Berechnung der Tragfähigkeit von Böden

Inhalt

• Formel für die Tragfähigkeit des Bodens
• Methoden zur Bestimmung der Tragfähigkeit des Bodens
• Was ist der Sicherheitsfaktor?
• Praktische Tragfähigkeitsberechnungen
• Wodurch wird der Boden gestresst?
• Bodenklassifizierung nach Zusammensetzung
• Bodentragfähigkeitstabelle

Das Tragfähigkeit des Bodens wird durch die Gleichung gegeben Q._ein = Q_u/ FS in welchem Q._ein ist die zulässige Tragfähigkeit (in kN / m² oder lb / ft²), Q._u ist die endgültige Tragfähigkeit (in kN / m² oder lb / ft²) und FS ist der Sicherheitsfaktor. Die ultimative Tragfähigkeit Q._u ist die theoretische Grenze der Tragfähigkeit.

Ähnlich wie sich der Schiefe Turm von Pisa aufgrund der Verformung des Bodens neigt, verwenden die Ingenieure diese Berechnungen zur Bestimmung des Gewichts von Gebäuden und Häusern. Wenn Ingenieure und Forscher die Grundlagen legen, müssen sie sicherstellen, dass ihre Projekte für den Boden, der sie unterstützt, ideal sind. Die Tragfähigkeit ist eine Methode zur Messung dieser Festigkeit. Forscher können die Tragfähigkeit des Bodens berechnen, indem sie die Grenze des Kontaktdrucks zwischen dem Boden und dem darauf aufgebrachten Material bestimmen.

Diese Berechnungen und Messungen werden an Projekten durchgeführt, die unterirdisch verlaufende Brückenfundamente, Stützmauern, Dämme und Rohrleitungen betreffen. Sie stützen sich auf die Physik des Bodens, indem sie die Art der Unterschiede untersuchen, die durch den Porenwasserdruck des Materials, das dem Fundament zugrunde liegt, und die intergranulare effektive Spannung zwischen den Bodenteilchen selbst verursacht werden. Sie hängen auch von der Strömungsmechanik der Räume zwischen Bodenpartikeln ab. Dies erklärt Risse, Versickerung und die Scherfestigkeit des Bodens.

In den folgenden Abschnitten werden diese Berechnungen und ihre Verwendung ausführlicher beschrieben.

Formel für die Tragfähigkeit des Bodens

Flache Fundamente sind Streifenfundamente, Quadratfundamente und Rundfundamente. Die Tiefe beträgt normalerweise 3 Meter und ermöglicht billigere, praktikablere und leichter übertragbare Ergebnisse.

Terzaghi Tragfähigkeitstheorie schreibt vor, dass Sie die endgültige Tragfähigkeit für flache, durchgehende Fundamente berechnen können Q._u mit Q._u = c N_c + g D N_q + 0,5 g B N_G in welchem c ist der Zusammenhalt des Bodens (in kN / m² oder lb / ft²), G ist das effektive Einheitsgewicht des Bodens (in kN / m³ oder lb / ft³), D ist die Tiefe des Fußes (in m oder ft) und B ist die Breite des Fußes (in m oder ft).

Für flache quadratische Fundamente lautet die Gleichung Q._u mit Q._u = 1,3 c N_c + g D N_q + 0,4 g BN_G und für flache kreisförmige Fundamente ist die Gleichung Q._u = 1,3 c N_c + g D N_q + 0,3 g B N_G.. In einigen Variationen wird das g durch ersetzt γ.

Die anderen Variablen hängen von anderen Berechnungen ab. N_q ist e^{2π (.75-ф / 360) tanф} / 2cos2 (45 + ф / 2), N_c ist 5,14 für ф = 0 und N_q-1 / tanф für alle anderen Werte von ф, Ng ist tanф (K_pg/ cos2ф - 1) / 2.

K_pg ergibt sich aus der grafischen Darstellung der Größen und der Bestimmung des Wertes von K_pg berücksichtigt die beobachteten Trends. Einige verwenden N_G = 2 (N_q+1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ als Näherung, ohne _K berechnen zu müssenpg.

Es kann Situationen geben, in denen der Boden lokale Anzeichen aufweist Scherbruch. Dies bedeutet, dass die Bodenfestigkeit nicht ausreichend für das Fundament ist, da der Widerstand zwischen den Partikeln im Material nicht groß genug ist. In diesen Situationen ist die maximale Tragfähigkeit der quadratischen Fundamente Q._u = .867c N_c + g D N_q + 0,4 g BN_G , die durchgehenden Fundamente i_s_qu = 2 / 3cNc + gDNq + 0,5 gBNg und die kreisförmigen Fundamente sind Q._u = .867c N_c + g D N_q + 0,3 g B N___G.

Methoden zur Bestimmung der Tragfähigkeit des Bodens

Tiefgründungen sind Pfeilergründungen und Caissons. Die Gleichung zur Berechnung der Tragfähigkeit dieses Bodentyps lautet Q._u = Q_p + Q_f _in welcher _Q_u ist die endgültige Tragfähigkeit (in kN / m² oder lb / ft²), Q._p ist die theoretische Tragfähigkeit der Fundamentspitze (in kN / m² oder lb / ft²) und Q._f ist die theoretische Tragfähigkeit aufgrund der Wellenreibung zwischen Welle und Boden. Dies gibt Ihnen eine andere Formel für die Tragfähigkeit des Bodens

Sie können die theoretische Tragfähigkeit des Endlagers (der Spitze) berechnen Q._p wie Q._p = A_pq_p in welchem Q._p ist die theoretische Tragfähigkeit des Endlagers (in kN / m² oder lb / ft²) und EIN_p ist die effektive Fläche der Spitze (in m² oder ft²).

Die theoretische Tragfähigkeit der Spitze von kohäsionslosen Schlickböden q_p ist qDN_q und für zusammenhängende Böden 9c, (beide in kN / m² oder lb / ft²). D_c ist die kritische Tiefe für Pfähle in losem Schlick oder Sand (in m oder ft). Das sollte sein 10B für losen Schlick und Sand, 15B für mäßig dichte Silts und Sande und 20B für sehr dichte schlick und sande.

Für das Hautreibungsvermögen (Schaftreibungsvermögen) der Pfahlgründung gilt die theoretische Tragfähigkeit Q._f ist EIN_fq_f für eine einzelne homogene Bodenschicht und pSq_fL für mehr als eine Bodenschicht. In diesen Gleichungen EIN_f _ist die effektive Oberfläche des Pfahlschafts, _q_f ist kstan (d)die theoretische Einheit Reibungskapazität für kohäsionslose Böden (in kN / m² oder lb / ft) in denen k ist der seitliche Erddruck, s ist der effektive Überlastungsdruck und d ist der äußere Reibungswinkel (in Grad). S ist die Summe der verschiedenen Bodenschichten (d. h. ein₁ + ein₂ + .... + ein_n).

Für Schlick ist diese theoretische Kapazität c_EIN + kstan (d) in welchem c_EIN ist die Haftung. Es ist gleich c, der Zusammenhalt des Bodens für rauen Beton, rostigen Stahl und Wellblech. Für glatten Beton ist der Wert .8c zu cUnd für sauberen Stahl ist es .5c zu .9c. p ist der Umfang des Pfahlquerschnitts (in m oder ft). L ist die effektive Länge des Pfahls (in m oder ft).

Für zusammenhängende Böden q_f = aS_u worin a der Haftungsfaktor ist, gemessen als 1-.1 (S_uc)² zum S_uc weniger als 48 kN / m² wo S_uc = 2c ist die uneingeschränkte Druckfestigkeit (in kN / m² oder lb / ft²). Zum S_uc größer als dieser Wert, a = / S_uc.

Was ist der Sicherheitsfaktor?

Der Sicherheitsfaktor reicht von 1 bis 5 für verschiedene Anwendungen. Dieser Faktor kann das Ausmaß der Schäden, die relative Änderung der Wahrscheinlichkeit, dass ein Projekt scheitert, die Bodendaten selbst, die Toleranzkonstruktion und die Genauigkeit der Entwurfsanalyseverfahren erklären.

Bei Scherbrüchen variiert der Sicherheitsfaktor zwischen 1,2 und 2,5. Für Dämme und Auffüllungen liegt der Sicherheitsfaktor zwischen 1,2 und 1,6. Für Stützmauern sind es 1,5 bis 2,0, für Spundwände 1,2 bis 1,6, für aussteifende Ausgrabungen 1,2 bis 1,5, für Scherspreizfundamente 2 bis 3, für Mattenfundamente 1,7 bis 2,5. Im Gegensatz dazu reicht der Sicherheitsfaktor bei Versickerungsversagen, wenn Materialien durch kleine Löcher in Rohren oder anderen Materialien sickern, von 1,5 bis 2,5 für die Anhebung und 3 bis 5 für die Verrohrung.

Ingenieure verwenden Faustregeln für den Sicherheitsfaktor als 1,5 für Stützmauern, die mit körniger Hinterfüllung umgeworfen wurden, 2,0 für zusammenhängende Hinterfüllung, 1,5 für Wände mit aktivem Erddruck und 2,0 für Wände mit passivem Erddruck. Diese Sicherheitsfaktoren helfen Ingenieuren, Scher- und Versickerungsfehler zu vermeiden, und der Boden kann sich aufgrund der auf ihm lastenden Lasten bewegen.

Praktische Tragfähigkeitsberechnungen

Mit den Testergebnissen berechnen die Ingenieure, wie viel Last der Boden sicher tragen kann. Beginnend mit dem zum Abscheren des Bodens erforderlichen Gewicht fügen sie einen Sicherheitsfaktor hinzu, sodass die Struktur niemals genug Gewicht aufbringt, um den Boden zu verformen. Sie können den Fuß und die Tiefe eines Fundaments anpassen, um innerhalb dieses Werts zu bleiben. Alternativ können sie den Boden komprimieren, um seine Festigkeit zu erhöhen, indem sie beispielsweise eine Walze verwenden, um loses Füllmaterial für ein Straßenbett zu verdichten.

Die Methoden zur Bestimmung der Tragfähigkeit des Bodens umfassen den maximalen Druck, den das Fundament auf den Boden ausüben kann, so dass der akzeptable Sicherheitsfaktor gegen Scherbruch unter dem Fundament liegt und die akzeptable Gesamt- und Differenzsetzung erfüllt wird.

Die endgültige Tragfähigkeit ist der minimale Druck, der zum Scherbruch des Stützbodens unmittelbar unterhalb und neben dem Fundament führen würde. Sie berücksichtigen die Scherfestigkeit, Dichte, Permeabilität, innere Reibung und andere Faktoren beim Bau von Strukturen auf dem Boden.

Ingenieure verwenden bei der Durchführung vieler dieser Messungen und Berechnungen nach bestem Wissen diese Methoden zur Bestimmung der Bodentragfähigkeit. Für die effektive Länge muss der Techniker entscheiden, wo die Messung beginnen und enden soll. Als eine Methode kann der Ingenieur wählen, die Stapeltiefe zu verwenden und alle gestörten Oberflächenböden oder Bodenmischungen zu subtrahieren. Der Ingenieur kann es auch als Länge eines Pfahlsegments in einer einzelnen Bodenschicht aus mehreren Schichten messen.

Wodurch wird der Boden gestresst?

Ingenieure müssen Böden als Gemische einzelner Partikel berücksichtigen, die sich in Bezug aufeinander bewegen. Diese Bodeneinheiten können untersucht werden, um die Physik hinter diesen Bewegungen zu verstehen, wenn das Gewicht, die Kraft und andere Größen in Bezug auf die darauf aufbauenden Gebäude und Projekte bestimmt werden.

Ein Scherungsversagen kann durch die Beanspruchung des Bodens verursacht werden, durch die sich die Partikel gegenseitig widersetzen und sich in bauschädlicher Weise zerstreuen. Aus diesem Grund müssen Ingenieure bei der Auswahl von Konstruktionen und Böden mit angemessenen Scherfestigkeiten vorsichtig sein.

Das Mohrkreis kann die Schubspannungen in den für Bauprojekte relevanten Ebenen visualisieren. Der Mohrsche Spannungskreis wird in der geologischen Untersuchung von Bodenuntersuchungen verwendet. Dabei werden zylinderförmige Bodenproben verwendet, so dass die radialen und axialen Spannungen auf die Bodenschichten einwirken, die anhand von Ebenen berechnet werden. Die Forscher verwenden diese Berechnungen, um die Tragfähigkeit von Böden in Fundamenten zu bestimmen.

Bodenklassifizierung nach Zusammensetzung

Physik- und Ingenieurwissenschaftler können Böden, Sande und Kies nach ihrer Größe und ihren chemischen Bestandteilen klassifizieren. Ingenieure messen die spezifische Oberfläche dieser Bestandteile als das Verhältnis der Oberfläche von Partikeln zur Masse der Partikel als eine Methode, um sie zu klassifizieren.

Quarz ist der häufigste Bestandteil von Schlick und Sand. Glimmer und Feldspat sind weitere häufig vorkommende Bestandteile. Tonmineralien wie Montmorillonit, Illit und Kaolinit bilden Platten oder Strukturen, die plattenförmig und großflächig sind. Diese Mineralien haben spezifische Oberflächen von 10 bis 1.000 Quadratmetern pro Gramm Feststoff.

Diese große Oberfläche ermöglicht chemische, elektromagnetische und van-der-Waals-Wechselwirkungen. Diese Mineralien können sehr empfindlich gegenüber der Menge an Flüssigkeit sein, die durch ihre Poren gelangen kann. Ingenieure und Geophysiker können die in verschiedenen Projekten vorhandenen Tontypen bestimmen, um die Auswirkungen dieser Kräfte zu berechnen und in ihren Gleichungen zu berücksichtigen.

Böden mit hochaktiven Tonen können sehr instabil sein, da sie sehr empfindlich auf Flüssigkeiten reagieren. Sie quellen in Gegenwart von Wasser und schrumpfen in Abwesenheit von Wasser. Diese Kräfte können Risse im physikalischen Fundament von Gebäuden verursachen. Auf der anderen Seite können Materialien, bei denen es sich um Tone mit geringer Aktivität handelt, die bei stabilerer Aktivität gebildet werden, viel einfacher zu verarbeiten sein.

Bodentragfähigkeitstabelle

Geotechdata.info enthält eine Liste der Bodentragfähigkeitswerte, die Sie als Bodentragfähigkeitstabelle verwenden können.