Hur man beräknar jordens bärkapacitet

Innehåll

• Formel för bärkapacitet hos jord
• Metoder för att bestämma jordens bärkapacitet
• Vad är säkerhetsfaktorn?
• Praktiska beräkningar av bärkapacitet
• Vad gör att jord blir stressad?
• Klassificera jord efter sammansättning
• Jordbärande kapacitetsdiagram

De jordens bärförmåga ges av ekvationen Q_en = Q_u/ FS i vilken Q_en är den tillåtna bärkapaciteten (i kN / m² eller lb / ft²), Q_u är den ultimata bärkapaciteten (i kN / m² eller lb / ft²) och FS är säkerhetsfaktorn. Den ultimata bärkapaciteten Q_u är den teoretiska gränsen för bärkapaciteten.

Liksom hur det lutande tornet i Pisa lutar sig på grund av deformation av mark, använder ingenjörer dessa beräkningar när de bestämmer vikten på byggnader och hus. När ingenjörer och forskare lägger grunden måste de se till att deras projekt är idealiska för marken som stöder det. Bärkapacitet är en metod för att mäta denna styrka. Forskare kan beräkna markens bärförmåga genom att bestämma gränsen för kontakttryck mellan jorden och det material som placeras på den.

Dessa beräkningar och mätningar utförs på projekt som omfattar brofundament, stödväggar, dammar och rörledningar som går under jord. De förlitar sig på jordens fysik genom att studera arten av skillnaderna orsakade av porvattentrycket hos materialet som ligger till grund för grunden och den intergranulära effektiva spänningen mellan själva jordpartiklarna. De beror också på fluidmekanik i utrymmena mellan jordpartiklar. Detta står för sprickning, insjutning och skjuvhållfasthet i marken själv.

Följande avsnitt mer detaljerade om dessa beräkningar och deras användning.

Formel för bärkapacitet hos jord

Grunt fundament inkluderar remsfot, fyrkantiga fot och cirkulära fot. Djupet är vanligtvis 3 meter och möjliggör billigare, mer genomförbara och lättare överförbara resultat.

Terzaghi Ultimate Bearing Capacity Theory dikterar att du kan beräkna den ultimata bärkapaciteten för grunda kontinuerliga fundament Q_u med Q_u = c N_c + g D N_q + 0,5 g B N_g i vilken c är sammanhållning av mark (i kN / m² eller lb / ft²), g är den effektiva enhetsvikten för jord (i kN / m³ eller lb / ft³), D är fotens djup (i m eller ft) och B är fotbredden (i m eller ft).

För grunt kvadratiska fundament är ekvationen Q_u med Q_u = 1,3c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g och för grunt cirkulära fundament är ekvationen Q_u = 1,3c N_c + g D N_q + 0,3 g B N_g.. I vissa varianter ersätts g med γ.

De andra variablerna beror på andra beräkningar. N_q är e^{2π (.75-ф / 360) tanф} / 2cos2 (45 + ф / 2), N_c är 5,14 för ф = 0 och N_q-1 / tanф för alla andra värden på ф, ng är tanф (K_pg/ cos2ф - 1) / 2.

K_pg erhålls genom att kartlägga kvantiteterna och bestämma vilket värde på K_pg redogör för de observerade trenderna. Vissa använder N_g = 2 (N_q1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ som en approximation utan att behöva beräkna _Ksid.

Det kan finnas situationer där jorden visar tecken på lokala skjuvbrott. Detta innebär att jordstyrkan inte kan visa tillräcklig styrka för grunden eftersom motståndet mellan partiklarna i materialet inte är tillräckligt stort. I dessa situationer är den kvadratiska grunden den ultimata bärkapaciteten Q_u = .867c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g , de kontinuerliga fundamenten i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng och de cirkulära fundamenten är Q_u = .867c N_c + g D N_q + 0,3 g B N___g.

Metoder för att bestämma jordens bärkapacitet

Djupa fundamenter inkluderar pirfundament och kaissoner. Ekvationen för att beräkna den ultimata bärkapaciteten för denna jordtyp är är Q_u = Q_p + Q_f _in vilken _Q_u är den ultimata bärkapaciteten (i kN / m² eller lb / ft²), Q_p är den teoretiska bärförmågan för grundens spets (i kN / m² eller lb / ft²) och Q_f är den teoretiska bärförmågan på grund av friktion mellan axel och jord. Detta ger dig en annan formel för jordens bärkapacitet

Du kan beräkna den teoretiska slutlagringens kapacitet Q_p som Q_p = A_pq_p i vilken Q_p är den teoretiska lagringskapaciteten för ändlagret (i kN / m² eller lb / ft²) och EN_p är spetsens effektiva område (i m² eller ft²).

Den teoretiska enhetens tippbärande förmåga hos sammanhållningsfri slamjord q_p är qDN_q och för sammanhängande jordar, 9c, (båda i kN / m² eller lb / ft²). D_c är det kritiska djupet för pålar i lösa silter eller sand (i m eller ft). Detta borde vara 10B för lösa silter och sand, 15B för mått och silmar och mått 20B för mycket täta silter och sand.

För friktionsförmågan hos huden (axeln) på högfundament, den teoretiska bärförmågan Q_f är EN_fq_f för ett enda homogent jordlager och PSQ_fL för mer än ett lager jord. I dessa ekvationer EN_f _ är den effektiva ytan på högaxeln, _q_f är kstan (d), den teoretiska enhetens friktionskapacitet för sammanhållningsfri jord (i kN / m² eller lb / ft) där k är det laterala jordtrycket, s är det effektiva överbelastningstrycket och d är den externa friktionsvinkeln (i grader). S är summeringen av olika jordlager (d.v.s. en₁ + en₂ + .... + en_n).

För silter är denna teoretiska kapacitet c_EN + kstan (d) i vilken c_EN är vidhäftningen. Det är lika med c, markens sammanhållning för grov betong, rostigt stål och korrugerad metall. För slät betong är värdet .8c till coch för rent stål är det .5c till .9c. p är stapelns tvärsnitt (i m eller ft). L är den effektiva längden på högen (i m eller ft).

För sammanhängande jordar, q_f = aS_u där a är vidhäftningsfaktorn, mätt som 1-0,1 (S_uc)² för S_uc mindre än 48 kN / m² var S_uc = 2c är den okonfigurerade kompressionsstyrkan (i kN / m² eller lb / ft²). För S_uc större än detta värde, a = / S_uc.

Vad är säkerhetsfaktorn?

Säkerhetsfaktorn varierar från 1 till 5 för olika användningsområden. Denna faktor kan redogöra för storleken på skador, relativ förändring i chanserna för att ett projekt kan misslyckas, själva markdata, toleranskonstruktion och noggrannhet i konstruktionsmetoder för analys.

Vid fall av skjuvningsfel varierar säkerhetsfaktorn från 1,2 till 2,5. För dammar och fyllningar varierar säkerhetsfaktorn från 1,2 till 1,6. För stödväggar, dess 1,5 till 2,0, för skjuvning av skjuvplåt, dess 1,2 till 1,6, för avstängda utgrävningar, dess 1,2 till 1,5, för skjuvspridning, är faktorn 2 till 3, för matta fotar är den 1,7 till 2,5. Däremot, i fall av nedbrytning, när material sipprar genom små hål i rör eller andra material, ligger säkerhetsfaktorn från 1,5 till 2,5 för upplyftning och 3 till 5 för rörledningar.

Ingenjörer använder också tumregler för säkerhetsfaktorn 1,5 för fästväggar som är vända med granulärt återfyllning, 2,0 för sammanhängande återfyllning, 1,5 för väggar med aktivt jordtryck och 2,0 för de med passivt jordtryck. Dessa säkerhetsfaktorer hjälper ingenjörerna att undvika skjuvnings- och hippfel samt att jorden kan röra sig på grund av lastlagren på den.

Praktiska beräkningar av bärkapacitet

Beväpnade med testresultaten, beräknar ingenjörerna hur mycket last jorden kan ha på sig. Från och med den vikt som krävs för att klippa marken lägger de till en säkerhetsfaktor så att strukturen aldrig tillräckligt med vikt för att deformera marken. De kan justera foten och djupet på en grund för att hålla sig inom det värdet. Alternativt kan de komprimera marken för att öka dess hållfasthet, till exempel genom att använda en rulle för att kompaktera löst fyllmaterial för en vägbädd.

Metoder för att bestämma jordens bärförmåga involverar det maximala trycket som fundamentet kan utöva på jorden så att den acceptabla säkerhetsfaktorn mot skjuvningsbrott ligger under fundamentet och den acceptabla totala och differentiella sedimenteringen uppfylls.

Den ultimata bärförmågan är det minsta trycket som skulle orsaka skjuvningsfel i stödjorden direkt under och intill fundamentet. De tar hänsyn till skjuvhållfasthet, densitet, permeabilitet, inre friktion och andra faktorer när man bygger strukturer på jord.

Ingenjörer använder sitt bästa bedömning med dessa metoder för att bestämma markens bärförmåga när de utför många av dessa mätningar och beräkningar. Den effektiva längden kräver att ingenjören väljer var han ska börja och sluta mäta. Som en metod kan ingenjören välja att använda högdjupet och subtrahera eventuellt störd ytjord och blandningar av jord. Ingenjören kan också välja att mäta den som längden på ett högsegment i ett enda jordlager av jord som består av många lager.

Vad gör att jord blir stressad?

Ingenjörer måste redovisa jordar som blandningar av enskilda partiklar som rör sig runt varandra. Dessa markenheter kan studeras för att förstå fysiken bakom dessa rörelser när man bestämmer vikten, kraften och andra mängder med avseende på byggnader och projekt som ingenjörerna bygger på dem.

Skjuvningsfel kan uppstå till följd av spänningarna på mark som får partiklarna att motstå varandra och spridas på sätt som är skadliga för byggandet. Av detta skäl måste ingenjörerna vara noga med att välja konstruktioner och jordar med lämpliga skjuvhållfasthet.

De Mohr Circle kan visualisera skjuvspänningarna på de plan som är relevanta för byggprojekt. Mohr Circle of Stresses används i geologisk forskning av markprovning. Det handlar om att använda cylinderformade prover av mark så att de radiella och axiella spänningarna verkar på jordlagren, beräknade med plan. Forskare använder sedan dessa beräkningar för att bestämma bärkapaciteten för jord i fundament.

Klassificera jord efter sammansättning

Forskare inom fysik och teknik kan klassificera jord, sand och grus efter deras storlek och kemiska beståndsdelar. Ingenjörer mäter den specifika ytytan för dessa beståndsdelar som förhållandet mellan partiklarnas ytarea och partiklarnas massa som en metod för att klassificera dem.

Kvarts är den vanligaste komponenten i silt och sand och glimmer och fältspat är andra vanliga komponenter. Lermineraler som montmorillonit, illite och kaolinite utgör ark eller strukturer som är plattliknande med stora ytor. Dessa mineraler har specifika ytar från 10 till 1 000 kvadratmeter per gram fast material.

Den stora ytan möjliggör kemiska, elektromagnetiska och van der Waals-interaktioner. Dessa mineraler kan vara mycket känsliga för mängden vätska som kan passera genom deras porer. Ingenjörer och geofysiker kan bestämma vilka typer av leror som finns i olika projekt för att beräkna effekterna av dessa krafter för att redovisa dem i deras ekvationer.

Jordar med högaktiv leror kan vara mycket instabila eftersom de är väldigt känsliga för vätska. De sväller i närvaro av vatten och krymper i dess frånvaro. Dessa krafter kan orsaka sprickor i byggnadens fysiska grund. Å andra sidan kan material som är leror med låg aktivitet som bildas under mer stabil aktivitet vara mycket lättare att arbeta med.

Jordbärande kapacitetsdiagram

Geotechdata.info har en lista över markbärande kapacitetsvärden som du kan använda som ett jordbärande kapacitetsdiagram.