Kako izračunati nosivost tla

Sadržaj

• Formula za nosivost tla
• Metode utvrđivanja nosivosti tla
• Što je faktor sigurnosti?
• Praktični proračuni nosivosti
• Što uzrokuje stres tla?
• Razvrstavanje tla po sastavu
• Grafikon kapaciteta nosivosti tla

nosivost tla dan je jednadžbom P = Q_u/ FS u kojem P je dopuštena nosivost (u kN / m)² ili lb / ft²), P_u je konačna nosivost (u kN / m)² ili lb / ft²) i FS je faktor sigurnosti. Konačna nosivost P_u je teoretska granica nosivosti.

Kao što se Pisajski toranj naginje uslijed deformacije tla, inženjeri koriste ove izračune prilikom određivanja težine zgrada i kuća. Kako inženjeri i istraživači postavljaju temelje, moraju se pobrinuti da njihovi projekti budu idealni za tlo koje ga podržava. Nosivost je jedna od metoda mjerenja te čvrstoće. Istraživači mogu izračunati nosivost tla određivanjem granice dodirnog tlaka između tla i materijala koji je na njemu postavljen.

Ovi proračuni i mjerenja izvode se na projektima koji uključuju temelje mosta, potporne zidove, brane i cjevovode koji teku pod zemljom. Oslanjaju se na fiziku tla proučavanjem prirode razlika uzrokovanih tlakom pora vode u materijalu koji se nalazi u osnovi i inter-granularnim efektivnim naponom između samih čestica tla. Oni također ovise o mehanici tekućine u prostorima između čestica tla. To je posljedica pucanja, prodiranja i smične čvrstoće samog tla.

Sljedeći odjeljci detaljnije su opisani u ovim proračunima i njihovoj uporabi.

Formula za nosivost tla

Plitki temelji uključuju trake za podnožje, četvrtaste podloge i kružne podloge. Dubina je obično 3 metra i omogućuju jeftinije, izvedivije i lakše prenosive rezultate.

Terzaghijeva konačna teorija nosivosti kapaciteta diktira da možete izračunati konačnu nosivost plitkih kontinuiranih temelja P_u s P_u = c N_c + g D N_q + 0,5 g BN_g u kojem c je kohezija tla (u kN / m)² ili lb / ft²), g je efektivna jedinična masa tla (u kN / m)³ ili lb / ft³), D je dubina podnožja (u m ili ft), a B je širina podnožja (u m ili ft).

Za plitke kvadratne temelje, jednadžba je P_u s P_u = 1.3c N_c + g D N_q + 0,4 g BN_g a, za plitke kružne temelje, jednadžba je P_u = 1.3c N_c + g D N_q + 0,3 g BN_g.. U nekim varijacijama g je zamijenjen s γ.

Ostale varijable ovise o drugim proračunima. N_q je e^{2π (.75-f / 360) tanf} / 2cos2 (45 + f / 2), N_c iznosi 5,14 for ф = 0 i N_q-1 / tanф za sve ostale vrijednosti f, ng je tanf (K_pg/ cos2f - 1) / 2.

K_pg dobiva se grafičkim prikazom količina i određivanjem vrijednosti K_pg objašnjava uočene trendove. Neki koriste N_g = 2 (N_q1) tanф / (1 + .4sin4f) _ kao aproksimacija bez potrebe za izračunom _Kstr.

Mogu postojati situacije u kojima tlo pokazuje znakove lokalnog značaja neuspjeh smicanja, To znači da čvrstoća tla ne može pokazati dovoljno čvrstoće za temelj, jer otpor između čestica u materijalu nije dovoljno velik. U tim je situacijama krajnja nosivost kvadratnih temelja P_u = .867c N_c + g D N_q + 0,4 g BN_g , kontinuirani temelji i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng, a kružni temelji su P_u = .867c N_c + g D N_q + 0,3 g B N___g.

Metode utvrđivanja nosivosti tla

Duboki temelji uključuju stupove temelja i caisone. Jednadžba za izračunavanje konačne nosivosti ove vrste tla je P_u = Q_p + Q_f _in koji _Q_u je konačna nosivost (u kN / m)² ili lb / ft²), P_p je teorijska nosivost vrha temelja (u kN / m)² ili lb / ft²) i P_f je teorijska nosivost zbog trenja osovine između osovine i tla. To vam daje još jednu formulu za nosivost tla

Možete izračunati teoretski osnovni kapacitet ležaja (vrha) P_p kao P_p = A_pq_p u kojem P_p je teorijska nosivost krajnjeg ležaja (u kN / m)² ili lb / ft²) i _p je djelotvorno područje vrha (u m² ili ft²).

Teoretska jedinična nosivost tlaka bez kohezije q_p je qDN_q i za kohezivna tla 9c, (oba u kN / m)² ili lb / ft²). D_c je kritična dubina pilota u sirovim slojevima ili pijescima (u m ili ft). Ovo bi trebalo biti 10B za labave siltove i pijeske, 15B za siltove i pijeske umjerene gustoće i 20B za vrlo guste svile i pijeske.

Za kožu (osovina) kapacitet trenja temeljnog pilota, teorijska nosivost P_f je _fq_f za jedan homogeni sloj tla i PSQ_fL za više od jednog sloja tla. U tim jednadžbama, _f _ je efektivna površina osovine gomile, _q_f je kstan (d), teorijski kapacitet trenja jedinice za tla bez kohezije (u kN / m)² ili lb / ft) u kojem k je bočni tlak zemlje, a je učinkovit pritisak preopterećenja i d je vanjski kut trenja (u stupnjevima). S je zbroj različitih slojeva tla (tj. ₁ + ₂ + .... + _n).

Za silte je ovaj teoretski kapacitet c + kstan (d) u kojem c je prianjanje. To je jednako c, kohezija tla za grubi beton, zahrđali čelik i valoviti metal. Za glatki beton vrijednost je .8c do c, i za čisti čelik jest .5c do .9c. p je obod presjeka hrpe (u m ili ft). L je efektivna duljina gomile (u m ili ft).

Za kohezivna tla q_f = aS_u u kojoj je a faktor adhezije, izmjeren kao 1-0,1 (S_uc)² za S_uc manje od 48 kN / m² gdje S_uc = 2c je neprilagođena tlačna čvrstoća (u kN / m)² ili lb / ft²). Za S_uc veća od ove vrijednosti, a = / S_uc.

Što je faktor sigurnosti?

Faktor sigurnosti se kreće od 1 do 5 za različite namjene. Ovaj faktor može objasniti veličinu štete, relativnu promjenu šanse da projekt ne uspije, sami podaci o tlu, konstrukcija tolerancije i točnost dizajnerskih metoda analize.

U slučaju kvara smicanja, sigurnosni faktor varira od 1,2 do 2,5. Za nasipe i nasipe, sigurnosni faktor se kreće od 1,2 do 1,6. Za potporne zidove njegova 1,5 do 2,0, za gomilanje snopa lima, njegova 1,2 do 1,6, za kopajuće iskopine, 1,2 do 1,5, za podupirajuće podloge za rezanje, faktor je 2 do 3, za podnožja za mat podmetanje je 1,7 do 2,5. Suprotno tome, slučajevi kvara zbog prodiranja, dok materijal prodire kroz male rupe u cijevima ili drugim materijalima, sigurnosni faktor se kreće od 1,5 do 2,5 za podizanje i 3 do 5 za cjevovode.

Inženjeri također koriste pravila zaštite kao faktor sigurnosti kao 1.5 za potporne zidove koji su prekriveni granuliranim ispunama, 2.0 za kohezivno zalijevanje, 1.5 za zidove s aktivnim tlakom zemlje i 2.0 za one s pasivnim tlakom zemlje. Ovi faktori sigurnosti pomažu inženjerima da izbjegnu kvarove smicanja i prodiranja, kao i da se tlo može pomicati kao rezultat opterećenja na njemu.

Praktični proračuni nosivosti

Naoružani rezultatima ispitivanja, inženjeri izračunavaju koliko opterećenja tla može sigurno podnijeti. Počevši s težinom potrebnom za šišanje tla, dodaju sigurnosni faktor, tako da struktura nikada ne daje dovoljno težine da deformira tlo. Mogu podesiti stopalo i dubinu temelja da ostanu unutar te vrijednosti. Alternativno, oni mogu tlačiti tlo da poveća svoju čvrstoću, na primjer, pomoću valjka za sabijanje labavog materijala za punjenje za cestovno korito.

Metode za određivanje nosivosti tla uključuju maksimalni pritisak koji temelj može vršiti na tlo, tako da je prihvatljivi faktor sigurnosti protiv oštećenja smicanja ispod temelja i ispunjen prihvatljivi ukupni i diferencijalni nagib.

Krajnja nosivost je minimalni tlak koji bi mogao prouzrokovati neuspjeh smicanja potpornog tla neposredno ispod temelja. Oni uzimaju u obzir čvrstoću smicanja, gustoću, propusnost, unutarnje trenje i druge čimbenike prilikom izgradnje građevina na tlu.

Inženjeri koriste svoju najbolju prosudbu pomoću ovih metoda određivanja nosivosti tla prilikom obavljanja mnogih od tih mjerenja i izračuna. Učinkovita duljina zahtijeva da inženjer odluči gdje će započeti i zaustaviti mjerenje. Kao jednu od metoda, inženjer može odlučiti koristiti dubinu gomile i oduzeti sva uznemirena površinska tla ili mješavine tla. Inženjer također može izmjeriti to kao duljinu segmenta gomile u jednom sloju tla koji se sastoji od mnogo slojeva.

Što uzrokuje stres tla?

Inženjeri moraju objasniti tla kao mješavine čestica pojedinaca koji se kreću jedan prema drugom. Ove jedinice tla mogu se proučavati kako bi se razumjela fizika koja stoji iza ovih pokreta pri određivanju težine, sile i drugih veličina s obzirom na zgrade i projekte koje inženjeri grade na njima.

Neuspjeh smicanja može nastati uslijed naprezanja na tlo zbog kojih se čestice odupiru jedna drugoj i raspršuju se na načine koji štetno djeluju na izgradnju. Iz tog razloga, inženjeri moraju biti oprezni u odabiru dizajna i tla s odgovarajućom čvrstoćom smicanja.

Mohr krug mogu vizualizirati smicna naprezanja na ravninama važnim za građevinske projekte. Mohrov krug naprezanja koristi se u geološkim istraživanjima ispitivanja tla. To uključuje upotrebu uzoraka tla u obliku cilindra, tako da radijalni i aksijalni naponi djeluju na slojeve tla, izračunato pomoću ravnina. Zatim istraživači koriste ove proračune kako bi odredili nosivost tla u temeljima.

Razvrstavanje tla po sastavu

Istraživači fizike i inženjerstva mogu klasificirati tla, pijeske i šljunke prema njihovoj veličini i kemijskim sastojcima. Inženjeri mjere specifičnu površinu ovih sastojaka kao omjer površine čestica i mase čestica kao jednu metodu njihovog klasificiranja.

Kvarc je najčešća komponenta mulja i pijeska, a sljubka i poljski šparog su ostale uobičajene komponente. Glineni minerali poput montmorillonita, ilita i kaolinita tvore ploče ili strukture koje su pločaste s velikim površinama. Ovi minerali imaju specifične površine od 10 do 1.000 četvornih metara po gramu krute tvari.

Ova velika površina omogućuje kemijske, elektromagnetske i van der Waalsove interakcije. Ovi minerali mogu biti vrlo osjetljivi na količinu tekućine koja može proći kroz njihove pore. Inženjeri i geofizičari mogu odrediti vrste glina prisutne u različitim projektima kako bi izračunali učinke tih sila kako bi ih uzeli u obzir u njihovim jednadžbama.

Tla s visokom aktivnošću gline mogu biti vrlo nestabilna jer su vrlo osjetljiva na tekućinu. Oni bubre u prisutnosti vode i smanjuju se u njezinoj odsutnosti. Te sile mogu uzrokovati pukotine u fizičkim temeljima zgrada. S druge strane, s materijalima niskoaktivnih glina koji se formiraju pod stabilnijom aktivnošću može biti puno lakše raditi.

Grafikon kapaciteta nosivosti tla

Geotechdata.info sadrži popis vrijednosti nosivosti tla koje možete koristiti kao tablicu nosivosti tla.