Draagvermogen van grond (met diagram)

Tijdens het regenseizoen, onmiddellijk na de regen, wanneer we de grond verzachten door de regen, dringt onze schoen de grond binnen. De grond knijpt uit onder onze schoen en komt tevoorschijn rond de zijkanten van onze schoen. Tijdens dit proces verliezen we ons evenwicht totdat de grond onder het oppervlak ons gewicht ondersteunt en ons stabiliteit biedt.

De grond onder onze schoen gewoon "gaf toe". Dit weggooien of weglopen van de grond wordt door Geotechnical-ingenieurs falen van de draagkracht genoemd. Lager capaciteit falen is een fout door afschuiving. Daarom is kennis van de draagkracht van een bodem voor de constructie van de constructie zeer essentieel.

Definities:

(i) Stichting:

Het is het laagste deel van de structuur dat een structuur ondersteunt.

(ii) Foundation-bed:

Het materiaal waarop een fundering rust, wordt funderingsbed genoemd.

(iii) Ondiepe basis :

Wanneer de diepte van de fundering kleiner is dan of gelijk is aan de breedte van de fundering, wordt dit een ondiepe fundering genoemd.

(iv) Diepe fundering:

Wanneer de diepte van een fundering groter is dan de breedte, wordt dit een diepe fundering genoemd.

(v) Draagvermogen:

Het is het draagvermogen van grond.

(vi) Ultieme draagkracht (q _u ):

Het is de minimale grove druk aan de basis van de fundering waarbij de grond in afschuiving faalt.

(vii) Bruto druk (q):

De brutosdruk is de totale druk aan de voet van de grond als gevolg van het gewicht van de bovenbouw, het eigen gewicht van de grond en het gewicht van de grondvulling.

(viii) Netto-drukintensiteit (q _n ):

Het is het verschil in intensiteiten van de grove druk en de oorspronkelijke overbelastingsdruk. Als D de diepte van de fundering is, dan is q _n = q - yD

(ix) Nettotale draagkracht (q _nu ):

Het is de minimale netto-drukintensiteit die afschuiving van de grond veroorzaakt.

Q _u = q _nu + yD

q _nu = q _u + yD

(x) Veilig draagvermogen (q _s ):

Het is de maximale drukintensiteit die de bodem veilig kan dragen zonder het risico van afschuiving.

q _s = q _ns + yD

= qnu / F + yD

waar F de factor van veiligheid is

(xi) Netto veilige draagkracht (q _ns ):

Het is de netto uiteindelijke draagcapaciteit gedeeld door een veiligheidsfactor.

Q _ns = q _ns / F

(xii) toelaatbare draagkracht (q _a ):

Het is de netto beladingsintensiteit waarbij noch de grond in afschuiving faalt, noch er een overmatige afzetting is die schadelijk is voor de constructie.

Concept van draagvermogen:

Alle civieltechnische constructies, of ze nu gebouwen, dammen, bruggen enz. Zijn, zijn gebouwd op de bodem. Een basis is nodig om de belasting van de constructie over een groot stuk grond over te brengen. De fundering van de constructie moet zo zijn ontworpen dat de onderliggende bodem niet scheurt in afschuiving en dat er geen overmatige afzetting van de constructie is. De conventionele methode van funderingsontwerp is gebaseerd op het concept van draagvermogen.

Het draagvermogen van fundering is de maximale belasting per oppervlakte-eenheid die de grond kan ondersteunen zonder te bezwijken. Het hangt af van de afschuifsterkte van de grond, evenals van de vorm, grootte, diepte en soort fundering. Figuur 9.1 toont een typische load vs. settlement curve van een basis. Uit de figuur is het duidelijk dat naarmate de belasting van de grond toeneemt, de schikking ook toeneemt.

De nederzetting neemt lineair toe met de belasting in de beginfase. Bij verdere toename van de belasting neemt de bezinking sneller toe en neemt dan verder toe zonder een noemenswaardige toename van de belasting. Deze fase wordt falen van de fundering genoemd, dwz de bodem heeft zijn belastbaarheid bereikt.

Om te voorkomen dat de fundering van de draagkracht wegvalt, is het van essentieel belang om vóór het ontwerp van de fundering twee soorten werking door de grond in aanmerking te nemen bij belasting:

(i) Het draagvermogen moet laag genoeg zijn om ervoor te zorgen dat de veroorzaakte afzetting niet overdreven is.

(ii) Het draagvermogen moet zodanig zijn dat er geen overmatige schuifspanning wordt veroorzaakt.

Draagvermogen van ondiepe fundamenten (analyse van Terzaghi):

Aannames in de analyse van Terzaghi:

1. De voet is strook één op ondiepe diepte en heeft een ruwe basis; (L> 5B, D> B, waarbij L = lengte, B = breedte en D = diepte van de voet).

2. De grond is homogeen, isotroop en relatief onsamendrukbaar.

3. De faalzones strekken zich niet uit boven het horizontale vlak door de voet van de voet.

4. De elastische zone heeft rechte begrenzingen die schuin staan op џ = φ ten opzichte van de horizontaal en de kunststofzones volledig ontwikkeld.

Wordt ook algemene lagercapaciteitsvergelijking genoemd voor stripvoet

q _u = CN _c + 0, 5 γBNγ + qN _q

waar q _u = ultieme draagkracht

q = overbelastingsdruk aan de basis

= yD (gebruik γD, indien ondergedompeld) C - cohesie van de bodem

γ = eenheidsgewicht van de grond op het basisniveau van de fundering

(gebruik γ van onder water)

B = breedte van de fundering

D = Diepte van de fundering

N _C, N _g en N _q zijn capaciteitsfactoren die afhankelijk zijn van φ (hoek van interne wrijving).

Draagvermogen van bouwcodes:

Voor voorlopig ontwerp van een willekeurige constructie en voor het ontwerp van de fundering van licht belaste constructies, kan het vermoedelijke draagvermogen worden gebruikt. Tabel 9.1 geeft vermoedelijke veilige draagvermogens voor verschillende soorten grond die wordt aanbevolen door de nationale bouwvoorschriften van India.

Notitie 1:

De opgegeven waarden voor het draagvermogen zijn alleen van toepassing op de afschuifkracht.

Opmerking 2:

De waarden in de tabel zijn om de volgende redenen erg moeilijk:

(i) Het effect van diepte, breedte, vorm en ruwheid van de fundering is niet overwogen.

(ii) Effect Van hoek van wrijving, cohesie, grondwaterstand, dichtheid enz., zijn niet beschouwd.

(iii) Het effect van excentriciteit en indicatie van belastingen is niet overwogen.

Notitie 3:

Droog betekent dat het grondwaterpeil zich op een diepte van niet minder dan de breedte van de fundering onder de basis van de fundering bevindt.

Opmerking 4:

Voor minder goede gronden worden de in de tabel vermelde waarden met 50% verlaagd als de grondwaterspiegel boven of nabij de voet van de grond staat.

Opmerking 5:

Compactheid van cohesie minder bodems kan worden bepaald door een kegel van 65 mm dia en 60 ° tophoek te sturen met een hamer van 65 kg die van 75 cm valt. Als de gecorrigeerde N-waarde voor 30 cm penetratie minder is dan 10, wordt de grond genoemd los, als N tussen 10 en 30 ligt, is het middelgroot en als er meer dan 30 is, wordt de grond dicht genoemd.

Factoren die van invloed zijn op de draagkracht van de bodem

De volgende factoren beïnvloeden de draagkracht van bodems:

(i) Type bodem:

(ii) Fysieke kenmerken van de fundering

(iii) Bodemeigenschappen

(iv) Type fundering

(v) Watertafel

(vi) Bedrag van afwikkeling

(vii) Excentriciteit van laden.

(i) Type bodem:

Het draagvermogen van grond hangt af van het type grond. Afhankelijk van de grondsoort is het draagvermogen van de grond anders, zoals blijkt uit de Terzaghi-capaciteitsvergelijking.

q _u = CN _C + 0, 5 yBNy + qN _q

Voor puur cohesie minder bodem

C = 0

Vergelijking (9.1) verminderen tot

q _u = 0, 5 yBNy _, + qN _q

Voor zuiver samenhangende grond

φ = 0,

de waarden van draagkrachtfactoren zijn

Nc = 5, 7

Nq = 1 en Nγ = 0

Vergelijking (9.1) is dan

q _u = 5, 7C + q

(ii) Fysieke kenmerken van de fundering:

Fysieke kenmerken zoals breedte, vorm en diepte van de fundering beïnvloeden het draagvermogen van bodems. Eq. 9.1 laat zien dat het draagvermogen van grond afhankelijk is van de breedte B en diepte (D) van de fundering. Dus elke verandering in de waarde van B en D van de fundering heeft invloed op de capaciteit van de baring.

De vorm van de fundering heeft ook invloed op de draagkracht die als volgt is:

Voor vierkante grond:

q _u = 1, 2 CNc + 0, 4 γBNγ + γDNq ... (9.2)

Voor circulaire voetposities:

q _u = 1, 2 CN _C + 0, 3 γBNγ + γDN _q ... (9.3)

waarbij B de diameter van de ronde voet is.

(iii) Bodemeigenschappen:

Bodemeigenschappen zoals schuifsterkte, dichtheid, doorlaatbaarheid enz., Beïnvloeden het draagvermogen van grond. Dicht zand heeft meer draagvermogen dan los zand, aangezien het gewicht van een eenheid van dicht zand meer is dan losse zand.

(iv) Type fundering:

Het gekozen type fundering beïnvloedt ook de draagkracht van de grond. Fundamentele raft- of matfundering ondersteunt de belasting van de constructie veilig door de belasting naar een groter gebied uit te spreiden, zelfs als de grond een laag draagvermogen heeft.

(v) Watertafel:

Wanneer het water boven de voet van de grond staat, wordt het gewicht van de ondergedompelde eenheid grond gebruikt om de overbelastingsdruk te berekenen en neemt het draagvermogen van de grond met 50% af.

Voor elke positie van de grondwaterspiegel kan de algemene draagcapaciteit worden gewijzigd zoals onder:

(vi) Bedrag van afrekening:

De hoeveelheid bezinking van de structuur beïnvloedt ook het draagvermogen van de grond. Als de schikking de mogelijke afzetting overschrijdt, wordt het draagvermogen van de grond verminderd.

(vii) Excentriciteit van laden:

Als de belasting excentrisch in een voet werkt, moeten de breedte 'B' en de lengte 'L' worden verkleind als onder

B '= B - 2e

L '= L - 2e en

A '= B' X L '

De uiteindelijke draagkracht (qu) van dergelijke funderingen wordt bepaald door B 'en L' te gebruiken in plaats van 8 en L. Vandaar dat q _u kleiner is dan overeenkomt met de werkelijke grootte van de voet zoals weergegeven in figuur 9.4.

Concept van verticale spanningsdistributie in de bodem als gevolg van Stichting Ladingen:

Wanneer een bodemmassa wordt geladen, worden verticale spanningen in de grond ontwikkeld. De schatting van verticale spanningen op elk punt in een bodemmassa door externe belasting is van groot belang bij de voorspelling van de afwikkeling van gebouwen, bruggen, dijken en andere constructies. De spanningen als gevolg van externe belasting zijn het grootst op ondiepe diepten, dicht bij de puntbelastingstoepassing en deze worden kleiner naarmate de verticale afstand onder de belasting of de horizontale afstand tot de belasting toeneemt.

De verticale spanningsverdeling in een bodemmassa hangt af van:

(i) De aard van het laden, dwz de wijze van plaatsing van de lading, de verdeling van de lading en de vorm van het belaste gebied

(ii) Fysische eigenschappen van grond zoals de Poisson-verhouding, elasticiteitsmodulus, samendrukbaarheid, enz.

Bij het bepalen van de spanningen onder een fundering wordt algemeen aangenomen dat de grond zich gedraagt als een elastisch medium met identieke eigenschappen op alle punten en in alle richtingen. Veel formules op basis van de elasticiteitstheorie zijn gebruikt om spanningen in de bodem te berekenen. Een dergelijke formule werd voor het eerst ontwikkeld door Boussinesq (1885) voor de spanningen en deformatie in het inwendige van een bodemmassa als gevolg van verticale puntbelasting. Een Britse wetenschapper Westergaard in 1938 stelde ook een formule voor voor de berekening van verticale spanning in de bodemmassa vanwege verticale puntbelasting.

Punt laden:

Bedrijfsformule:

De formule van het bedrijf is gebaseerd op de volgende veronderstellingen:

(i) De bodemmassa is lineair elastisch, homogeen, isotroop en semi-oneindig.

(ii) De belasting werkt als een verticale geconcentreerde belasting.

(iii) De grond is gewichtloos.

De vergelijking voor verticale spanning op een punt zoals weergegeven in figuur 9.5

Lijnbelasting:

De vergelijking voor verticale spanning als gevolg van een lijnbelasting P ₁ per lengte-eenheid op het oppervlak op een punt op een diepte z en afstand x zijdelings zoals getoond in figuur 9.6 is

σ _Z = 2p ₁ /

z ³ / (x ² + z ² ) ²

Gelijkmatig geladen strip:

De vergelijking voor verticale spanning door een uniforme belasting q op een strookgebied van breedte B en oneindige lengte in termen van σ en θ zoals weergegeven in figuur 9.7 is

σ _z = q / π (α + Sin αCos 2θ)

Onder het midden van de strook wordt verticale spanning o op een diepte z gegeven door

σ _Z = q / π (a + sin α) (θ is nul en cos2θ = 1)

of σ ₂ = ql oz

De waarden van de invloedsfactor worden gegeven in tabel 9.3,

Bodemeigenschappen die van toepassing zijn op het type keuze van de stichting:

De volgende eigenschappen van grond bepalen de keuze van het funderingstype:

(i) Draagvermogen van grond

(ii) Verrekening van grond

De kennis van het draagvermogen en de afwikkeling van de bodem is zeer essentieel voor het ontwerp van de fundering van elke structuur. De basis van elke structuur moet zo worden gekozen dat de bodem eronder niet scheurt in afschuiving en dat afzetting binnen de toegestane limieten valt.

Als het draagvermogen van grond op een ondiepe diepte voldoende is om de lading van de constructie veilig te nemen, is een ondiepe basis voorzien. Geïsoleerde voet, gecombineerde voet of stripvoet zijn de optie voor een ondiepe fundering. Diepe fundamenten worden verschaft wanneer grond onmiddellijk onder de structuur niet voldoende draagvermogen heeft. Palen, pieren of waterputten zijn de opties voor een diepe basis. Mat- of vlotfunderingen zijn nuttig voor grond die wordt onderworpen aan differentiële kolonisatie of waar er een grote variatie in belading is tussen aangrenzende kolommen. Tabel 9.4 geeft de geschiktheid van de fundering voor gebouwen op basis van bodemtype.

In-situ testen voor het bepalen van de uiteindelijke draagcapaciteit

De volgende in-situ tests kunnen worden gebruikt om het uiteindelijke draagvermogen of het toelaatbare draagvermogen van grond te bepalen:

(a) Plaatbelastingstests

(b) Standaard penetratietest

(d) Statische kegelpenetratietest

(e) Drukmetertest

Plaatbelastingstest:

Plaatbelastingtest bestaat in wezen uit het laden van een stijve plaat op het funderingsniveau en het registreren van de vereffeningen die overeenkomen met elk belastingsincrement. Het uiteindelijke draagvermogen wordt dan genomen als de belasting waarbij de plaat in een snel tempo begint te zinken. De minimale en maximale aanbevolen maten voor de testplaat zijn respectievelijk 30 cm en 75 cm. De dikte van de stalen plaat mag niet minder zijn dan 25 mm. Alam Singh heeft de omvang van de testplaat aangeraden als 32 cm in het vierkant.

De test wordt uitgevoerd in een put met een breedte gelijk aan 5 maal de breedte van de testplaat. In het midden van de put wordt een klein vierkant gat gegraven waarvan de grootte gelijk is aan de grootte van de plaat en het onderste niveau van de put overeenkomt met het niveau van de feitelijke fundering.

Het laden op de testplaat kan op de volgende twee manieren worden uitgevoerd:

(a) Gravity Loading Platform-methode

(b) Reactiebundelmethode

Het laden van een reactiestreng is gemakkelijk en minder tijdrovend, en wordt daarom over het algemeen gebruikt. Voor dit doel is een stalen truss verankerd aan grond over de put. Tussen de onderzijde van de truss en de testplaat wordt een hydraulische krik met bijbehorende drukmeter geplaatst. Ten minste twee meetklokken, met een nauwkeurigheid van 0, 2 mm, worden gebruikt om de afzetting van de testplaat te meten. De meetklokken zijn gemonteerd op een onafhankelijke referentiebalk en raken net de testplaat.

Voordat de test wordt gestart, wordt een zitdruk van 70 g / cm ² op de plaat aangebracht (zoals aanbevolen door IS 1888-1962). Het wordt dan verwijderd en wijzerplaten worden op nul gezet. Load wordt vervolgens in cumulatieve gelijke stappen toegepast; zeg ongeveer 1/5 van het verwachte veilige draagvermogen of 1/10 van de verwachte toegestane draagkracht. Verrekening moet worden geregistreerd voor elke toename van de belasting na een interval van 1, 4, 10, 20, 40 en 60 minuten en daarna met intervallen van een uur, totdat de bezinksnelheid minder wordt dan ongeveer 0, 02 mm per uur. Hierna wordt de belasting verhoogd naar de volgende hogere waarde en wordt het proces herhaald.

Testen wordt voortgezet tot een van de volgende fasen wordt bijgewoond:

(a) Verrekening verloopt sneller, wat wijst op een afknellende fout.

(b) De toegepaste druk overschrijdt driemaal de voorgestelde toelaatbare lagerdruk.

(c) De totale afzetting overschrijdt 10 procent de breedte van de testplaat. De belasting wordt vervolgens vrijgegeven. Indien gewenst kan rebound-observatie worden uitgevoerd.

Interpretatie:

De load intensity en settlement observation van de test zijn uitgezet, zoals weergegeven in figuur 9.11, zowel in de lineaire schaal als in de log-log-schaal. IS 1888-1962 beveelt een log-log-plot aan met twee rechte lijnen waarvan de kruising kan worden beschouwd als het falen van de grond. Als het foutpunt niet duidelijk is in de grafiek, kan een fout worden aangenomen bij een afrekening van 10% van de plaatbreedte. De belastingsintensiteit die overeenkomt met het faalpunt geeft het uiteindelijke draagvermogen en een veiligheidsfactor van 2, 5 of 3 op het uiteindelijke draagvermogen kan worden gebruikt om een veilig draagvermogen van de grond te verkrijgen.

Effect van de grootte van de plaat op het draagvermogen:

Draagvermogen van zand en grind neemt toe met de maat van de voet. Het draagvermogen verkregen uit de plaatbelastingsproef voor zandgronden zal verschillen van het daadwerkelijke draagvermogen van de fundering, aangezien de afmeting van de fundering groter zal zijn dan die van de plaat. Voor praktisch gebruik worden de testgegevens van de plaatbelasting geëxtrapoleerd om het draagvermogen van de werkelijke voet te krijgen.

Voor zandgronden :

q _uf = q _omhoog × B _F / B _P

waar

q _uf = ultieme draagkracht van werkelijke voet

q _boven = ultieme draagcapaciteit van de plaatbelastingstest

B _f = breedte van de voet

B _p = breedte van de plaat

Voor kleigronden

q _uF = q _omhoog

Effect van de grootte van de plaat op de afzetting :

De nederzetting van de voet varieert met de grootte. Dus de nederzetting verkregen uit de plaatbelastingsproef is mogelijk niet dezelfde als die van de werkelijke positie.

De volgende relatie wordt gebruikt om na te gaan of de feitelijke basis is vastgesteld:

Voor kleigronden:

S _F = S _P × B _F / B _P

S _p = afrekening feitelijke voet in mm

S _p = afrekening van plaatbelastingsproef in

B _f = Breedte van de voet in meters

B _P = breedte van de plaat in meter

Voor zandgronden:

S _F = S _P [B _F (Bp + 0, 3) / B _p (B _F +0.3)] ^-2

beperkingen:

(1) De gegevens van de plaatbelastingtest weerspiegelen de kenmerken van de bodem alleen binnen een diepte gelijk aan tweemaal de breedte van de plaat. Aangezien de feitelijke fundering groter is dan de plaat, geeft de plaatbelastingsproef niet echt de werkelijke bodemconditie weer in geval van een niet-homogene bodem zoals weergegeven in figuur 9.12.

(ii) Plaatbeladingstest is in wezen een korte-duurtest (uitgevoerd in enkele uren). Er is dus geen indicatie van consolidatie-afwikkeling op lange termijn in kleisoorten.

(iii) Er dient niet op deze test te worden vertrouwd om de uiteindelijke draagcapaciteit van Sandy-bodems te verkrijgen, aangezien het schaaleffect zeer misleidende resultaten oplevert.

(iv) De nabijheid van de grondwaterspiegel kan binnen de invloed van de voet zijn en niet die van de testplaat, omdat het effect van onderdompeling is om het draagvermogen van korrelige grond met 50% te verminderen.

Draagvermogen gebaseerd op standaard penetratietest (SPT):

In geval van samenhangloze bodems worden de SPT-resultaten gebruikt om de uiteindelijke draagcapaciteit van bodems te bepalen met behulp van de volgende methoden:

(i) Met behulp van de grafiek van Peck, Hanson en Thornburn :