قدرة تحمل التربة تحت الأساسات السطحية + مثال عملي

قدرة التحمل هي الحد الأقصى للحمل الذي يمكن أن يتحمله بروفايل أو طبقات التربة قبل الخضوع للتشوه المفرط وفشل القص. إنها المعلومة الأكثر شيوعًا وربما الأكثر أهمية اللازمة لتصميم الأساسات الضحلة. يتم استخدام قدرة تحمل التربة المسموح بها للتحجيم المناسب للأساسات الضحلة (تحديد أبعاد القواعد) بحيث لا يتجاوز الحمل من البنية الفوقية قوة التربة أو يؤدي إلى هبوط مفرط.

إذا تم تطبيق الحمل تدريجياً على الأساس، فسيزيد الهبوط. في نقطة معينة عندما يساوي الحمل قدرة تحمل التربة، سيحدث فشل مفاجئ للتربة التي تدعم الأساس. يُعرف هذا الفشل المفاجئ الذي يمتد فيه سطح الفشل إلى الأرض باسم "فشل القص العام".

عندما تكون التربة التي تدعم الأساس عبارة عن تربة رملية أو طينية ذات ضغط أو دمك متوسط​، فإن سطح فشل التربة سوف يمتد تدريجياً إلى الخارج من الأساس. عندما يصل الحمل المطبق إلى قدرة تحمل التربة، ستصاحب حركة الأساس هزات مفاجئة، وستكون هناك حاجة إلى حركة كبيرة قبل أن يمتد سطح الفشل إلى الأرض. يشار إلى هذا عمومًا باسم "فشل القص المحلي" ، ولا تتحقق قيمة الذروة للحمل في هذا النوع من الفشل.

إذا تم تأسيس الأساس على تربة رخوة أو سائبة، فلن يمتد سطح الفشل إلى سطح الأرض. سيكون مخطط هبوط الحمولة لهذا التفاعل شديدة الانحدار وخطي من الناحية العملية. يشار إلى هذا الفشل باسم "فشل قص الاختراق أو الثقب".

أنواع مختلفة من فشل قدرة التحمل في الصورة التالية:

كيفية حساب قدرة تحمل التربة القصوى؟

طرق تحديد قدرة تحمل التربة القصوى هي:

• نظرية فشل القص العامة ل Terzaghi
• الحلول النظرية التي قدمها Meyerhof و Hansen و Vesic
• من الاختبارات في الموقع مثل PLT و SPT و CPT

يتم الحصول على المعلومات اللازمة لتقييم قدرة تحمل التربة من فحص الموقع. يمكن إجراء دراسة معملية للعينات غير التالفة أو اختبارات التربة في الموقع من أجل الحصول على معايير مقاومة القص اللازمة لتقييم قدرة التحمل. توجد العديد من الارتباطات لربط خصائص التربة في الموقع من اختبار اختراق المخروط إلى قدرة تحمل التربة.

لذلك يعتبر فحص التربة من أهم الأنشطة التي يجب القيام بها قبل البدء في أي مشروع بناء. في تقرير اختبار التربة، من المتوقع أن يحدد المهندس الجيوتقني قوة التربة في طبقات مختلفة، ويوصي في النهاية بأساس مناسب. بعض المعلمات المستخدمة في وصف قوة تكوين التربة لأغراض تقدير قدرة تحمل التربة هي التماسك وزاوية الاحتكاك الداخلي للتربة.

في هذه المقالة، سوف نقدم مثالاً على كيفية تحديد قدرة تحمل التربة باستخدام معادلة قدرة التحمل العامة.

اقرأ أيضا:

ما هي العوامل المؤثرة على قدرة تحمل التربة؟

طرق تحسين قدرة تحمل التربة قبل البناء

خلفية عن قدرة تحمل الأساسات السطحية أو الضحلة

قام Terzaghi في عام 1943 بتوسيع نظرية الفشل البلاستيكي أو اللدن لـ Prandtl لتقييم قدرة التحمل للقواعد الشريطية الضحلة. بعد تطوير معادلة قدرة تحمل Terzaghi، عمل العديد من العلماء مثل Meyerhof (1951 و 1963) و Vesic (1973) و Hansen (1970)، إلخ في هذا المجال وصقلوا الحل لما يُعرف باسم معادلة قدرة التحمل العامة. سمح هذا التعديل بعامل العمق وعامل الشكل وعوامل الميل.

يمكن كتابة معادلة قدرة التحمل النهائية العامة المعدلة على النحو التالي:

qu = c’FcsFcdFciNc + qFqsFqdFqiNq + 0.5FγsFγdFγiγBNγ

حيث؛

Fcs ، Fqs ، Fγs هي عوامل الشكل التي تفسر مقاومة القص المطورة على طول السطح في التربة فوق قاعدة القاعدة

Fcd ، Fqd ، Fγd هي عوامل عمق لتحديد قدرة تحمل الأسطح المستطيلة والدائرية

Fci و Fqi و Fγi هي عوامل ميل لتحديد قدرة تحمل القاعدة التي يميل عليها اتجاه تطبيق الحمل بزاوية معينة إلى الاتجاه العمودي

مثال محلول على تحديد قدرة التحمل

دعونا نحدد قدرة التحمل لأساس قاعدة منفصلة بالبيانات التالية؛

عمق الأساس Df = 0.9 m

عرض الأساس B = 1.0 m

التماسك الفعال للتربة c '= 12 kn / m 2

زاوية الاحتكاك الداخلي φ '= 27 degree

وزن وحدة التربة = 18.5 كيلو نيوتن / م 3

منسوب المياه الجوفية حوالي 9 أمتار تحت السطح

من الجدول التالي، يمكننا تحديد عوامل قدرة التحمل؛

زاوية الاحتكاك الداخلي φ '= 27 degree

Nc = 23.94 ؛ Nq = 13.20 ؛ Ny = 14.47

Fcs = 1 + (B / L) (Nq / Nc) = 1 + (1.0 / 1.0) (13.2 / 23.94) = 1.551

Fqs = 1 + (B / L) tanφ '= 1 + (1.0 / 1.0) tan 27 = 1.509

F = 1 + 0.4 (B / L) = 1 + 0.4 (1.0 / 1.0) = 1.4

Fcd = 1 + 0.4 (Df / B) = 1 + 0.4 (0.9 / 1.0) = 1.36

Fqd = 1 + 2tanφ '(1 - sin φ') 2 (Df / B) = 1 + 2tan27 (1 - sin 27) 2 (0.9 / 1.0) = 1.273

Fyd = 1.0

نظرًا لأننا نفترض الأحمال الرأسية، خذ Fci = Fqi = Fγi = 1.0

q = (18.5 كيلو نيوتن / م 3 × 0.9 م) = 16.65 كيلو نيوتن / م 2

qu = c’FcsFcdFciNc + qFqsFqdFqiNq + 0.5FγsFγdFγiγBNγ

qu = (12 × 23.94 × 1.551 × 1.36 × 1.0) + (16.65 × 1.509 × 1.273 × 1.0 × 13.20) + (0.5 × 1.4 × 1.0 × 1.0 × 18.5 × 1.0 × 14.47) = 1215.55 kn / m 2

باستخدام عامل الأمان (FOS) 3.0

q allowable = qu / FOS = 1215.55 / 3.0 = 405.183 kN / m2

لذلك، يمكن تحديد قدرة تحمل التربة المسموح بها على أنها 405 كيلو نيوتن / م 2