Cách tính khả năng chịu lực của đất

NộI Dung

• Công thức tính khả năng chịu lực của đất
• Phương pháp xác định khả năng chịu lực của đất
• Yếu tố an toàn là gì?
• Tính toán thực tế của khả năng chịu lực
• Nguyên nhân nào khiến đất trở nên căng thẳng?
• Phân loại đất theo thành phần
• Biểu đồ khả năng chịu lực của đất

Các khả năng chịu lực của đất được đưa ra bởi phương trình Q_một = Q_bạn/ FS trong đó Q_một là khả năng chịu lực cho phép (tính bằng kN / m² hoặc lb / ft²), Q_bạn là khả năng chịu lực tối đa (tính bằng kN / m² hoặc lb / ft²) và FS là yếu tố an toàn. Khả năng chịu lực tối đa Q_bạn là giới hạn lý thuyết của khả năng chịu lực.

Giống như cách Tháp nghiêng Pisa dựa vào sự biến dạng của đất, các kỹ sư sử dụng các tính toán này khi xác định trọng lượng của các tòa nhà và nhà ở. Khi các kỹ sư và nhà nghiên cứu đặt nền móng, họ cần đảm bảo các dự án của họ là lý tưởng cho mặt đất hỗ trợ nó. Khả năng chịu lực là một phương pháp đo cường độ này. Các nhà nghiên cứu có thể tính toán khả năng chịu lực của đất bằng cách xác định giới hạn áp lực tiếp xúc giữa đất và vật liệu đặt trên nó.

Những tính toán và đo lường này được thực hiện trên các dự án liên quan đến nền móng cầu, tường chắn, đập và đường ống chạy ngầm. Họ dựa vào vật lý của đất bằng cách nghiên cứu bản chất của sự khác biệt gây ra bởi áp lực nước lỗ rỗng của vật liệu làm nền móng và ứng suất hiệu quả giữa các hạt giữa chính các hạt đất. Chúng cũng phụ thuộc vào cơ học chất lỏng của không gian giữa các hạt đất. Điều này chiếm tỷ lệ nứt, thấm và độ bền cắt của đất.

Các phần sau đây đi sâu vào chi tiết hơn về các tính toán này và cách sử dụng chúng.

Công thức tính khả năng chịu lực của đất

Nền móng nông bao gồm chân dải, chân vuông và chân tròn. Độ sâu thường là 3 mét và cho phép kết quả rẻ hơn, khả thi hơn và dễ dàng chuyển nhượng hơn.

Lý thuyết khả năng chịu lực tối đa của Terzaghi ra lệnh rằng bạn có thể tính toán khả năng chịu lực tối đa cho nền móng liên tục nông Q_bạn với Q_bạn = c N_c + g D N_q + 0,5 g B N_g trong đó c là sự gắn kết của đất (tính bằng kN / m² hoặc lb / ft²), g là trọng lượng đơn vị hiệu quả của đất (tính bằng kN / m³ hoặc lb / ft³), CƯỜI MỞ MIỆNG là độ sâu của bước chân (tính bằng m hoặc ft) và B là chiều rộng của bước chân (tính bằng m hoặc ft).

Đối với nền móng vuông, phương trình là Q_bạn với Q_bạn = 1,3c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g và, đối với nền móng tròn nông, phương trình là Q_bạn = 1,3c N_c + g D N_q + 0,3 g B N_g.. Trong một số biến thể, g được thay thế bằng γ.

Các biến khác phụ thuộc vào các tính toán khác. VIẾT SAI RỒI_q Là e^{2π (.75-ф / 360) tan tan} / 2cos2 (45 + ф / 2), VIẾT SAI RỒI_c là 5,14 cho ф = 0 và VIẾT SAI RỒI_q-1 / tan tan cho tất cả các giá trị khác của ф, Ng Là tanung (K_pg/ cos2ф - 1) / 2.

K_pg thu được từ việc vẽ đồ thị số lượng và xác định giá trị nào của K_pg chiếm các xu hướng quan sát. Một số sử dụng VIẾT SAI RỒI_g = 2 (N_q+1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ như một xấp xỉ mà không cần tính _Kpg.

Có thể có những tình huống trong đó đất có dấu hiệu của địa phương cắt thất bại. Điều này có nghĩa là cường độ đất không thể hiển thị đủ cường độ cho nền móng vì điện trở giữa các hạt trong vật liệu không đủ lớn. Trong những tình huống này, khả năng chịu lực tối đa của nền móng là Q_bạn = .867c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g , nền móng liên tục i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng và nền móng tròn là Q_bạn = .867c N_c + g D N_q + 0,3 g B N___g.

Phương pháp xác định khả năng chịu lực của đất

Nền móng sâu bao gồm nền móng bến tàu và caissons. Phương trình tính toán khả năng chịu lực cuối cùng của loại đất này là Q_bạn = Q_p + Q_đụ _in mà _Q_bạn là khả năng chịu lực tối đa (tính bằng kN / m² hoặc lb / ft²), Q_p là khả năng chịu lực lý thuyết cho đỉnh móng (tính bằng kN / m² hoặc lb / ft²) và Q_đụ là khả năng chịu lực lý thuyết do ma sát trục giữa trục và đất. Điều này cung cấp cho bạn một công thức khác cho khả năng chịu lực của đất

Bạn có thể tính toán nền tảng khả năng chịu lực (tip) lý thuyết Q_p như Q_p = A_pq_p trong đó Q_p là khả năng chịu lực lý thuyết cho ổ trục cuối (tính bằng kN / m² hoặc lb / ft²) và Một_p là khu vực hiệu quả của đầu (tính bằng m² hoặc ft²).

Khả năng chịu lực của đơn vị lý thuyết của đất phù sa ít kết dính q_p Là qDN_q và, đối với đất dính, 9c, (cả tính bằng kN / m² hoặc lb / ft²). CƯỜI MỞ MIỆNG_c là độ sâu tới hạn của cọc trong silts hoặc cát lỏng (tính bằng m hoặc ft). Điều này nên 10B cho silts và cát lỏng lẻo, 15B cho silts và cát mật độ vừa phải và 20B cho silts và cát rất dày đặc.

Đối với khả năng ma sát của da (trục) của móng cọc, khả năng chịu lực lý thuyết Q_đụ Là Một_đụq_đụ cho một lớp đất đồng nhất và pq_đụL cho nhiều hơn một lớp đất. Trong các phương trình này, Một_đụ _là diện tích bề mặt hiệu quả của trục cọc, _q_đụ Là kct (d), khả năng ma sát đơn vị lý thuyết đối với đất không có sự gắn kết (tính bằng kN / m² hoặc lb / ft) trong đó k là áp lực đất bên, S là áp lực quá tải hiệu quả và Cười mở miệng là góc ma sát ngoài (tính bằng độ). S là tổng của các lớp đất khác nhau (tức là một₁ + một₂ + .... + một_{viết sai rồi}).

Đối với silts, năng lực lý thuyết này là c_Một + kct (d) trong đó c_Một là độ bám dính. Nó bằng c, sự gắn kết của đất cho bê tông thô, thép gỉ và tôn. Đối với bê tông mịn, giá trị là .8c đến cvà, đối với thép sạch, nó là .5c đến .9c. p là chu vi của tiết diện cọc (tính bằng m hoặc ft). L là chiều dài hiệu quả của cọc (tính bằng m hoặc ft).

Đối với đất dính, q_đụ = aS_bạn trong đó a là hệ số bám dính, được đo bằng 1-.1 (S_úc)² cho S_úc dưới 48 kN / m² Ở đâu S_úc = 2c là cường độ nén không xác định (tính bằng kN / m² hoặc lb / ft²). Dành cho S_úc lớn hơn giá trị này, a = / S_úc.

Yếu tố an toàn là gì?

Hệ số an toàn nằm trong khoảng từ 1 đến 5 cho các mục đích sử dụng khác nhau. Yếu tố này có thể giải thích cho mức độ thiệt hại, thay đổi tương đối về khả năng dự án có thể thất bại, chính dữ liệu đất, xây dựng dung sai và độ chính xác của phương pháp phân tích thiết kế.

Đối với các trường hợp hỏng hóc, hệ số an toàn thay đổi từ 1,2 đến 2,5. Đối với đập và lấp, hệ số an toàn nằm trong khoảng từ 1,2 đến 1,6. Đối với tường chắn, từ 1,5 đến 2,0, đối với cọc cắt, 1,2 đến 1,6, đối với các cuộc khai quật, 1,2 đến 1,5, đối với các bước cắt lan truyền, hệ số là 2 đến 3, đối với các bước chân là 1,7 đến 2,5. Ngược lại, các trường hợp thất bại rò rỉ, do vật liệu thấm qua các lỗ nhỏ trên đường ống hoặc các vật liệu khác, hệ số an toàn dao động từ 1,5 đến 2,5 đối với nâng lên và 3 đến 5 đối với đường ống.

Các kỹ sư cũng sử dụng quy tắc ngón tay cái cho hệ số an toàn là 1,5 đối với tường chắn bị lật bằng san lấp dạng hạt, 2.0 đối với san lấp cố kết, 1,5 đối với tường có áp lực đất chủ động và 2.0 đối với tường chịu áp lực đất thụ động. Các yếu tố an toàn này giúp các kỹ sư tránh được sự cố cắt và rò rỉ cũng như đất có thể di chuyển do các ổ trục trên nó.

Tính toán thực tế của khả năng chịu lực

Được trang bị các kết quả thử nghiệm, các kỹ sư tính toán lượng đất có thể chịu tải một cách an toàn. Bắt đầu với trọng lượng cần thiết để cắt đất, họ thêm một yếu tố an toàn để cấu trúc không bao giờ áp dụng đủ trọng lượng để làm biến dạng đất. Họ có thể điều chỉnh chân và độ sâu của một nền tảng để ở trong giá trị đó. Ngoài ra, họ có thể nén đất để tăng cường độ, ví dụ, bằng cách sử dụng một con lăn để nén vật liệu lấp lỏng cho nền đường.

Các phương pháp xác định khả năng chịu lực của đất liên quan đến áp lực tối đa mà nền móng có thể tác động lên đất sao cho hệ số an toàn có thể chấp nhận được đối với sự cố cắt nằm dưới nền móng và đáp ứng độ lún và chênh lệch chấp nhận được.

Khả năng chịu lực tối đa là áp lực tối thiểu sẽ gây ra sự cố cắt của đất hỗ trợ ngay bên dưới và liền kề với nền móng. Họ tính đến cường độ cắt, mật độ, tính thấm, ma sát bên trong và các yếu tố khác khi xây dựng các cấu trúc trên đất.

Các kỹ sư sử dụng phán đoán tốt nhất của họ với các phương pháp xác định khả năng chịu lực của đất khi thực hiện nhiều phép đo và tính toán này. Độ dài hiệu quả đòi hỏi kỹ sư đưa ra lựa chọn về nơi bắt đầu và dừng đo. Theo một phương pháp, kỹ sư có thể chọn sử dụng độ sâu cọc và trừ đi mọi loại đất bề mặt bị xáo trộn hoặc hỗn hợp đất. Kỹ sư cũng có thể chọn đo nó là chiều dài của một đoạn cọc trong một lớp đất duy nhất bao gồm nhiều lớp.

Nguyên nhân nào khiến đất trở nên căng thẳng?

Các kỹ sư cần tính đến các loại đất như hỗn hợp của các hạt riêng lẻ di chuyển xung quanh với nhau. Các đơn vị đất này có thể được nghiên cứu để hiểu vật lý đằng sau các chuyển động này khi xác định trọng lượng, lực và các đại lượng khác đối với các tòa nhà và các kỹ sư dự án xây dựng trên chúng.

Thất bại cắt có thể là kết quả của các ứng suất áp dụng cho đất làm cho các hạt chống lại nhau và phân tán theo những cách gây bất lợi cho việc xây dựng. Vì lý do này, các kỹ sư phải cẩn thận trong việc lựa chọn thiết kế và đất có cường độ cắt thích hợp.

Các Vòng tròn Mohr có thể hình dung các ứng suất cắt trên các mặt phẳng liên quan đến các dự án xây dựng. Vòng tròn ứng suất Mohr được sử dụng trong nghiên cứu địa chất về thử nghiệm đất. Nó liên quan đến việc sử dụng các mẫu đất hình trụ sao cho ứng suất xuyên tâm và hướng trục tác động lên các lớp đất, được tính toán bằng các mặt phẳng. Sau đó, các nhà nghiên cứu sử dụng các tính toán này để xác định khả năng chịu lực của đất trong nền móng.

Phân loại đất theo thành phần

Các nhà nghiên cứu trong vật lý và kỹ thuật có thể phân loại đất, cát và sỏi theo kích thước và thành phần hóa học của chúng. Các kỹ sư đo diện tích bề mặt cụ thể của các thành phần này là tỷ lệ diện tích bề mặt của các hạt với khối lượng của các hạt như một phương pháp phân loại chúng.

Thạch anh là thành phần phổ biến nhất của phù sa và cát và mica và fenspat là những thành phần phổ biến khác. Khoáng vật sét như montmorillonite, illite và kaolinite tạo thành các tấm hoặc cấu trúc giống như tấm với diện tích bề mặt lớn. Những khoáng chất này có ares bề mặt cụ thể từ 10 đến 1.000 mét vuông mỗi gram chất rắn.

Diện tích bề mặt lớn này cho phép tương tác hóa học, điện từ và van der Waals. Những khoáng chất này có thể rất nhạy cảm với lượng chất lỏng có thể đi qua lỗ chân lông của chúng. Các kỹ sư và nhà địa vật lý có thể xác định các loại đất sét có trong các dự án khác nhau để tính toán tác động của các lực này để giải thích chúng trong các phương trình của chúng.

Các loại đất có đất sét hoạt động cao có thể rất không ổn định vì chúng rất nhạy cảm với chất lỏng. Chúng sưng lên trong sự hiện diện của nước và co lại khi không có nó. Những lực lượng này có thể gây ra các vết nứt trong nền tảng vật lý của các tòa nhà. Mặt khác, các vật liệu là đất sét hoạt động thấp được hình thành dưới hoạt động ổn định hơn có thể dễ dàng làm việc hơn nhiều.

Biểu đồ khả năng chịu lực của đất

Geotechdata.info có một danh sách các giá trị khả năng chịu đất mà bạn có thể sử dụng làm biểu đồ khả năng chịu đất.