Capacità portante del terreno (con diagramma)

Durante la stagione delle piogge, subito dopo la pioggia, quando entriamo nel terreno ammorbiditi dalla pioggia, la nostra scarpa penetra nel terreno. Il terreno schizza fuori da sotto la nostra scarpa ed emerge intorno ai lati della nostra scarpa. Durante questo processo perdiamo il nostro equilibrio fino a quando il terreno sotto la superficie sostiene il nostro peso e ci fornisce stabilità.

Il terreno sotto la nostra scarpa ha "ceduto". Questo cedimento o fuggire dal suolo è chiamato fallimento della capacità portante da parte degli ingegneri geotecnici. Il cedimento della capacità portante è un cedimento. Quindi la conoscenza della capacità portante di qualsiasi terreno prima della costruzione della struttura è molto essenziale.

definizioni:

(i) Fondazione:

È la parte più bassa della struttura che supporta una struttura.

(ii) Letto di fondazione:

Il materiale su cui poggia una fondazione è chiamato letto di fondazione.

(iii) fondazione superficiale :

Quando la profondità della fondazione è inferiore o uguale alla larghezza della fondazione, viene chiamata fondazione poco profonda.

(iv) fondazione profonda:

Quando la profondità di una fondazione è maggiore della larghezza, si chiama fondazione profonda.

(v) Capacità portante:

È la capacità di carico del suolo.

(vi) Capacità portante definitiva (q _u ):

È la pressione lorda minima alla base della fondazione in cui il suolo non riesce a taglio.

(vii) Pressione lorda (q):

La pressione lorda è la pressione totale alla base del basamento dovuta al peso della sovrastruttura, al peso proprio del basamento e al peso del riempimento a terra.

(viii) Intensità della pressione netta (q _n ):

È la differenza in intensità della pressione lorda e la pressione di sovraccarico originale. Se D è profondità di fondazione, allora q _n = q - yD

(ix) Capacità portante netta definitiva (q _nu ):

È l'intensità di pressione netta minima che causa il cedimento del terreno.

Q _u = q _nu + yD

q _nu = q _u + yD

(x) Capacità portante sicura (q _s ):

È l'intensità di pressione massima che il terreno può trasportare in modo sicuro senza il rischio di rottura di taglio.

q _s = q _ns + yD

= qnu / F + yD

dove F è il fattore di sicurezza

(xi) Capacità portante netta sicura ( _qns ):

È la capacità portante finale netta divisa per un fattore di sicurezza.

Q _ns = q _ns / F

(xii) Portata ammissibile (q _a ):

È l'intensità di carico netta alla quale né il terreno non riesce a taglio né c'è un insediamento eccessivo dannoso per la struttura.

Concetto di capacità portante:

Tutte le strutture di ingegneria civile, siano esse edifici, dighe, ponti ecc., Sono costruite su terreni. È necessaria una fondazione per trasmettere il carico della struttura su una vasta area di terreno. Il fondamento della struttura dovrebbe essere progettato in modo tale che il terreno sottostante non cali nel taglio e non vi sia un eccessivo assestamento della struttura. Il metodo convenzionale di progettazione delle fondazioni si basa sul concetto di portanza.

La capacità portante di fondazione è il carico massimo per unità di superficie che il terreno può supportare senza guasti. Dipende dalla forza di taglio del terreno, dalla forma, dalla dimensione, dalla profondità e dal tipo di fondazione. La figura 9.1 mostra una curva tipica di carico vs. regolamento di un basamento. Dalla figura è chiaro che con l'aumento del carico di fondo, aumenta anche l'assestamento.

Lo stabilimento aumenta linearmente con il carico nella fase iniziale. All'aumento ulteriore del carico, l'insediamento aumenta più rapidamente e quindi continua ad aumentare senza alcun aumento apprezzabile del carico. Questo stadio è chiamato fallimento della fondazione, cioè il terreno ha raggiunto la sua capacità di sopportare il carico.

Per evitare il cedimento della capacità portante della fondazione, è essenziale prendere in considerazione, prima della progettazione della fondazione, due tipi di azione del terreno quando sottoposti a carico:

(i) La capacità portante deve essere sufficientemente bassa da garantire che l'insediamento causato non sia eccessivo.

(ii) La capacità portante deve essere tale da non causare sforzi di taglio eccessivi.

Capacità portante di fondazioni superficiali (analisi Terzaghi):

Presupposti nell'analisi di Terzaghi:

1. Il basamento è uno striscia a bassa profondità e ha una base ruvida; (L> 5B, D> B, dove L = lunghezza, B = larghezza e D = profondità del fondale).

2. Il suolo è omogeneo, isotropico e relativamente incomprimibile.

3. Le zone di guasto non si estendono al di sopra del piano orizzontale attraverso la base del basamento.

4. La zona elastica ha i bordi diritti inclinati a џ = φ verso l'orizzontale e le zone di plastica completamente sviluppate.

Chiamata anche equazione generale della capacità di carico per il supporto di strisce

q _u = CN _c + 0.5 γBNγ + qN _q

dove q _u = capacità portante definitiva

q = pressione di sovraccarico alla base

= yD (usa γD, se sommerso) C - coesione del suolo

γ = peso unitario del terreno al livello base di fondazione

(usa γ di sommerso)

B = Larghezza della fondazione

D = Profondità di fondazione

N _C, N _ge N sono fattori di portata che dipendono da φ (angolo di attrito interno).

Capacità di sopportare dai codici di costruzione:

Per la progettazione preliminare di qualsiasi struttura e per la progettazione di fondazione di strutture leggermente caricate, è possibile utilizzare la capacità portante presunta. La Tabella 9.1 fornisce presunte capacità portanti per i vari tipi di terreno raccomandati dal codice edilizio nazionale dell'India.

Nota 1:

I valori di capacità portante elencati sono solo da considerazioni di taglio.

Nota 2:

I valori elencati nella tabella sono molto approssimativi per i seguenti motivi:

(i) Non sono stati considerati gli effetti di profondità, larghezza, forma e ruvidità delle fondamenta.

(ii) Effetto dell'angolo di attrito, coesione, falda, densità ecc., non sono stati considerati.

(iii) L'effetto dell'eccentricità e l'indicazione dei carichi non sono stati considerati.

Nota 3:

Secco significa che il livello della falda freatica è a una profondità non inferiore alla larghezza della fondazione sotto la base della fondazione.

Nota 4:

Per la coesione meno suoli, i valori elencati nella tabella devono essere ridotti del 50% se la falda freatica è sopra o vicino alla base del basamento.

Nota 5:

La compattezza della coesione con meno terreni può essere determinata guidando un cono di 65 mm di diametro e 60 ° di angolo di apice con un martello di 65 kg che cade da 75 cm Se il valore N corretto per una penetrazione di 30 cm è inferiore a 10, il terreno viene chiamato sciolto, se N si trova tra 10 e 30, è medio e se più di 30, il terreno è chiamato denso.

Fattori che influenzano la capacità portante dei terreni

I seguenti fattori influenzano la capacità portante dei terreni:

(i) Tipo di terreno:

(ii) Caratteristiche fisiche di fondazione

(iii) Proprietà del suolo

(iv) Tipo di fondazione

(v) tavola d'acqua

(vi) Ammontare del saldo

(vii) Eccentricità di carico.

(i) Tipo di terreno:

La capacità portante dei terreni dipende dal tipo di terreno. A seconda del tipo di terreno, la capacità portante del terreno è diversa, che è chiara dall'equazione della capacità portante di Terzaghi.

q _u = CN _C + 0.5 yBNy + qN _q

Per puramente coesione meno terreno

C = 0

L'equazione (9.1) si riduce a

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

Per terreno puramente coesivo

φ = 0,

i valori dei fattori di capacità portante sono

Nc = 5, 7

Nq = 1 e Nγ = 0

L'equazione (9.1) è quindi

q _u = 5.7C + q

(ii) Caratteristiche fisiche della fondazione:

Le caratteristiche fisiche come larghezza, forma e profondità della fondazione influiscono sulla capacità portante dei terreni. Eq. 9.1 mostra che la capacità portante dei terreni dipende dalla larghezza B e dalla profondità (D) della fondazione. Quindi qualsiasi modifica del valore di B e D di fondazione influirà sulla capacità di barenatura.

La forma della fondazione influisce anche sulla capacità portante che è la seguente:

Per i piedi quadrati:

q _u = 1.2 CNc + 0.4 γBNγ + γDNq ... (9.2)

Per i fondali circolari:

q _u = 1.2 CN _C + 0.3 γBNγ + γDN _q ... (9.3)

dove B è il diametro del basamento circolare.

(iii) Proprietà del suolo:

Proprietà del suolo come resistenza a taglio, densità, permeabilità ecc., Influenzano la capacità portante del terreno. La sabbia densa avrà una capacità portante maggiore della sabbia smossa in quanto il peso unitario della sabbia densa è maggiore della sabbia sciolta.

(iv) Tipo di fondazione:

Il tipo di fondazione selezionato influisce anche sulla capacità portante dei terreni. Il fondamento su zattera o stuoia adottato supporta il carico della struttura in modo sicuro, distribuendo il carico su un'area più ampia, anche se il terreno ha una ridotta capacità portante.

(v) falda acquifera:

Quando l'acqua è al di sopra della base del basamento, il peso del suolo dell'unità sommersa viene utilizzato per calcolare la pressione di sovraccarico e la capacità portante del terreno si riduce del 50%.

Per qualsiasi posizione della falda freatica, la capacità portante generale può essere modificata come sotto:

(vi) Importo della liquidazione:

La quantità di insediamento della struttura influisce anche sulla capacità portante del suolo. Se l'insediamento supera il possibile assestamento, la capacità portante del terreno è ridotta.

(vii) Eccentricità di carico:

Se il carico agisce eccentricamente in un basamento, la larghezza 'B' e la lunghezza 'L' dovrebbero essere ridotte come sotto

B '= B - 2e

L '= L - 2e e

A '= B' X L '

La capacità portante definitiva (qu) di tali basamenti è determinata utilizzando B 'e L' invece di 8 e L. Quindi q _u è inferiore a quello corrispondente alla dimensione effettiva del basamento come mostrato nella figura 9.4.

Concetto di distribuzione verticale delle sollecitazioni nei terreni a causa dei carichi di fondazione:

Quando viene caricata una massa di terreno, vengono sviluppate tensioni verticali nel terreno. La stima delle tensioni verticali in qualsiasi punto di una massa del suolo a causa del carico esterno è di grande importanza nella previsione di insediamento di edifici, ponti, argini e altre strutture. Le sollecitazioni dovute al carico esterno sono maggiori a basse profondità, vicino all'applicazione del carico in punti e diventano più piccole man mano che la distanza verticale sotto il carico o la distanza orizzontale dal carico aumenta.

La distribuzione verticale dello stress in una massa di terreno dipende da:

(i) La natura del carico, ovvero il tipo di posizionamento del carico, la distribuzione del carico e la forma dell'area caricata

(ii) Proprietà fisiche del suolo come il rapporto di Poisson, il modulo di elasticità, la comprimibilità, ecc.

Nel determinare le sollecitazioni sotto una fondazione, si presume generalmente che il terreno si comporti come un mezzo elastico con proprietà identiche in tutti i punti e in tutte le direzioni. Molte formule basate sulla teoria dell'elasticità sono state utilizzate per calcolare gli stress nei terreni. Una di queste formule fu sviluppata per la prima volta da Boussinesq (1885) per gli sforzi e la deformazione all'interno di una massa del suolo dovuta al carico verticale del punto. Uno scienziato britannico Westergaard nel 1938 propose anche una formula per il calcolo dello stress verticale nella massa del suolo a causa del carico verticale del punto.

Punto di carico:

Formula aziendale:

La formula di Business si basa sui seguenti presupposti:

(i) La massa del suolo è linearmente elastica, omogenea, isotropa e semi-infinita.

(ii) Il carico agisce come un carico concentrato verticale.

(iii) Il suolo è senza peso.

L'equazione per lo stress verticale in un punto come mostrato in figura 9.5

Carico di linea:

L'equazione per lo stress verticale dovuta a un carico di linea P ₁ per unità di lunghezza sulla superficie in un punto situato ad una profondità z e distanza x lateralmente come mostrato in figura 9.6 è

σ _Z = 2p ₁ /

z ³ / (x ² + z ² ) ²

Striscia uniformemente caricata:

L'equazione per la sollecitazione verticale dovuta a un carico uniforme q su un'area di striscia di larghezza B e lunghezza infinita in termini di σ e θ come mostrato nella figura 9.7 è

σ _z = q / π (α + Sin αCos 2θ)

Al di sotto del centro della striscia, viene indicato lo sforzo verticale o alla profondità z

σ _Z = q / π (a + sin α) (θ è zero e cos2θ = 1)

o σ ₂ = ql oz

I valori del fattore di influenza sono riportati nella tabella 9.3,

Proprietà del suolo Scelta del tipo di fondazione:

Le seguenti proprietà del suolo governano la scelta del tipo di fondazione:

(i) Capacità portante del terreno

(ii) Insediamento del suolo

La conoscenza della capacità portante e dell'insediamento del terreno è molto essenziale per la progettazione delle fondamenta di qualsiasi struttura. La fondazione di qualsiasi struttura dovrebbe essere selezionata in modo tale che il terreno sottostante non fallisca in caso di taglio e il regolamento sia entro i limiti consentiti.

Se la capacità portante del terreno a profondità ridotta è sufficiente per sostenere in sicurezza il carico della struttura, viene fornita una base poco profonda. L'opzione per fondazioni poco profonde è l'appiglio isolato, la base combinata o il supporto per le strisce. Sono previste fondazioni profonde quando il terreno immediatamente al di sotto della struttura non ha capacità portanti adeguate. Mucchio, moli o pozzo sono le opzioni per fondazioni profonde. Le fondamenta di stuoia o zattera sono utili per il terreno che è soggetto a un assestamento differenziale o dove esiste un'ampia variazione nel carico tra le colonne adiacenti. La Tabella 9.4 offre l'idoneità delle fondamenta per gli edifici in base al tipo di suolo.

Test in-situ per la determinazione della capacità portante definitiva

Le seguenti prove in situ possono essere utilizzate per determinare la capacità portante definitiva o la capacità portante ammissibile del terreno:

(a) Prove di carico delle piastre

(b) Test di penetrazione standard

(d) Test di penetrazione del cono statico

(e) Test del misuratore di pressione

Prova di carico della piastra:

La prova di carico della piastra consiste essenzialmente nel caricare una piastra rigida a livello della fondazione e registrare i settaggi corrispondenti a ciascun incremento di carico. La capacità portante definitiva viene quindi presa come il carico al quale la piastra inizia ad affondare a una velocità elevata. Le dimensioni minime e massime consigliate per la piastra di prova sono rispettivamente di 30 cm quadrati e 75 cm quadrati. Lo spessore della piastra di acciaio non deve essere inferiore a 25 mm. Alam Singh ha raccomandato che la dimensione della piastra di prova sia di 32 cm quadrati.

Il test viene effettuato in una fossa di larghezza pari a 5 volte la larghezza della piastra di prova. Al centro della fossa viene scavato un piccolo foro quadrato la cui dimensione è uguale alla dimensione della piastra e il livello inferiore della buca corrisponde al livello della fondazione effettiva.

Il caricamento sulla piastra di prova può essere applicato con i seguenti due metodi:

(a) Metodo della piattaforma di caricamento per gravità

(b) Metodo di Traliccio di reazione

Il caricamento del traliccio di reazione è conveniente e richiede meno tempo, quindi è generalmente utilizzato. A questo scopo, un traliccio di acciaio è ancorato a terra attraverso la fossa. Un martinetto idraulico con manometro collegato è posizionato tra la parte inferiore del traliccio e la piastra di prova. Per misurare l'assestamento della piastra di prova viene utilizzato almeno un quadrante con una precisione di 0, 2 mm. I quadranti sono montati su barra di riferimento indipendente e stanno semplicemente toccando la piastra di prova.

Prima di iniziare il test, sulla piastra viene applicata una pressione di 70 gm / cm ² (come raccomandato da IS 1888-1962). Viene quindi rimosso e gli indicatori di selezione sono impostati su zero. Il carico viene quindi applicato in incrementi uguali cumulativi; dire circa 1/5 della capacità portante prevista o 1/10 della capacità portante prevista ammissibile. Il saldo deve essere registrato per ciascun incremento di carico dopo un intervallo di 1, 4, 10, 20, 40 e 60 minuti e successivamente a intervalli di un'ora, fino a quando la velocità di assestamento diventa inferiore a circa 0, 02 mm all'ora. Dopo questo, il carico viene aumentato al valore immediatamente successivo e il processo viene ripetuto.

I test continueranno fino a quando una delle seguenti fasi sarà frequentata:

(a) La liquidazione è più rapida e indica il fallimento del taglio.

(b) La pressione applicata supera 3 volte la pressione del cuscinetto ammissibile proposta.

(c) L'assestamento totale supera il 10% della larghezza della piastra di prova. Il carico viene quindi rilasciato. Se lo si desidera, l'osservazione di rimbalzo può essere presa.

Interpretazione:

L'intensità del carico e le osservazioni di assestamento del test sono tracciate, come mostrato nella figura 9.11, nella scala lineare e nella scala log-log. IS 1888-1962, raccomanda un diagramma di log-log che fornisce due linee rette la cui intersezione può essere considerata il fallimento del terreno. Quando il punto di guasto non è chiaro nel grafico, si può ipotizzare un fallimento con un assestamento del 10% della larghezza della piastra. L'intensità del carico corrispondente al punto di guasto fornisce la capacità portante definitiva e un fattore di sicurezza di 2, 5 o 3 sulla capacità portante definitiva può essere utilizzato per ottenere una portata sicura del suolo.

Effetto della dimensione della piastra sulla capacità portante:

La capacità portante di sabbie e ghiaie aumenta con le dimensioni del basamento. La capacità portante ottenuta dalla prova di carico delle piastre per i terreni sabbiosi sarà diversa dalla portata effettiva della fondazione in quanto la dimensione della fondazione sarà maggiore di quella della piastra. Per tutti gli scopi pratici i dati della prova di carico della piastra vengono estrapolati per ottenere la portata del basamento effettivo.

Per terreni sabbiosi :

q _uf = q _su × B _F / B _P

dove

q _uf = capacità portante finale del basamento effettivo

q _up = capacità portante definitiva dalla prova di carico delle piastre

B _f = larghezza del basamento

B _p = larghezza della piastra

Per terreni argillosi

q _uF = q _su

Effetto della dimensione della placca sul regolamento :

L'insediamento del piede varia a seconda delle sue dimensioni. Pertanto, l'assestamento ottenuto dal test di carico delle piastre potrebbe non essere uguale a quello del basamento effettivo.

I seguenti rapporti vengono utilizzati per scoprire il regolamento del basamento effettivo:

Per terreni argillosi:

S _F = S _P × B _F / B _P

S _p = Liquidazione del basamento effettivo in mm

S _p = Liquidazione dalla prova di carico delle piastre in

B _f = Larghezza del piede in metri

B _P = Larghezza della piastra in metri

Per terreni sabbiosi:

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

limitazioni:

(1) I dati delle prove di carico delle piastre riflettono le caratteristiche del suolo solo entro una profondità pari al doppio della larghezza della piastra. Poiché la fondazione effettiva è più grande della dimensione della piastra, il test di carico della piastra non rappresenta realmente la condizione effettiva del terreno in caso di terreno non omogeneo, come mostrato nella figura 9.12.

(ii) Il test del carico su piastra è essenzialmente un test di breve durata (eseguito in poche ore), quindi non si ottiene alcuna indicazione del consolidamento del consolidamento a lungo termine nelle argille.

(iii) Non si dovrebbe fare affidamento su questo test per ottenere la capacità portante definitiva dei terreni sabbiosi in quanto l'effetto scala dà risultati molto fuorvianti.

(iv) La vicinanza della falda acquifera può essere influenzata dal fondale e non da quella della piastra di prova, poiché l'effetto della sommersione è di ridurre del 50% la capacità di carico dei terreni granulari.

Capacità portante basata su Standard Penetration Test (SPT):

In caso di terreni senza coesione, i risultati SPT vengono utilizzati per determinare la capacità portante definitiva dei terreni con i seguenti metodi:

(i) Usando il diagramma dato da Peck, Hanson e Thornburn :