כיצד לחשב את יכולת הנושא של קרקעות

תוֹכֶן

• נוסחה לכושר הנושא של קרקע
• שיטות לקביעת קיבולת הנושא של קרקע
• מה גורם הבטיחות?
• חישובים מעשיים של קיבולת הנושאת
• מה גורם לקרקעות להילחץ?
• סיווג קרקעות לפי הרכב
• תרשים קיבולת נושא קרקע

ה יכולת נשיאה של אדמה ניתנת על ידי המשוואה ש_א = ש_u/ FS בו ש_א הוא יכולת הנשיאה המותרת (ב - kN / m² או lb / ft²), ש_u הוא יכולת הנשיאה האולטימטיבית (בקוט"ן / מ '² או lb / ft²) ו- FS הוא גורם הבטיחות. כושר הנשיאה האולטימטיבי ש_u הוא הגבול התיאורטי של יכולת הנשיאה.

בדומה לאופן שבו מגדל הנטוי בפיזה נשען בגלל עיוות אדמה, מהנדסים משתמשים בחישובים אלה בקביעת משקלם של מבנים ובתים. כאשר מהנדסים וחוקרים מניחים בסיס, הם צריכים לוודא שהפרויקטים שלהם הם אידיאליים לקרקע התומכת בה. יכולת נשיאה היא שיטה אחת למדידת חוזק זה. חוקרים יכולים לחשב את יכולת הנשיאה של האדמה על ידי קביעת גבול לחץ המגע בין האדמה לחומר המונח עליה.

חישובים ומדידות אלה מבוצעים בפרויקטים הכוללים יסודות גשר, קירות תומכים, סכרים וצינורות העוברים מתחת לאדמה. הם מסתמכים על הפיזיקה של האדמה על ידי חקר אופי ההבדלים הנגרמים מלחץ מים נקבוביים של החומר העומד בבסיס היסוד והמתח האפקטיבי הבין-גרגרי בין חלקיקי האדמה עצמם. הם תלויים גם במכניקת נוזלים של הרווחים בין חלקיקי האדמה. זה אחראי לפיצוח, חלחול ועוצמת הגזירה של האדמה עצמה.

הסעיפים הבאים מפרטים יותר על חישובים אלה ועל השימושים בהם.

נוסחה לכושר הנושא של קרקע

יסודות רדודים כוללים מדרגות רצועה, רגליים מרובעות ורגליות עגולות. העומק הוא בדרך כלל 3 מטרים ומאפשרים תוצאות זולות יותר, אפשריות יותר וניתנות להעברה בקלות רבה יותר.

תיאוריה של קיבולת הנושאים האולטימטיבית מכתיב שתוכל לחשב את יכולת הנשיאה האולטימטיבית עבור יסודות רציפים רדודים ש_u עם ש_u = c N_ג + g D N_ש + 0.5 גרם B N_ז בו ג הוא לכידות האדמה (ב- kN / m² או lb / ft²), ז הוא משקל היחידה היעיל של האדמה (בקוט"ן / מ '³ או lb / ft³), ד הוא עומק המדרס (בתוך מטר או רגל) ו- B הוא רוחב הקצה (בקוטר מטר או רגל).

עבור יסודות מרובעים רדודים, המשוואה היא ש_u עם ש_u = 1.3c N_ג + g D N_ש + 0.4 גרם B N_ז ועבור יסודות עגולים רדודים, המשוואה היא ש_u = 1.3c N_ג + g D N_ש + 0.3 גרם B N_ז.. בכמה וריאציות, ה- g מוחלף ב- γ.

שאר המשתנים תלויים בחישובים אחרים. נ_ש פועל עזר לגוף שני ה^{Tanф 2π (.75-ф / 360)} / 2cos2 (45 + ф / 2), נ_ג הוא 5.14 עבור ф = 0 ו נ_ש-1 / טאנף לכל שאר הערכים של ф, נג פועל עזר לגוף שני tanф (K_{עמ '}/ cos2ф - 1) / 2.

ק_{עמ '} מתקבל מגרף הכמויות וקביעת הערך של ק_{עמ '} מתייחס למגמות שנצפו. חלקם משתמשים נ_ז = 2 (נ_ש+1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ כקירוב בלי צורך לחשב _Kעמ '

יכולים להיות מצבים בהם האדמה מראה סימנים מקומיים כישלון גזירה. פירוש הדבר שחוזק האדמה אינו יכול להראות מספיק כוח ליסוד מכיוון שההתנגדות בין החלקיקים בחומר אינה גדולה מספיק. במצבים אלה, היסודות המרובעים כושר הנשיאה האולטימטיבי הוא ש_u = .867c נ_ג + g D N_ש + 0.4 גרם B N_ז , היסודות הרציפים i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0.5 גרם B Ng והיסודות המעגליים הם ש_u = .867c נ_ג + g D N_ש + 0.3 גרם B N___ז.

שיטות לקביעת קיבולת הנושא של קרקע

יסודות עמוקים כוללים יסודות מזח וקיסונים. המשוואה לחישוב יכולת הנשיאה האולטימטיבית של סוג זה של אדמה היא ש_u = ש_ע + ש_ו _ באיזה _Q_u הוא יכולת הנשיאה האולטימטיבית (בקוט"ן / מ '² או lb / ft²), ש_ע הוא יכולת הנשיאה התיאורטית לקצה היסוד (בק"נ / מ² או lb / ft²) ו ש_ו הוא יכולת הנשיאה התיאורטית כתוצאה מחיכוך הפיר בין הפיר לקרקע. זה נותן לך נוסחה נוספת ליכולת הנשיאה של האדמה

אתה יכול לחשב את בסיס היכולת התיאורטית של נושאות הקצה (טיפ) ש_ע כפי ש ש_ע = א_עש_ע בו ש_ע הוא יכולת הנושא התיאורטי של מיסב הקצה (בק"נ / מ² או lb / ft²) ו א_ע הוא האזור היעיל של הקצה (בתוך מ '² או רגל²).

היכולת הנושאת עצה של היחידה התיאורטית של קרקעות נטולות לכידות ש_ע פועל עזר לגוף שני qDN_ש ולגבי קרקע מלוכדת, 9 ג, (שניהם ב- kN / m² או lb / ft²). ד_ג הוא העומק הקריטי עבור ערימות במשיכות או חולות רופפים (מטר או רגל). זה צריך להיות 10 ב למשיכות וחולות רופפים, 15 ב למשיכות וחולות צפיפות בינונית 20 ב למטבעות וחולות צפופים מאוד.

עבור יכולת החיכוך של העור (פיר) של בסיס הערימה, יכולת הנשיאה התיאורטית ש_ו פועל עזר לגוף שני א_וש_ו לשכבת אדמה הומוגנית יחידה pSq_ול עבור יותר משכבה אחת של אדמה. במשוואות אלה, א_ו _ הוא שטח הפנים היעיל של פיר הערימה, _q_ו פועל עזר לגוף שני קסטאן (ד), יכולת החיכוך היחידה התיאורטית לקרקעות חסרות לכידות (בק"נ / מ² או lb / ft) בהם k הוא לחץ האדמה לרוחב, s הוא הלחץ האפקטיבי העומס ו ד הוא זווית החיכוך החיצונית (במעלות). ס הוא סיכום שכבות האדמה השונות (כלומר א₁ + א₂ + .... + א_n).

לגבי סילטים, יכולת תיאורטית זו היא ג_א + קסטאן (ד) בו ג_א הוא ההדבקה. זה שווה ל ג, לכידות האדמה לבטון מחוספס, פלדה חלודה ומתכת גלי. עבור בטון חלק, הערך הוא .8 ג ל ג, ולגבי פלדה נקייה, זהו .5c ל .9c. ע הוא היקף חתך הרוחב (בתוך מטר או רגל). ל הוא האורך היעיל של הערימה (בתוך מטר או רגל).

לקרקעות מלוכדות, ש_ו = aS_u בו a הוא גורם ההדבקה, שנמדד כ 1-.1 (ס_uc)² ל ס_uc פחות מ 48 ק"נ / מ² איפה ס_uc = 2 ג הוא חוזק הדחיסה הבלתי מוגבל (ב- kN / m² או lb / ft²). ל ס_uc גדול מערך זה, a = / S_uc.

מה גורם הבטיחות?

גורם הבטיחות נע בין 1 ל -5 לשימושים שונים. גורם זה יכול להסביר את גודל הנזקים, שינוי יחסי בסיכויים שפרויקט עשוי להיכשל, נתוני האדמה עצמה, בניית הסובלנות ודיוק שיטות ניתוח תכנון.

במקרים של תקלת גזירה, גורם הבטיחות משתנה בין 1.2 ל 2.5. בגין סכרים ומילויים, גורם הבטיחות נע בין 1.2 ל 1.6. עבור קירות תמך, 1.5 עד 2.0, לערימה של יריעות גזירה, 1.2 עד 1.6, לחפירות מכוסות, 1.2 עד 1.5, לרגלי התפשטות גזירה, הגורם הוא 2 עד 3, עבור מדרגות שטיח הוא 1.7 עד 2.5. לעומת זאת, מקרים של כישלון חלחול, כאשר חומרים מחלחלים דרך חורים קטנים בצינורות או חומרים אחרים, גורם הבטיחות נע בין 1.5 ל 2.5 להרמה ו -3 עד 5 לצנרת.

המהנדסים משתמשים גם בכללי האצבע עבור גורם הבטיחות כ -1.5 עבור קירות תמך הפוכים במילוי אחורי גרגירי, 2.0 למילוי אחיד מלוכד, 1.5 לקירות עם לחץ אדמה פעיל ו -2.0 לאלה עם לחץ אדמה פסיבי. גורמי בטיחות אלה מסייעים למהנדסים להימנע מתקלות גזירה וחלחול, כמו גם שהאדמה עלולה לנוע כתוצאה ממסבי העומס עליה.

חישובים מעשיים של קיבולת הנושאת

חמושים בתוצאות הבדיקה, המהנדסים מחשבים כמה עומס יכול האדמה לשאת בבטחה. החל מהמשקל הנדרש לגזירת האדמה, הם מוסיפים גורם בטיחותי כך שהמבנה לעולם לא מחיל מספיק משקל כדי לעוות את האדמה. הם יכולים להתאים את כף הרגל והעומק של בסיס כדי להישאר בערך זה. לחלופין, הם יכולים לדחוס את האדמה כדי להגדיל את חוזקה, על ידי, למשל, באמצעות רולר כדי לדחוס חומר מילוי רופף עבור ערוץ דרכים.

שיטות לקביעת יכולת הנשיאה של האדמה כוללות את הלחץ המרבי שהיסוד יכול להפעיל על האדמה כך שגורם הבטיחות המקובל כנגד תקלות גזירה הוא מתחת ליסוד והתקיים ההסדר הכולל וההבדל המקובל.

כושר הנשיאה האולטימטיבי הוא הלחץ המינימלי שיגרום לכישלון הגזירה של האדמה התומכת מייד מתחת לצמוד ליסוד. הם לוקחים בחשבון את חוזק הגזירה, הצפיפות, החדירות, החיכוך הפנימי וגורמים אחרים בעת בניית מבנים על אדמה.

המהנדסים משתמשים במיטב שיקול דעתם בשיטות אלה לקביעת יכולת הנשיאה של האדמה בעת ביצוע רבים של מדידות וחישובים אלה. האורך היעיל מחייב את המהנדס בבחירת היכן להתחיל ולהפסיק למדוד. כשיטה אחת, המהנדס יכול לבחור להשתמש בעומק הערימה ולחסר כל קרקעות משטח מופרעות או תערובות קרקעות. המהנדס עשוי לבחור גם למדוד אותו כאורך קטע ערימה בשכבת אדמה יחידה המורכבת משכבות רבות.

מה גורם לקרקעות להילחץ?

מהנדסים צריכים לתת דין וחשבון על קרקעות כתערובות של חלקיקים בודדים הנעים זה לזה. ניתן ללמוד על יחידות קרקעות אלה כדי להבין את הפיזיקה העומדת מאחורי תנועות אלה בעת קביעת המשקל, הכוח וכמויות אחרות ביחס לבניינים ופרויקטים שהמהנדסים בונים עליהם.

כישלון גזירה יכול לנבוע מהלחצים המופעלים על אדמה הגורמים לחלקיקים להתנגד זה לזה ולהתפזר בדרכים הפוגעות בבנייה. מסיבה זו, על המהנדסים להקפיד בבחירת עיצובים וקרקעות עם חוזקות גזירה מתאימות.

ה מעגל מוהר יכול לדמיין את מתחי הגזירה במטוסים הרלוונטיים לפרויקטים של בנייה. מעגל המתח של המתח משמש למחקר גאולוגי של בדיקות קרקע. זה כרוך בשימוש בדגימות בצורת גליל של קרקעות כך שהמתחים הרדיאליים והציריים פועלים על שכבות הקרקעות, המחושבים באמצעות מטוסים. לאחר מכן החוקרים משתמשים בחישובים אלה כדי לקבוע את יכולת הנשיאה של קרקעות ביסודות.

סיווג קרקעות לפי הרכב

חוקרים בפיזיקה והנדסה יכולים לסווג קרקעות, חולות וגבעות לפי גודלם ומרכיביהם הכימיים. מהנדסים מודדים את שטח הפנים הספציפי של המרכיבים הללו כיחס בין שטח הפנים של החלקיקים למסת החלקיקים כשיטה אחת לסיווגם.

קוורץ הוא המרכיב השכיח ביותר של סחף וחול ונציץ שדה שדה הם מרכיבים נפוצים אחרים. מינרלים מחימר כמו מונטמורלוניט, אילייט וקאוליניט מרכיבים יריעות או מבנים הדומים לצלחת עם שטחי שטח גדולים. למינרלים אלה יש ארכי שטח ספציפיים בין 10 ל -1,000 מ"ר לגרם מוצק.

שטח פנים גדול זה מאפשר אינטראקציות כימיות, אלקטרומגנטיות ואן דר ואלס. מינרלים אלה יכולים להיות רגישים מאוד לכמות הנוזלים שעשויים לעבור דרך נקבוביותיהם. מהנדסים וגיאופיזיקאים יכולים לקבוע את סוגי החימר הקיימים בפרויקטים שונים כדי לחשב את ההשפעות של כוחות אלו כדי לתת עליהם את הדעת במשוואותיהם.

קרקעות עם חימר בפעילות גבוהה יכולים להיות מאוד לא יציבים מכיוון שהם רגישים מאוד לנוזל. הם מתנפחים בנוכחות מים ומתכווצים בהיעדרם. כוחות אלה יכולים לגרום לסדקים בבסיס הפיזי של מבנים. מצד שני, חומרים שהם חימר בפעילות נמוכה הנוצרים בפעילות יציבה יותר יכולים להיות הרבה יותר קל לעבוד איתם.

תרשים קיבולת נושא קרקע

ל- Geotechdata.info יש רשימה של ערכי קיבולת נושאת אדמה שתוכלו להשתמש בהם בתרשים קיבולת נושאת אדמה.