Sisältö
- Kaava maaperän kantokyvylle
- Menetelmät maaperän kantokyvyn määrittämiseksi
- Mikä on turvallisuustekijä?
- Kantokyvyn käytännön laskelmat
- Mikä aiheuttaa maaperän stressaantumisen?
- Maaperän luokittelu koostumuksen perusteella
- Maaperän kantokykykaavio
maaperän kantokyky saadaan yhtälöstä Q = QU/ FS jossa Q on sallittu kantavuus (kN / m)2 tai lb / ft2), QU on lopullinen kantokyky (kN / m)2 tai lb / ft2) ja FS on turvallisuuskerroin. Erinomainen kantavuus QU on kantavuuden teoreettinen raja.
Aivan kuten Pisan kalteva torni nojaa maaperän muodonmuutoksista johtuen, insinöörit käyttävät näitä laskelmia määrittäessään rakennusten ja talojen painoa. Kun insinöörit ja tutkijat luovat perustan, heidän on varmistettava, että heidän projektinsa ovat ihanteellisia sitä tukevalle maalle. Kantavuus on yksi menetelmä tämän lujuuden mittaamiseksi. Tutkijat voivat laskea maaperän kantavuuden määrittämällä maaperän ja siihen asetetun materiaalin välisen kosketuspaineen rajan.
Nämä laskelmat ja mittaukset suoritetaan hankkeissa, joihin sisältyy sillan perustus, tukiseinät, padot ja putkilinjat, jotka kulkevat maan alla. He luottavat maaperän fysiikkaan tutkimalla perustan alla olevan materiaalin huokosveden paineesta ja itse rakeisten aineiden välisestä rakeisestä jännityksestä johtuvien erojen luonnetta. Ne riippuvat myös maahiukkasten välisten tilojen nestemäisestä mekaniikasta. Tämä merkitsee halkeilua, imeytymistä ja itse maaperän leikkauslujuutta.
Seuraavissa osissa käsitellään tarkemmin näitä laskelmia ja niiden käyttöä.
Kaava maaperän kantokyvylle
Mataliin säätiöihin sisältyy nauhajalka, neliöjalka ja pyöreä jalka. Syvyys on yleensä 3 metriä ja mahdollistaa halvemmat, toteutettavissa olevat ja helpommin siirrettävät tulokset.
Terzaghi-perimmäinen kantokykyteoria sanoo, että voit laskea lopullisen kantavuuden matalille jatkuville alustoille QU kanssa QU = cNC + g DNq + 0,5 g BNg jossa C on maaperän koheesio (kN / m)2 tai lb / ft2), g on maaperän efektiivinen yksikköpaino (kN / m)3 tai lb / ft3), D on jalan syvyys (m tai ft) ja B on jalan leveys (m tai ft).
Matalien neliösäätiöiden yhtälö on QU kanssa QU = 1,3c NC + g DNq + 0,4 g BNg ja matalien pyöreiden säätiöiden tapauksessa yhtälö on QU = 1,3c NC + g DNq + 0,3 g BNg.. Joissakin muunnelmissa g korvataan γ.
Muut muuttujat riippuvat muista laskelmista. Nq on e2π (.75-ф / 360) tan / 2cos2 (45 + ф / 2), NC on 5,14 for ф = 0 ja Nq-1 / tanф kaikille muille ф-arvoille, ng on tanф (Ks/ cos2ф - 1) / 2.
Ks saadaan piirtämällä määrät ja määrittämällä mikä arvo on Ks kuvaa havaittuja suuntauksia. Jotkut käyttävät Ng = 2 (Nq+1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ likiarvoa tarvitsematta laskea _Ks.
Voi olla tilanteita, joissa maaperässä on merkkejä paikallisesta leikkausvika. Tämä tarkoittaa, että maaperän lujuus ei pysty osoittamaan riittävää lujuutta pohjalle, koska materiaalin hiukkasten välinen vastus ei ole tarpeeksi suuri. Näissä tilanteissa neliön perustan lopullinen kantokyky on QU = .867c NC + g DNq + 0,4 g BNg , jatkuvat alustat i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng ja pyöreät perustukset ovat QU = .867c NC + g DNq + 0,3 g B N__g.
Menetelmät maaperän kantokyvyn määrittämiseksi
Syviä säätiöitä ovat laituriperustat ja kissonit. Yhtälö tämän tyyppisen maaperän lopullisen kantokyvyn laskemiseksi on QU = Qp + Qf _ missä _QU on lopullinen kantokyky (kN / m)2 tai lb / ft2), Qp on perustan kärjen teoreettinen kantokyky (kN / m)2 tai lb / ft2) ja Qf on akselin ja maaperän välisestä kitkan aiheuttamasta teoreettisesta kantavuudesta. Tämä antaa sinulle uuden kaavan maaperän kantokyvystä
Voit laskea teoreettisen päätylaakerin (kärjen) kapasiteetin perustan Qp kuten Qp = Apqp jossa Qp on päätylaakerin teoreettinen kantokyky (kN / m)2 tai lb / ft2) ja p on kärjen efektiivinen pinta-ala (millimetreinä)2 tai jalkaa2).
Koheesioittumattomien lietemaiden teoreettinen yksikön kärjen kantokyky qp on qDNq ja kohesiivisen maaperän osalta 9c, (molemmat kN / m2 tai lb / ft2). DC on irtonaisten siltojen tai hiekan paalujen kriittinen syvyys (metreinä tai jaloina). Tämän pitäisi olla 10B irrallisille silteille ja hiekalle 15B kohtalaisen tiheyden omaaville silteille ja hiekalle ja 20B erittäin tiheille silteille ja hiekalle.
Paaluperustan ihon (akselin) kitkakapasiteetti, teoreettinen kantokyky Qf on fqf yhdelle homogeeniselle maakerrokselle ja PSQfL useammalle kuin yhdelle maakerrokselle. Näissä yhtälöissä f _ on paaluakselin efektiivinen pinta-ala, _qf on kstan (d), teoreettinen yksikön kitkakapasiteetti koheesiovapaassa maaperässä (kN / m)2 tai lb / ft), jossa K on sivuttainen maanpaine, s on efektiivinen ylikuormituspaine ja d on ulkoinen kitkakulma (asteina). S on erilaisten maakerrosten summaus (ts. 1 + 2 + .... + n).
Siltojen tapauksessa tämä teoreettinen kapasiteetti on C + kstan (d) jossa C on tarttuvuus. Se on yhtä suuri kuin C, maaperän koheesio karkealle betonille, ruosteiselle teräkselle ja aallotetulle metallille. Sileän betonin arvo on .8c että C, ja puhtaan teräksen tapauksessa se on .5c että .9c. p on paalun poikkileikkauksen kehä (m tai ft). L on paalun efektiivinen pituus (m tai ft).
Koheesioissa, qf = aSU jossa a on tarttuvuuskerroin mitattuna 1-0,1 (Suc)2 varten Suc alle 48 kN / m2 missä Suc = 2c on rajoittamaton puristuslujuus (kN / m)2 tai lb / ft2). varten Suc suurempi kuin tämä arvo, a = / Suc.
Mikä on turvallisuustekijä?
Turvakerroin vaihtelee välillä 1-5 erilaisiin käyttötarkoituksiin. Tämä tekijä voi ottaa huomioon vahinkojen suuruuden, projektin epäonnistumismahdollisuuksien suhteellisen muutoksen, itsensä maaperätiedot, toleranssirakenteen ja suunnittelumenetelmien tarkkuuden.
Leikkausvaurioiden tapauksissa turvakerroin vaihtelee välillä 1,2 - 2,5. Patoille ja täyttöille turvallisuuskerroin on välillä 1,2 - 1,6. Tukiseinien 1,5–2,0, leikkauslevyjen paalutusta varten, 1,2–1,6, kiinnitetyissä kaivuissa, 1,2–1,5, leikkauslevitysjalkaisten kerroin on 2–3, mattojalkojen osalta 1,7–2,5. Sitä vastoin vuotohäiriötapauksissa, kun materiaalit vuotavat putkien tai muiden materiaalien pienten reikien läpi, turvakerroin vaihtelee 1,5: stä 2,5: een nousussa ja 3 - 5: ään putkistoissa.
Suunnittelijat käyttävät myös peuklasääntöjä turvakertoimen suhteen kuin 1,5 sellaisten tukiseinien ylläpitämiseksi, jotka on kaatunut rakeisella täyteaineella, 2,0 koheesiopohjaisella täyttökerralla, 1,5 seinämien aktiivisen maanpaineen kohdalla ja 2,0 niillä, joilla on passiivinen maanpaine. Nämä turvatekijät auttavat insinöörejä välttämään leikkausta ja vuotovaurioita sekä maaperän liikkumista siihen kuuluvien kuormalaakereiden seurauksena.
Kantokyvyn käytännön laskelmat
Testituloksilla varustetut insinöörit laskevat, kuinka paljon kuormaa maaperä voi turvallisesti kantaa. Maaperän leikkaamiseen tarvittavasta painosta alkaen ne lisäävät turvakertoimen, joten rakenne ei koskaan aseta tarpeeksi painoa maaperän muodonmuutokselle. He voivat säätää perustuksen jalkaa ja syvyyttä pysyäkseen kyseisen arvon sisällä. Vaihtoehtoisesti ne voivat puristaa maaperän kasvattaakseen sen lujuutta esimerkiksi käyttämällä telaa tiivistämään irtonainen täyteaine tienpohjaan.
Menetelmiin maaperän kantokyvyn määrittämiseksi sisältyy enimmäispaine, jonka perusta voi kohdistaa maaperään, siten että hyväksyttävä turvakerroin leikkausvaurioiden varalta on perustan alapuolella ja hyväksyttävä kokonais- ja differentiaalinen laskeutuminen täyttyvät.
Lopullinen kantokyky on vähimmäispaine, joka aiheuttaisi tukipinnan maaperän leikkausvaurion välittömästi perustuksen alapuolella ja vieressä. Ne ottavat huomioon leikkauslujuuden, tiheyden, läpäisevyyden, sisäisen kitkan ja muut tekijät rakennettaessa rakenteita maaperään.
Suunnittelijat hyödyntävät parhaintaan näillä menetelmillä maaperän kantokyvyn määrittämiseksi suorittaessaan monia näistä mittauksista ja laskelmista. Todellinen pituus edellyttää, että insinööri tekee päätöksen mistä aloittaa ja lopettaa. Yhtenä menetelmänä insinööri voi valita paalujen syvyyden ja vähentää häiriintyneet pintamaat tai maaperän seokset. Insinööri voi myös valita mittaamaan sen paalusegmentin pituutena yhdestä monesta kerroksesta koostuvassa maakerroksessa.
Mikä aiheuttaa maaperän stressaantumisen?
Insinöörien on otettava maaperä huomioon sekoituksina yksilöiden hiukkasista, jotka liikkuvat toistensa suhteen. Nämä maaperän yksiköt voidaan tutkia ymmärtämään näiden liikkeiden taustalla olevaa fysiikkaa määritettäessä painoa, voimaa ja muita määriä rakennusten ja niiden pohjalta rakennettujen projektien suhteen.
Leikkausvaurio voi johtua maaperään kohdistuvista jännityksistä, jotka saavat hiukkaset vastustamaan toisiaan ja leviämään rakennusta vahingollisilla tavoilla. Tästä syystä insinöörien on oltava varovaisia valitessaan malleja ja maa-alueita, joilla on asianmukaiset leikkauslujuudet.
Mohrin ympyrä osaa visualisoida leikkausjännitykset rakennusprojekteihin liittyvissä tasoissa. Mohrin jännityspiiriä käytetään maaperän testaamisen geologisessa tutkimuksessa. Siinä käytetään sylinterinmuotoisia maaperänäytteitä siten, että säteittäiset ja aksiaaliset jännitykset vaikuttavat maaperän kerroksiin, laskettuina tasojen avulla. Sitten tutkijat määrittelevät näiden laskelmien avulla maaperän kantavuuden säätiöissä.
Maaperän luokittelu koostumuksen perusteella
Fysiikan ja tekniikan tutkijat voivat luokitella maaperät, hiekka ja sora koon ja kemiallisten ainesosien perusteella. Insinöörit mittaavat näiden aineosien ominaispinta-alan hiukkasten pinta-alan suhteena hiukkasten massaan yhtenä menetelmänä niiden luokittelemiseksi.
Kvartsi on yleisin liete- ja hiekkakomponentti, ja kiille ja maasälpä ovat muut yleiset komponentit. Savimineraalit, kuten montmorilloniitti, illiitti ja kaoliniitti, muodostavat levyjä tai rakenteita, jotka ovat levymäisiä ja joilla on suuret pinta-alat. Näillä mineraaleilla on ominaispinta-alaa 10 - 1000 neliömetriä grammaa kiinteää ainetta.
Tämä suuri pinta-ala mahdollistaa kemialliset, sähkömagneettiset ja van der Waals -yhteydet. Nämä mineraalit voivat olla erittäin herkkiä nestemäärälle, joka voi kulkea niiden huokosten läpi. Insinöörit ja geofysiikot voivat määrittää erilaisissa projekteissa läsnä olevien savien tyypit laskeakseen näiden voimien vaikutukset huomioidakseen ne yhtälöissään.
Maaperät, joissa on aktiivisia savia, voivat olla erittäin epävakaita, koska ne ovat erittäin herkkiä nesteelle. Ne turpoavat veden läsnä ollessa ja kutistuvat ilman sitä. Nämä voimat voivat aiheuttaa halkeamia rakennusten fyysiseen alustaan. Toisaalta materiaalit, jotka ovat vähäaktiivisia savia ja jotka muodostuvat vakaammassa toiminnassa, voivat olla paljon helpompia työskennellä.
Maaperän kantokykykaavio
Geotechdata.info sisältää luettelon maaperän kantokyvyn arvoista, joita voit käyttää maaperän kantavuuskaaviona.