = .867c N_c + g D N_q + 0,4 г B N_г , неперервні фундаменти i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 г B Ng, а круглі фундаменти - Q_у = .867c N_c + g D N_q + 0,3 г B N___г.

Методи визначення несучої здатності ґрунту

Глибокі фундаменти включають причальні фундаменти та кесони. Рівнянням для розрахунку граничної несучої здатності даного типу ґрунтів є Q_у = Q_p + Q_f _в якому _Q_у - гранична несуча здатність (в кН / м² або фунт / фут²), Q_p - теоретична несуча здатність для наконечника фундаменту (в кН / м² або фунт / фут²) і Q_f - теоретична несуча здатність через тертя вала між валом і ґрунтом. Це дає ще одну формулу несучої здатності ґрунту

Можна розрахувати теоретичну основу ємності підшипника (наконечника) Q_p як Q_p = А_pq_p в якій Q_p - теоретична несуча здатність для кінцевого підшипника (в кН / м² або фунт / фут²) і А_p - ефективна площа кінчика (в м² або фут²).

Теоретична одиниця несучої здатності ґрунтів, що не містять згуртованості q_p є qDN_q і для згуртованих ґрунтів 9c, (обидва в кН / м² або фунт / фут²). D_c - критична глибина для паль у сипучих мулах або пісках (в м або футах). Це має бути 10В для сипучих мулів і пісків, 15В для сильних та пісків середньої щільності та 20Б для дуже щільних мултів і пісків.

Для шкіри (вала) тертя здатність пальового фундаменту, теоретична несуча здатність Q_f є А_fq_f для єдиного однорідного шару ґрунту та pSq_fL для більш ніж одного шару ґрунту. У цих рівняннях А_f _ - ефективна площа поверхні пальового валу, _q_f є кстан (г), теоретична одинична здатність тертя для грунтів, що не містять згуртованості (у кН / м² або фунт / фут), в якому к - це бічний земний тиск, с - ефективний перевантажувальний тиск і г - кут зовнішнього тертя (у градусах). S - це підсумок різних шарів ґрунту (тобто а₁ + а₂ + .... + а_н).

Для силтів ця теоретична здатність є c_А + кстан (г) в якій c_А - це адгезія. Він дорівнює c, згуртованість ґрунту для чорнового бетону, іржавої сталі та гофрованого металу. Для гладкого бетону значення становить .8c до c, і, для чистої сталі, це так .5c до .9c. p - периметр поперечного перерізу палі (в м або футах). L - ефективна довжина ворсу (в м або футах).

Для згуртованих ґрунтів q_f = aS_у в якій a - коефіцієнт адгезії, вимірюваний як 1-.1 (S_ук)² для S_ук менше 48 кН / м² де S_ук = 2с - міцність без стихійного стиснення (в кН / м² або фунт / фут²). Для S_ук більше цієї величини, a = / S_ук.

Що таке фактор безпеки?

Коефіцієнт безпеки коливається від 1 до 5 для різних цілей. Цей фактор може пояснювати величину збитків, відносну зміну шансів, що проект може вийти з ладу, самі дані про грунт, побудову толерантності та точність методів проектування аналізу.

У випадках несправності зсуву коефіцієнт безпеки коливається від 1,2 до 2,5. Для дамб і заливів коефіцієнт безпеки коливається від 1,2 до 1,6. Для підпірних стін його 1,5 - 2,0, для зсувних аркушів аркушів, його 1,2-1,6, для підкопових розкопок, його 1,2 - 1,5, для опор, що розкидаються, коефіцієнт становить 2 - 3, для матових опор - 1,7-2,5. Навпаки, у випадках відмови 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 трубопроводів.

Інженери також застосовують правила безпеки для коефіцієнта безпеки, як 1,5 для підпірних стін, перекритих зернистим заливом, 2,0 для когезивної заливки, 1,5 для стін з активним земним тиском і 2,0 для тих, хто має пасивний земний тиск. Ці фактори безпеки допомагають інженерам уникнути пошкоджень зсуву та просочення, а також ґрунт може переміщатися внаслідок навантаження на нього.

Практичні розрахунки несучої здатності

Озброївшись результатами випробувань, інженери підраховують, скільки навантаження може безпечно переносити грунт. Починаючи з ваги, необхідної для зрубування ґрунту, вони додають коефіцієнт безпеки, щоб структура ніколи не надавала достатньої ваги для деформації ґрунту. Вони можуть регулювати ступню і глибину фундаменту, щоб залишатися в межах цієї величини. Крім того, вони можуть стискати ґрунт для підвищення його міцності, наприклад, використовуючи валик для ущільнення сипучого заливного матеріалу для дорожнього русла.

Методи визначення несучої здатності ґрунту передбачають максимальний тиск, який фундамент може чинити на ґрунт таким чином, щоб прийнятний коефіцієнт безпеки проти відмови зрушення знаходився нижче фундаменту і дотримувався прийнятний загальний та диференціальний розрахунок.

Кінцева несуча здатність - це мінімальний тиск, який може спричинити зрив опорного ґрунту безпосередньо під землею та поруч із фундаментом. Вони враховують міцність на зсув, щільність, проникність, внутрішнє тертя та інші фактори при будівництві конструкцій на ґрунті.

Інженери використовують найкраще рішення щодо цих методів визначення несучої здатності ґрунту під час виконання багатьох цих вимірювань та розрахунків. Ефективна довжина вимагає від інженера зробити вибір про те, з чого почати та припинити вимірювання. В якості одного методу інженер може вибрати глибину ворсу і відняти будь-які порушені поверхневі ґрунти або суміші ґрунтів. Інженер може також вибрати його як вимірювання як довжину ворсового сегмента в одному ґрунтовому шарі ґрунту, що складається з багатьох шарів.

Що спричиняє напругу ґрунтів?

Інженери повинні враховувати ґрунти як суміші частинок особин, які рухаються навколо одна щодо одної. Ці одиниці ґрунтів можна вивчити для розуміння фізики, що стоїть за цими рухами при визначенні ваги, сили та інших величин стосовно будівель та проектів, які інженери будують на них.

Відмова від зсуву може бути наслідком напружень, що накладаються на ґрунт, які викликають опір частинок один одному та розсіювання способами, які згубно впливають на будівництво. З цієї причини інженери повинні бути обережними у виборі конструкцій та ґрунтів з відповідною міцністю на зсув.

The Mohr Circle може візуалізувати напруження зсуву на площинах, що стосуються будівельних проектів. Коло напружень Мора використовується в геологічних дослідженнях ґрунтових випробувань. Він передбачає використання зразків циліндричної форми ґрунтів таким чином, що радіальні та осьові напруги діють на шари ґрунтів, обчислені за допомогою площин. Потім дослідники використовують ці розрахунки для визначення несучої здатності ґрунтів у фундаментах.

Класифікація ґрунтів за складом

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 способів їх класифікації.

Кварц - найпоширеніший компонент мулу та піску, а слюда та польовий шпат - інші поширені компоненти. Глиняні мінерали, такі як монтморилоніт, ілітит і каолініт, складають листи або структури, що мають пластини з великими площами поверхні. Ці мінерали мають питомі поверхні від 10 до 1000 квадратних метрів на грам твердого речовини.

Ця велика площа поверхні дозволяє здійснювати хімічну, електромагнітну та ван-дер-Ваальську взаємодію. Ці мінерали можуть бути дуже чутливими до кількості рідини, яка може пройти через їх пори. Інженери та геофізики можуть визначати типи глини, присутні у різних проектах, для обчислення ефектів цих сил для врахування їх у своїх рівняннях.

Грунти з високоактивними глинами можуть бути дуже нестабільними, оскільки вони дуже чутливі до рідини. Вони набрякають при наявності води і зменшуються при його відсутності. Ці сили можуть спричинити тріщини на фізичному фундаменті будівель. З іншого боку, з матеріалами, що представляють собою низькоактивні глини, які утворюються при більш стабільній активності, може бути набагато легше працювати.

Діаграма ємності ґрунтового підшипника

Geotechdata.info має список значень несучої здатності ґрунту, які можна використовувати як графік несучої здатності ґрунту.