Como calcular a capacidade de suporte de solos

Contente

• Fórmula para capacidade de suporte do solo
• Métodos para determinar a capacidade de suporte do solo
• Qual é o fator de segurança?
• Cálculos práticos da capacidade de carga
• O que causa solos estressados?
• Classificação de solos por composição
• Tabela de capacidade de carga do solo

o capacidade de suporte do solo é dado pela equação Q_uma = Q_você/ FS no qual Q_uma é a capacidade de suporte admissível (em kN / m² ou lb / ft²), Q_você é a capacidade final de suporte (em kN / m² ou lb / ft²) e FS é o fator de segurança. A capacidade de rolamento final Q_você é o limite teórico da capacidade de carga.

Assim como a Torre Inclinada de Pisa se inclina devido à deformação do solo, os engenheiros usam esses cálculos para determinar o peso de prédios e casas. Como engenheiros e pesquisadores estabelecem as bases, eles precisam garantir que seus projetos sejam ideais para o terreno que os sustenta. A capacidade de carga é um método de medir essa força. Os pesquisadores podem calcular a capacidade de suporte do solo determinando o limite de pressão de contato entre o solo e o material colocado sobre ele.

Esses cálculos e medições são realizados em projetos que envolvem fundações de pontes, muros de contenção, barragens e tubulações que correm no subsolo. Eles se baseiam na física do solo estudando a natureza das diferenças causadas pela pressão da água dos poros do material subjacente à fundação e pelo estresse efetivo inter-granular entre as próprias partículas do solo. Eles também dependem da mecânica dos fluidos dos espaços entre as partículas do solo. Isso explica rachaduras, infiltrações e resistência ao cisalhamento do próprio solo.

As seções a seguir entram em maiores detalhes sobre esses cálculos e seus usos.

Fórmula para capacidade de suporte do solo

As fundações superficiais incluem rodapés, rodapés quadrados e rodapés circulares. A profundidade é geralmente de 3 metros e permite resultados mais baratos, mais viáveis ​​e mais facilmente transferíveis.

Teoria final da capacidade de rolamento de Terzaghi determina que você pode calcular a capacidade de suporte final para fundações contínuas rasas Q_você com Q_você = c N_c + g D N_q + 0,5 g B N_g no qual c é a coesão do solo (em kN / m² ou lb / ft²), g é o peso unitário efetivo do solo (em kN / m³ ou lb / ft³), D é a profundidade do pé (em m ou pés) e B é a largura do pé (em m ou pés).

Para fundações quadradas rasas, a equação é Q_você com Q_você = 1,3c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g e, para fundações circulares rasas, a equação é Q_você = 1,3c N_c + g D N_q + 0,3 g B N_g.. Em algumas variações, o g é substituído por γ.

As outras variáveis ​​dependem de outros cálculos. N_q é e^{2π (.75-ф / 360) tanф} / 2cos2 (45 + ф / 2), N_c é 5,14 para ф = 0 e N_q-1 / tanф para todos os outros valores de ф, Ng é tanф (K_pg/ cos2ф - 1) / 2.

K_pg é obtido a partir do gráfico das quantidades e determinação de qual valor de K_pg é responsável pelas tendências observadas. Alguns usam N_g = 2 (N_q+1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ como uma aproximação sem precisar calcular _Kpág.

Pode haver situações em que o solo mostre sinais de falha de cisalhamento. Isso significa que a força do solo não pode mostrar força suficiente para a fundação, porque a resistência entre as partículas no material não é grande o suficiente. Nessas situações, a capacidade final de sustentação das fundações quadradas é Q_você = 0,867c N_c + g D N_q + 0,4 g B N_g , as fundações contínuas i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng e as fundações circulares são Q_você = 0,867c N_c + g D N_q + 0,3 g B N___g.

Métodos para determinar a capacidade de suporte do solo

Fundações profundas incluem fundações de cais e caixotões. A equação para calcular a capacidade final de suporte desse tipo de solo é: Q_você = Q_p + Q_f _ em que _Q_você é a capacidade final de suporte (em kN / m² ou lb / ft²), Q_p é a capacidade teórica de sustentação da ponta da fundação (em kN / m² ou lb / ft²) e Q_f é a capacidade de rolamento teórica devido ao atrito do eixo entre o eixo e o solo. Isso fornece outra fórmula para a capacidade de suporte do solo

Você pode calcular a base da capacidade teórica do rolamento final (ponta) Q_p Como Q_p = A_pq_p no qual Q_p é a capacidade teórica do rolamento final (em kN / m² ou lb / ft²) e UMA_p é a área efetiva da ponta (em m² ou ft²).

A capacidade teórica da unidade de suportar solos sem coesão q_p é qDN_q e, para solos coesos, 9c, (ambos em kN / m² ou lb / ft²). D_c é a profundidade crítica para estacas em lodos ou areias soltas (em metros ou metros). Isso deve ser 10B para lodos e areias soltas, 15B para lodos e areias de densidade moderada e 20B para lodos e areias muito densos.

Para a capacidade de atrito da pele (eixo) da fundação da pilha, a capacidade teórica de suporte Q_f é UMA_fq_f para uma única camada homogênea do solo e pSq_feu para mais de uma camada de solo. Nestas equações, UMA_f _é a área efetiva da superfície do eixo da estaca, _q_f é kstan (d), a capacidade teórica de atrito unitário para solos sem coesão (em kN / m² ou lb / ft) em que k é a pressão terra lateral, s é a pressão efetiva de sobrecarga e d é o ângulo de atrito externo (em graus). S é o somatório de diferentes camadas do solo (ou seja, uma₁ + uma₂ + .... + uma_n).

Para siltes, essa capacidade teórica é c_UMA + kstan (d) no qual c_UMA é a adesão. É igual a c a coesão do solo para concreto bruto, aço enferrujado e metal corrugado. Para concreto liso, o valor é .8c para ce, para aço limpo, é .5c para .9c. p é o perímetro da seção transversal da estaca (em m ou pés). eu é o comprimento efetivo da pilha (em m ou pés).

Para solos coesos, q_f = aS_você em que a é o fator de adesão, medido como 1-.1 (S_uc)² para S_uc menos de 48 kN / m² Onde S_uc = 2c é a força de compressão não confinada (em kN / m² ou lb / ft²) Para S_uc maior que esse valor, a = / S_uc.

Qual é o fator de segurança?

O fator de segurança varia de 1 a 5 para vários usos. Esse fator pode explicar a magnitude dos danos, a mudança relativa nas chances de um projeto falhar, os dados do solo em si, a construção da tolerância e a precisão dos métodos de análise do projeto.

Para casos de falha de cisalhamento, o fator de segurança varia de 1,2 a 2,5. Para barragens e aterros, o fator de segurança varia de 1,2 a 1,6. Para muros de contenção, 1,5 a 2,0, para empilhamento de chapas de cisalhamento, 1,2 a 1,6, para escavações reforçadas, 1,2 a 1,5, para rodapés de cisalhamento, o fator é 2 a 3, para rodapés é de 1,7 a 2,5. Por outro lado, em casos de falha de infiltração, à medida que os materiais penetram através de pequenos orifícios em tubos ou outros materiais, o fator de segurança varia de 1,5 a 2,5 para elevação e 3 a 5 para tubulação.

Os engenheiros também usam regras práticas para o fator de segurança: 1,5 para paredes de retenção derrubadas com aterro granular, 2,0 para aterro coesivo, 1,5 para paredes com pressão de aterramento ativa e 2,0 para aqueles com pressão de terra passiva. Esses fatores de segurança ajudam os engenheiros a evitar falhas de cisalhamento e infiltração, bem como o solo pode se mover como resultado dos rolamentos de carga nele.

Cálculos práticos da capacidade de carga

Munidos dos resultados dos testes, os engenheiros calculam quanta carga o solo pode suportar com segurança. Começando com o peso necessário para cisalhar o solo, eles adicionam um fator de segurança para que a estrutura nunca aplique peso suficiente para deformar o solo. Eles podem ajustar o pé e a profundidade de uma fundação para permanecer dentro desse valor. Como alternativa, eles podem comprimir o solo para aumentar sua resistência, por exemplo, usando um rolo para compactar o material de preenchimento solto de um leito de estrada.

Os métodos para determinar a capacidade de suporte do solo envolvem a pressão máxima que a fundação pode exercer sobre o solo, de modo que o fator de segurança aceitável contra falha de cisalhamento esteja abaixo da fundação e a liquidação total e diferencial aceitável seja alcançada.

A capacidade final de rolamento é a pressão mínima que causaria a falha de cisalhamento do solo de suporte imediatamente abaixo e adjacente à fundação. Eles levam em consideração a resistência ao cisalhamento, densidade, permeabilidade, atrito interno e outros fatores ao construir estruturas no solo.

Os engenheiros usam seu melhor julgamento com esses métodos para determinar a capacidade de suporte do solo ao realizar muitas dessas medições e cálculos. O comprimento efetivo requer que o engenheiro faça uma escolha sobre onde iniciar e parar a medição. Como método, o engenheiro pode optar por usar a profundidade da pilha e subtrair quaisquer solos superficiais perturbados ou misturas de solos. O engenheiro também pode optar por medi-lo como o comprimento de um segmento de estaca em uma única camada de solo que consiste em várias camadas.

O que causa solos estressados?

Os engenheiros precisam considerar os solos como misturas de partículas individuais que se movem em relação umas às outras. Essas unidades de solo podem ser estudadas para entender a física por trás desses movimentos ao determinar o peso, força e outras quantidades em relação aos edifícios e projetos que os engenheiros constroem sobre eles.

A falha no cisalhamento pode resultar das tensões aplicadas ao solo, que fazem com que as partículas resistam umas às outras e se dispersam de maneira prejudicial à construção. Por esse motivo, os engenheiros devem ter cuidado ao escolher projetos e solos com forças de cisalhamento apropriadas.

o Mohr Circle pode visualizar as tensões de cisalhamento nos planos relevantes para a construção de projetos. O Círculo de Estresses de Mohr é usado na pesquisa geológica de testes de solo. Envolve o uso de amostras de solos em forma de cilindro, para que as tensões radial e axial atuem nas camadas de solos, calculadas usando planos. Os pesquisadores então usam esses cálculos para determinar a capacidade de suporte de solos nas fundações.

Classificação de solos por composição

Pesquisadores em física e engenharia podem classificar solos, areias e cascalhos por tamanho e componentes químicos. Os engenheiros medem a área superficial específica desses constituintes como a razão entre a área superficial das partículas e a massa das partículas como um método para classificá-las.

O quartzo é o componente mais comum do lodo e da areia e a mica e o feldspato são outros componentes comuns. Minerais de argila como montmorilonita, ilita e caulinita compõem folhas ou estruturas semelhantes a placas com grandes áreas de superfície. Esses minerais têm áreas de superfície específicas de 10 a 1.000 metros quadrados por grama de sólido.

Essa grande área de superfície permite interações químicas, eletromagnéticas e van der Waals. Esses minerais podem ser muito sensíveis à quantidade de fluido que pode passar por seus poros. Engenheiros e geofísicos podem determinar os tipos de argilas presentes em vários projetos para calcular os efeitos dessas forças para explicá-las em suas equações.

Os solos com argilas de alta atividade podem ser muito instáveis ​​porque são muito sensíveis ao fluido. Eles incham na presença de água e encolhem na sua ausência. Essas forças podem causar rachaduras na fundação física dos edifícios. Por outro lado, materiais que são argilas de baixa atividade, formados sob atividade mais estável, podem ser muito mais fáceis de trabalhar.

Tabela de capacidade de carga do solo

Geotechdata.info possui uma lista de valores de capacidade de suporte do solo que você pode usar como um gráfico de capacidade de suporte do solo.