Slik beregner du bæreevnen til jord

Innhold

• Formel for bæreevne til jord
• Metoder for å bestemme bæreevnen til jord
• Hva er sikkerhetsfaktoren?
• Praktiske beregninger av bæreevne
• Hva er årsaken til at jordsmonn blir stresset?
• Klassifisering av jordsmonn etter sammensetning
• Jordlagerkapasitetskart

De jordens bæreevne er gitt av ligningen Q_en = Q_u/ FS der Q_en er den tillatte bæreevnen (i kN / m² eller lb / ft²), Q_u er den ultimate bæreevnen (i kN / m² eller lb / ft²) og FS er sikkerhetsfaktoren. Den ultimate bæreevnen Q_u er den teoretiske grensen for bæreevnen.

Mye som hvordan det skjeve tårnet i Pisa lener seg på grunn av deformasjonen av jord, bruker ingeniører disse beregningene når de bestemmer vekten til bygninger og hus. Når ingeniører og forskere legger grunnlag, må de sørge for at prosjektene deres er ideelle for bakken som støtter det. Bæreevne er en metode for å måle denne styrken. Forskere kan beregne jordens bæreevne ved å bestemme grensen for kontakttrykk mellom jorden og materialet som er plassert på den.

Disse beregningene og målingene er utført på prosjekter som involverer brofundamenter, støttemurer, demninger og rørledninger som går under jorden. De er avhengige av jordens fysikk ved å studere arten av forskjellene forårsaket av porevannstrykket til materialet som ligger til grunn for fundamentet og den intergranulære effektive spenningen mellom jordpartiklene i seg selv. De er også avhengige av fluidmekanikk i mellomrommene mellom jordpartikler. Dette står for sprekkdannelse, sivering og skjærstyrken til selve jorda.

Følgende avsnitt gir en nærmere detalj om disse beregningene og bruken av dem.

Formel for bæreevne til jord

Grunne fundamenter inkluderer stripefotinger, firkantede fotstykker og sirkulære fotfester. Dybden er vanligvis 3 meter og gir billigere, mer gjennomførbare og lettere overførbare resultater.

Terzaghi Ultimate Bearing Capacity Theory dikterer at du kan beregne den ultimate bæreevnen for grunne kontinuerlige fundamenter Q_u med Q_u = c N_c + g D N_q + 0,5 g B N_g der c er samholdet av jord (i kN / m² eller lb / ft²), g er den effektive enhetsvekten av jord (i kN / m³ eller lb / ft³), D er fotdybden (i m eller fot) og B er bredden på fotfestet (i m eller fot).

For grunne kvadratfundamenter er ligningen Q_u med Q_u = 1,3 c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g og for grunne sirkulære fundamenter er ligningen Q_u = 1,3 c N_c + g D N_q + 0,3 g B N_g.. I noen varianter er g erstattet med γ.

De andre variablene avhenger av andre beregninger. N_q er e^{2π (.75-ф / 360) tanф} / 2cos2 (45 + ф / 2), N_c er 5.14 for ф = 0 og N_q-1 / tanф for alle andre verdier av ф, ng er tanф (K_pg/ cos2ф - 1) / 2.

K_pg oppnås ved å tegne mengdene og bestemme hvilken verdi av K_pg redegjør for observerte trender. Noen bruker N_g = 2 (N_q1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ som en tilnærming uten å måtte beregne _Ks.

Det kan være situasjoner der jorda viser tegn til lokale skjærsvikt. Dette betyr at jordstyrken ikke kan vise nok styrke for fundamentet fordi motstanden mellom partiklene i materialet ikke er stor nok. I disse situasjonene er de firkantede fundamentene den ultimate bæreevnen Q_u = .867c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g , de kontinuerlige fundamentene i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0.5 g B Ng og de sirkulære fundamentene er Q_u = .867c N_c + g D N_q + 0,3 g B N___g.

Metoder for å bestemme bæreevnen til jord

Dype fundamenter inkluderer pirfundamenter og kaisonger. Ligningen for beregning av den endelige bæreevnen til denne jordtypen er er Q_u = Q_p + Sp_f _in hvilken _Q_u er den ultimate bæreevnen (i kN / m² eller lb / ft²), Q_p er den teoretiske bæreevnen for tuppen av fundamentet (i kN / m² eller lb / ft²) og Q_f er den teoretiske bæreevnen på grunn av akselfriksjon mellom skaft og jord. Dette gir deg en annen formel for bæreevne på jord

Du kan beregne det teoretiske endeleie (tip) kapasitetsfundamentet Q_p som Q_p = A_pq_p der Q_p er den teoretiske bæreevnen for endelageret (i kN / m² eller lb / ft²) og EN_p er det effektive området av spissen (i m² eller ft²).

Den teoretiske enhetens bæreevne på samholdsløs siltjord q_p er qDN_q og for sammenhengende jord, 9c, (begge i kN / m² eller lb / ft²). D_c er den kritiske dybden for hauger i løse silter eller sand (i m eller fot). Dette skal være 10B for løse silter og sand, 15B for silter og sand med moderat tetthet og 20B for veldig tette silter og sand.

For friksjonskapasiteten til huden (skaftet) på pelegrunnlaget, den teoretiske bæreevnen Q_f er EN_fq_f for et enkelt homogent jordlag og PSQ_fL for mer enn ett lag jord. I disse ligningene, EN_f _ er det effektive overflatearealet til haugeskaftet, _q_f er kstan (d), den teoretiske enhetens friksjonsevne for kohesjonsfrie jord (i kN / m² eller lb / ft) der k er det laterale jordtrykk, s er det effektive overbelastningstrykket og d er den ytre friksjonsvinkelen (i grader). S er summeringen av forskjellige jordlag (dvs. en₁ + en₂ + .... + en_n).

For silter er denne teoretiske kapasiteten c_EN + kstan (d) der c_EN er vedheftet. Det er lik c, samholdet av jord for grov betong, rustent stål og korrugerte metall. For glatt betong er verdien .8c til c, og for rent stål, er det .5c til .9c. p er omkretsen av haugens tverrsnitt (i m eller ft). L er den effektive lengden på haugen (i m eller ft).

For sammenhengende jordsmonn, q_f = aS_u hvor a er heftfaktoren, målt som 1-0,1 (S_uc)² til S_uc mindre enn 48 kN / m² hvor S_uc = 2c er den ukonfigurerte kompresjonsstyrken (i kN / m² eller lb / ft²). Til S_uc større enn denne verdien, a = / S_uc.

Hva er sikkerhetsfaktoren?

Sikkerhetsfaktoren varierer fra 1 til 5 for forskjellige bruksområder. Denne faktoren kan gjøre rede for størrelsen på skader, relativ endring i sjansene for et prosjekt kan mislykkes, selve jorddataene, toleransekonstruksjon og nøyaktigheten av konstruksjonsmetodene for analyse.

For tilfeller av skjærsvikt varierer sikkerhetsfaktoren fra 1,2 til 2,5. For demninger og fyllinger varierer sikkerhetsfaktoren fra 1,2 til 1,6. For støttemurer, dens 1,5 til 2,0, for skjæring av skjærark, dens 1,2 til 1,6, for avstivede utgravninger, dens 1,2 til 1,5, for spredning av spredte sider, er faktoren 2 til 3, for matfots er den 1,7 til 2,5. I motsetning til, tilfeller av sivningsfeil, når materialer siver gjennom små hull i rør eller andre materialer, varierer sikkerhetsfaktoren fra 1,5 til 2,5 for løfting og 3 til 5 for rørføring.

Ingeniører bruker også tommelfingerregler for sikkerhetsfaktoren 1,5 for støttevegger som er veltet med kornformet tilbakefyll, 2,0 for sammenhengende tilbakefylling, 1,5 for vegger med aktivt jordtrykk og 2,0 for de med passivt jordtrykk. Disse sikkerhetsfaktorene hjelper ingeniører med å unngå skjær- og siverfeil, så vel som jorda kan bevege seg som et resultat av lastlagrene på den.

Praktiske beregninger av bæreevne

Bevæpnet med testresultatene, beregner ingeniører hvor mye belastning jorda trygt kan bære. Fra og med vekten som kreves for å skjære jorden, legger de til en sikkerhetsfaktor slik at strukturen aldri bruker nok vekt til å deformere jorda. De kan justere foten og dybden til et fundament for å holde seg innenfor den verdien. Alternativt kan de komprimere jorda for å øke dens styrke, ved for eksempel å bruke en rulle for å komprimere løs fyllmateriale til en veikant.

Metoder for å bestemme jordens bæreevne involverer det maksimale trykket som fundamentet kan utøve på jorden slik at den akseptable sikkerhetsfaktoren mot skjærsvikt er under fundamentet og det akseptable totale og differensielle oppgjør blir oppfylt.

Den endelige bæreevnen er minimumstrykket som ville føre til skjærfeil i støttebunnen rett under og ved siden av fundamentet. De tar hensyn til skjærstyrke, tetthet, permeabilitet, indre friksjon og andre faktorer når man bygger strukturer på jord.

Ingeniører bruker sitt beste skjønn med disse metodene for å bestemme bæreevnen til jord når de utfører mange av disse målingene og beregningene. Den effektive lengden krever at ingeniøren tar et valg om hvor han skal starte og slutte å måle. Som en metode kan ingeniøren velge å bruke havedybden og trekke fra seg forstyrrede overflatejord eller blandinger av jordsmonn. Ingeniøren kan også velge å måle den som lengden på et haugsegment i et enkelt jordlag som består av mange lag.

Hva er årsaken til at jordsmonn blir stresset?

Ingeniører må redegjøre for jordsmonnet som blandinger av partikler som beveger seg rundt hverandre. Disse jordenehetene kan studeres for å forstå fysikken bak disse bevegelsene når du bestemmer vekten, kraften og andre mengder med hensyn til bygninger og prosjekter ingeniører bygger på dem.

Skjærsvikt kan være et resultat av belastningene som påføres jord som får partiklene til å motstå hverandre og spre seg på måter som er skadelige for bygningen. Av denne grunn må ingeniører være forsiktige med å velge design og jordsmonn med passende skjærstyrke.

De Mohr Circle kan visualisere skjærspenningene på flyene som er relevante for byggeprosjekter. Mohr Circle of Stresses brukes i geologisk forskning av jordprøving. Det innebærer bruk av sylinderformede prøver av jordsmonn slik at de radielle og aksiale spenningene virker på jordlagene, beregnet ved hjelp av plan. Forskere bruker deretter disse beregningene for å bestemme bæreevnen til jord i fundament.

Klassifisering av jordsmonn etter sammensetning

Forskere innen fysikk og ingeniørfag kan klassifisere jord, sand og grus etter størrelse og kjemiske bestanddeler. Ingeniører måler det spesifikke overflatearealet til disse bestanddelene som forholdet mellom overflaten til partikler og massen til partiklene som en metode for å klassifisere dem.

Kvarts er den vanligste komponenten i silt og sand og glimmer og feltspat er andre vanlige komponenter. Leirmineraler som montmorillonitt, illitt og kaolinitt utgjør ark eller strukturer som er platelignende med store overflater. Disse mineralene har spesifikke overflateområder fra 10 til 1000 kvadratmeter per gram fast stoff.

Dette store overflaten muliggjør kjemiske, elektromagnetiske og van der Waals interaksjoner. Disse mineralene kan være veldig følsomme for mengden væske som kan passere gjennom porene deres. Ingeniører og geofysikere kan bestemme hvilke typer leire som er til stede i forskjellige prosjekter for å beregne effekten av disse kreftene for å redegjøre for dem i likningene.

Jordsmonn med leir med høy aktivitet kan være veldig ustabil fordi de er veldig følsomme for væske. De svulmer i nærvær av vann og krymper i fravær. Disse kreftene kan forårsake sprekker i bygningens fysiske fundament. På den annen side kan materialer som er leirer med lav aktivitet som er dannet under mer stabil aktivitet være mye lettere å jobbe med.

Jordlagerkapasitetskart

Geotechdata.info har en liste over verdier for bæreevne for jord som du kan bruke som et jordbæreevneoversikt.