Cum se calculează capacitatea de rulare a solurilor

Conţinut

• Formula pentru capacitatea de rulare a solului
• Metode de determinare a capacității de rulare a solului
• Care este factorul de siguranță?
• Calcule practice ale capacității de rulare
• Ce provoacă solurile pentru a deveni stresat?
• Clasificarea solurilor în funcție de compoziție
• Graficul capacității de rulare a solului

capacitatea de suport a solului este dată de ecuație Q_A = Q_u/ FS in care Q_A este capacitatea de rulare admisibilă (în kN / m² sau lb / ft²), Q_u este capacitatea de rulare finală (în kN / m² sau lb / ft²) și FS este factorul de siguranță. Capacitatea de rulare finală Q_u este limita teoretică a capacității portante.

La fel ca modul în care se sprijină Turnul de susținere din Pisa datorită deformării solului, inginerii folosesc aceste calcule pentru a determina greutatea clădirilor și caselor. Pe măsură ce inginerii și cercetătorii își pun bazele, trebuie să se asigure că proiectele lor sunt ideale pentru terenul care îl susține. Capacitatea de rulare este o metodă de măsurare a acestei rezistențe. Cercetătorii pot calcula capacitatea portantă a solului determinând limita presiunii de contact dintre sol și materialul plasat pe acesta.

Aceste calcule și măsurători sunt efectuate pe proiecte care implică fundații de poduri, ziduri de reținere, baraje și conducte care circulă în subteran. Ei se bazează pe fizica solului studiind natura diferențelor cauzate de presiunea în apă a porilor materialului care stă la baza fundației și de stresul efectiv inter-granular dintre particulele de sol. De asemenea, depind de mecanica fluidă a spațiilor dintre particulele de sol. Acest lucru se referă la fisurare, scurgere și rezistența la forfecare a solului în sine.

Următoarele secțiuni abordează mai detaliat aceste calcule și utilizările acestora.

Formula pentru capacitatea de rulare a solului

Fundațiile superficiale includ suporturi de bandă, pătrate pătrate și pași circulari. Adâncimea este de obicei de 3 metri și permite rezultate mai ieftine, mai fezabile și mai ușor transferabile.

Teoria capacității de rulment final Terzaghi dictează că puteți calcula capacitatea de rulare finală pentru fundații continue superficiale Q_u cu Q_u = c N_c + g D N_q + 0,5 g B N_g in care c este coeziunea solului (în kN / m² sau lb / ft²), g este greutatea unitară eficientă a solului (în kN / m³ sau lb / ft³), D este adâncimea piciorului (în m sau ft) și B este lățimea piciorului (în m sau ft).

Pentru fundații pătrate superficiale, ecuația este Q_u cu Q_u = 1,3c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g și, pentru fundații circulare superficiale, ecuația este Q_u = 1,3c N_c + g D N_q + 0,3 g B N_g.. În unele variații, g se înlocuiește cu γ.

Celelalte variabile depind de alte calcule. N_q este e^{2π (.75-ф / 360) tanф} / 2cos2 (45 + ф / 2), N_c este 5,14 pentru ф = 0 și N_q-1 / tanф pentru toate celelalte valori ale lui ф, ng este tanф (K_pg/ cos2ф - 1) / 2.

K_pg se obține din graficarea cantităților și determinarea valorii K_pg evidențiază tendințele observate. Unii folosesc N_g = 2 (N_q+1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ ca aproximare, fără a fi nevoie să se calculeze _Kpg.

Pot exista situații în care solul prezintă semne de localitate defectarea forfecării. Aceasta înseamnă că rezistența solului nu poate prezenta suficientă rezistență pentru fundație, deoarece rezistența dintre particulele din material nu este suficient de mare. În aceste situații, capacitatea de rulare finală a fundațiilor pătrate este Q_u = .867c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g , fundațiile continue i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng și fundațiile circulare este Q_u = .867c N_c + g D N_q + 0,3 g B N___g.

Metode de determinare a capacității de rulare a solului

Fundațiile adânci includ fundațiile de diguri și caisele. Ecuația pentru calcularea capacității portante finale a acestui tip de sol este Q_u = Q_p + Q_f _in care _Q_u este capacitatea de rulare finală (în kN / m² sau lb / ft²), Q_p este capacitatea teoretică de suport pentru vârful fundației (în kN / m² sau lb / ft²) și Q_f este capacitatea teoretică de rulare datorată frecării arborelui dintre arbore și sol. Aceasta vă oferă o altă formulă pentru capacitatea de suport a solului

Puteți calcula fundamentul teoretic al bazei de rulment (vârf) Q_p la fel de Q_p = A_pq_p in care Q_p este capacitatea teoretică de rulare a rulmentului final (în kN / m² sau lb / ft²) și A_p este zona efectivă a vârfului (în m² sau ft²).

Capacitatea teoretică de susținere a vârfurilor de soluri de pământ care nu prezintă coeziune q_p este qDN_q și, pentru solurile coezive, 9c, (ambele în kN / m² sau lb / ft²). D_c este adâncimea critică pentru grămezi în mătase sau nisipuri libere (în m sau ft). Acest lucru ar trebui să fie 10B pentru mătase și nisipuri libere, 15B pentru măturile și nisipurile cu densitate moderată și 20B pentru măturile și nisipurile foarte dense.

Pentru capacitatea de frecare a pielii (axului) a fundației pilului, capacitatea teoretică de rulare Q_f este A_fq_f pentru un singur strat omogen de sol și PSQ_fL pentru mai mult de un strat de sol. În aceste ecuații, A_f _este suprafața efectivă a arborelui, = qq_f este kstan (d), capacitatea teoretică de frecare a unităților pentru soluri fără coeziune (în kN / m² sau lb / ft) în care k este presiunea laterală a pământului, s este presiunea de supraîncărcare eficientă și d este unghiul de frecare extern (în grade). S este însumarea diferitelor straturi de sol (adică. A₁ + A₂ + .... + A_n).

Pentru mătăsuri, această capacitate teoretică este c_A + kstan (d) in care c_A este adeziunea. Este egal cu C, coeziunea solului pentru beton gros, oțel ruginit și metal ondulat. Pentru betonul neted, valoarea este .8c la c, și, pentru oțel curat, este .5c la .9c. p este perimetrul secțiunii transversale a pilei (în m sau ft). L este lungimea efectivă a mormanului (în m sau ft).

Pentru soluri coezive, q_f = aS_u în care a este factorul de adeziune, măsurat ca 1-0.1 (S_uc)² pentru S_uc mai puțin de 48 kN / m² Unde S_uc = 2c este rezistența la compresiune neconfigurată (în kN / m² sau lb / ft²). Pentru S_uc mai mare decât această valoare, a = / S_uc.

Care este factorul de siguranță?

Factorul de siguranță variază de la 1 la 5 pentru diverse utilizări. Acest factor poate ține cont de amploarea pagubelor, schimbarea relativă a șanselor unui proiect, eșecul de date al solului, construcția toleranței și exactitatea metodelor de analiză de proiectare.

În cazurile de defecțiune la forfecare, factorul de siguranță variază de la 1,2 la 2,5. Pentru baraje și umpluturi, factorul de siguranță variază de la 1,2 la 1,6. Pentru zidurile de reținere, 1,5 până la 2,0, pentru îngrășarea foilor de forfecare, 1,2 până la 1,6, pentru excavații cu brațe, 1,2 până la 1,5, pentru piese de răspândire a forței, factorul este de 2 până la 3, pentru picioarele mat este de 1,7 la 2,5. Spre deosebire de cazurile de defecțiune, deoarece materialele se scurg prin găuri mici în conducte sau alte materiale, factorul de siguranță variază de la 1,5 la 2,5 la ridicare și 3 la 5 pentru conducte.

Inginerii folosesc, de asemenea, reguli pentru factorul de siguranță ca 1,5 pentru pereții de reținere răsturnați cu umplutură granulară, 2,0 pentru umplerea cu coeficient, 1,5 pentru pereții cu presiune activă a pământului și 2,0 pentru cei cu presiune pasivă la pământ. Acești factori de siguranță îi ajută pe ingineri să evite defecțiunile de forfecare și de scurgere, precum și solul se poate mișca ca urmare a lagărelor de sarcină pe acesta.

Calcule practice ale capacității de rulare

Înarmați cu rezultatele testelor, inginerii calculează cât de multă sarcină poate suporta solul. Începând cu greutatea necesară pentru tăierea solului, acestea adaugă un factor de siguranță, astfel încât structura să nu aplice niciodată suficientă greutate pentru a deforma solul. Acestea pot ajusta piciorul și adâncimea unei fundații pentru a rămâne în interiorul acelei valori. În mod alternativ, acestea pot comprima solul pentru a-i spori rezistența, folosind, de exemplu, o rolă pentru a compacta materialul de umplere liber pentru un strat de drum.

Metodele de determinare a capacității de rulare a solului implică presiunea maximă pe care fundația o poate exercita asupra solului, astfel încât factorul de siguranță acceptabil împotriva defecțiunii de forfecare să se afle sub fundație și să se atingă așezarea totală și totală acceptabilă.

Capacitatea de rulare finală este presiunea minimă care ar provoca defecțiunea de forfecare a solului de sprijin imediat dedesubt și adiacent fundației. Acestea iau în considerare rezistența la forfecare, densitatea, permeabilitatea, frecarea internă și alți factori atunci când se construiește structuri pe sol.

Inginerii folosesc cea mai bună judecată cu aceste metode de a determina capacitatea de rulare a solului atunci când efectuează multe dintre aceste măsurători și calcule. Lungimea efectivă impune inginerului să aleagă unde să înceapă și să înceteze măsurarea. Ca o metodă, inginerul poate alege să utilizeze adâncimea pilei și să scadă orice sol de suprafață perturbat sau amestecuri de soluri. De asemenea, inginerul poate alege să o măsoare ca lungimea unui segment de grămadă într-un singur strat de sol care constă din mai multe straturi.

Ce provoacă solurile pentru a deveni stresat?

Inginerii trebuie să țină cont de soluri ca amestecuri de particule individuale care se mișcă unele față de altele. Aceste unități de sol pot fi studiate pentru a înțelege fizica din spatele acestor mișcări atunci când se determină greutatea, forța și alte cantități cu privire la clădirile și proiectele pe care inginerii le construiesc.

Eșecul forței de forfecare poate rezulta din eforturile aplicate solului care determină particulele să reziste una peste alta și se dispersează în moduri dăunătoare pentru construcție. Din acest motiv, inginerii trebuie să fie atenți în alegerea proiectelor și a solurilor cu puteri de forfecare adecvate.

Mohr Circle poate vizualiza tensiunile de forfecare pe planurile relevante pentru proiectele de construcție. Cercul de stres Mohr este utilizat în cercetarea geologică a testării solului. Ea presupune utilizarea probelor în formă de cilindru de soluri, astfel încât eforturile radiale și axiale să acționeze asupra straturilor de sol, calculate folosind planurile. Cercetătorii folosesc apoi aceste calcule pentru a determina capacitatea portantă a solurilor din fundații.

Clasificarea solurilor în funcție de compoziție

Cercetătorii în fizică și inginerie pot clasifica solurile, nisipurile și pietrișurile în funcție de mărimea și componentele chimice ale acestora. Inginerii măsoară suprafața specifică a acestor constituenți ca raportul dintre suprafața particulelor și masa particulelor ca o metodă de clasificare a acestora.

Cuarțul este cea mai frecventă componentă a siltului și a nisipului, iar mica și feldspatul sunt alte componente comune. Mineralele de argilă precum montmorillonitul, analfabeta și kaolinita alcătuiesc foi sau structuri asemănătoare plăcilor cu suprafețe mari. Aceste minerale au arii de suprafață specifice între 10 și 1.000 de metri pătrați pe gram de solid.

Această suprafață mare permite interacțiuni chimice, electromagnetice și van der Waals. Aceste minerale pot fi foarte sensibile la cantitatea de fluid care poate trece prin porii lor. Inginerii și geofizicienii pot determina tipurile de argile prezente în diferite proiecte pentru a calcula efectele acestor forțe pentru a le ține cont de ecuațiile lor.

Solurile cu argile cu activitate mare pot fi foarte instabile, deoarece sunt foarte sensibile la fluide. Se umflă în prezența apei și se micșorează în absența ei. Aceste forțe pot provoca fisuri în fundația fizică a clădirilor. Pe de altă parte, materialele care sunt argile cu activitate scăzută care sunt formate sub o activitate mai stabilă pot fi mult mai ușor de lucrat.

Graficul capacității de rulare a solului

Geotechdata.info are o listă a valorilor capacității de rulare a solului pe care le puteți utiliza ca diagramă a capacității de rulare a solului.