የአፈር ተሸካሚነት

በአፈር ሜካኒክስ granična nosivost tla እና dozvoljeno opterećenje tla. ይወሰናሉ።

የመጨረሻ የጭነት ችሎታ የአፈር የሚደረስበት ያ ነው፣ አፈር መሰባበር በሚጀምርበት ጊዜ የሚደርስ። የአፈር መሰባበር የሚከሰት መሠረቱ በአፈር ላይ የሚያደርገው ጭነት የመቁረጥ ጥንካሬውን ሲያልፍ ነው። በዚያ ጊዜ፣ በመሠረቱ ጭነት P ተጽዕኖ ስር የትንሽ መቋቋም ወለሎች ACD እና BCE – የሰርዝ ወለሎች ስዕ. 1 ይታያሉ፣ በእነሱም መሠረት በጎን ይጨመቃል እና በተመሳሳይ ጊዜ ከሕንፃው DG እና EF አጠገብ ከመሬቱ ገጽታ በላይ ያለው አፈር ይነሳል፣ ራሱ መሠረት ደግሞ ይጠማማል።

Sl. 1. በመሠረት ጭነት ተጽዕኖ ስር የአፈር መፍረስ

የመሬት የመቁረጥ ጥንካሬ ከመሠረት ጥልቀት t ጋር ይጨምራል፣ ምክንያቱም በላይኛዎቹ ንብርብሮች ክብደት ምክንያት ወደ ጎን የመጫን ዕድል ይቀንሳል። ስለዚህ ጥልቅ መሠረቶች የመሬት መሰንበትን ለማስነሳት ይበልጥ ይከብዳሉ፣ የሳተም መሠረቶች ግን አደጋ ያለባቸው ናቸው። እንዲሁም ሰፊ መሠረቶች የመሬት መሰንበትን ለማስነሳት ይበልጥ ይከብዳሉ፣ ምክንያቱም የመንሸራተቻ ገጽታዎች ይበልጥ ጥልቅ ናቸው።

የተፈቀደ የአፈር ጫና በአፈር ላይ በእጅግ አስጨናቂ ሊሆኑ የሚችሉ ሁኔታዎች ስር እንኳን የአፈር መፍረስ እንዳይፈጠር ሳይገድብ ሊፈቀድ የሚችለው ነው። የተፈቀደ የአፈር ጫና የሚወሰነው በአፈር ወሰን ተሸካሚነት መሠረት በደህንነት አማካኝ በመጠቀም ነው። የደህንነት አማካኙ መጠን በብዙ ምክንያቶች ይወሰናል፣ ከእነሱም መካከል በጣም አስፈላጊዎቹ የአፈር አካላዊ ባህሪያት ትክክለኛነት፣ የውስጣዊ ተቃውሞ አባላት በተለይም የጋራ መጣበቅ ዋጋ መለዋወጥ ይችላል፣ ይህም በአፈር ውስጥ ያለ ውሃ ተጽእኖ ስር በሰፊ ክልል ሊለዋወጥ ይችላል፤ እንዲሁም እንደ ጭነት ሁኔታዎች (ድንገተኛ እና ተለዋዋጭ ጭነት ዕድል)፣ የመሠረት ጥልቀት እና የመሠረት መሰላል ስፋት ያሉ ሌሎች ምክንያቶች ተጽእኖ ይኖራቸዋል።

የአፈር ተሸካሚነት በአፈር መፍረስ መሠረት ሊወሰን ይችላል፣ ይህም የመጨረሻ ተሸካሚነትን ይሰጣል። በአፈር የመጨረሻ ተሸካሚነት ማለት መፍረስ የሚያስከትለው የጭነት መጠን ነው። በአፈር መፍረስ መሠረት የመጨረሻ ተሸካሚነትን ለመወሰን ሁለት መንገዶች አሉ፣ እነሱም matematičko rešenje እና probno opterećenje ናቸው።

የሒሳብ መፍትሔ

ብዙ ሳይንቲስቶች የአፈር የመጨረሻ የመሸከም ችሎታን ለመወሰን በሚያግዙ ነገሮች እውቀት እና በተለያዩ የመፍረስ ሁኔታዎች ግምቶች መሠረት የሂሳብ መፍትሄ ለማግኘት ሞክረዋል። ተፅእኖ የሚያሳዩ ነገሮች በላቦራቶሪ ሙከራዎች በአልተበላሸ የአፈር ናሙናዎች ላይ የሚወሰኑ የአፈር ፊዚካዊ ባህሪያት፣ የ地下ውሃ ሁኔታ፣ የመሠረት ጥልቀት፣ የተጫነው ስፍራ መጠንና ቅርጽ፣ እንዲሁም የጭነት መንገድ፣ ማለትም በእኩል ወይም በእኩል ያልሆነ፣ በመሀል ወይም በጎን የሚጫን አፈር ናቸው። የመፍረስ ሁኔታዎች ግምቶች በፕላስቲሲቲ ሕግ እና በኤላስቲሲቲ ሕግ ላይ ይመሠረታሉ። ነገር ግን ዘመናዊ የአፈር የመሸከም ችሎታ መወሰኛ ዘዴዎች በፕላስቲሲቲ ሕግ ላይ ይመሠራሉ፣ እሱም ከአንዳንድ ቀላል ግምቶች ጋር ይጣመራል።

እዚህ የከፍተኛ መሸከም ችሎታን፣ ወይም የአፈር የተፈቀደ ጭነትን ለመወሰን በሚጠቀሙ በርካታ የታወቁ የሒሳብ ዘዴዎችን እናቀርባለን።

የPrandtl-Caquot ቅጽ

Եթե je temeljna stopa AB fundirana na dubini t ispod površine terena, na toj dubini deluju kontaktni pritisak p pod dejstvom opterećenja temelja i bočni pritisak p=γt usled težine tla iznad nivoa temeljne stope do površine terena (sl. 2).

በመሠረቱ ክብደት ቀጥታ ተፅእኖ ስር፣ የመሬቱ የመጨረሻ የታካሚ መሸከም ኃይል ሲበልጥ በቀጥታ የሚንሸራተቱ ገጽታዎች AC እና BC ይታያሉ፣ እነሱም ከተጫነው ገጽታ ጋር α = 45° + ϕ/2 ማዕዘን ይፈጥራሉ። እነዚህ የመንሸራተቻ ገጽታዎች ንቁ የመሬት ፕሪዝም ABC ይፈጥራሉ።

ስዕ. 2. በPrandtl-Caquot መሠረት በማዕከላዊ ጭነት ላይ ያለ መሠረት ጫንቃ በሚያስከትለው የሎጋሪዝማዊ ስፒራል ቅርጽ ያላቸው ሰርዝ ቁጥሮች

በንቁ የመሬት ግፊት ብርድ ተጽዕኖ የጎን ተገቢ ያልሆኑ የመሬት ፕሪዝሞች ADD1 እና BEE1 ይፈጠራሉ፣ እሱም በሚያስንቀሳቅሳቸው ላይ ወደ ላይ በመግፋት በተንሸራታች ገጽታዎች DD1 እና EE1 ላይ፣ ከአግድም ጋር 45°-ϕ/2 ማዕዘን ላይ። በንቁና ተገቢ ያልሆነ የመሬት ግፊት ዞኖች መካከል የራዲያል መቁረጥ ዞን ACD ወይም BCE አለ፣ በዚህም የመጨረሻ ሚዛን ሲበልጥ መንሸራተት በተጠማማ የመንሸራተቻ ገጽታዎች ላይ ይከሰታል። ሪሳል በራዲያል መቁረጥ ዞን ያሉት የመንሸራተቻ ገጽታዎች በ_A_ ወይም B, መሀል ያለ የሎጋሪዝም ስፓይራል ቅርጽ እንዳላቸው አስላ፣ የእሱም እኩልታ r=r0 eπ tg_ϕ_ ነው

የአፈር የመጨረሻ ጭነትን ለመወሰን የሚከተሉት ግምቶች ተደርገዋል፦

• መሠረቱ ለስላሳ ነው፣ ወይም በመሠረት ጫማና በአፈር መካከል ያለው ፍርሽት ይተወዋል፤
• የአፈር መቁረጫ ጥንካሬ በ D1M እና E1N ላይ እንደሌለ ማለት ነው፣ ወይም ይታለፋል፤
• የመሠረቱ ታችኛው ክፍል ስር ያለው የአፈር መጠናዊ ክብደት γ=0 መሆኑ፣ ማለትም በፕላስቲክ ሚዛን ክልል ውስጥ ያለው ከመሠረቱ ጫማ በታች የአፈር ክብደት ተፅእኖ እንዳይቆጠር ነው።

የPrandtl-Caquota ቅርጽ እንዲህ ይላል፦

የአፈር ገደብ ችሎታ ማለት ይህ ነው

ከሆነ እናስቀምጥ፦

የተጣጣሙ አፈሮች የመጨረሻ ተሸካሚነት qf = γtm + cm1. ነው

ለአፈሩ ውስጣዊ ግጭት አንግል የተለያዩ እሴቶች ሲኖሩ፣ m እና m1 እሴቶች በሰንጠረዥ 1 ተሰጥተዋል።

ሠንጠረዥ 1. ለአፈር ውስጣዊ ግጭት አንግል የተለያዩ እሴቶች ሲኖሩ የ m እና m__1 ኮኤፊሺየንቶች እሴቶች_

የሚፈቀደው የአፈር ጭነት qa = pdozv = qf/F ሲሆን F የደህንነት አካል ነው። ለPrandtl-Caquot መግለጫ አተገባበር F = 4 ይወሰዳል፣ ስለዚህ qa = qf/4 ይሆናል።

የTerzaghi ቀመር

Terzaghi በቅጥር፣ በካሬ እና በክብ ሳህን ቅጽ ጭነት ተጽእኖ ስር ያለውን የአፈር የመጨረሻ ድጋፍ አቅም ለማስላት ከፊል ኢምፒሪካዊ ቅርጽ ሰጥቷል። እሱ ከመሬቱ ላይ Df ጥልቀት ላይ የተመሠረተ፣ ስፋቱ B ያለው መሠረት አመለከተ (ስዕ. 3)፣ እና በመሠረት ጫፍ AB እና በአፈር መካከል ግጭት እንዳለ ተቀብሎ፣ ይህም የአፈር ወደ ጎን መግፋትን ይቃወማል እና የመንሸራተቻ ንጣፎች AB እና BC ከተጫነው ገጽ ጋር የውስጥ ግጭት ማዕዘን እንደሚያበጁ ተቀብሏል።

ስል. 3. በቴርዛጊ መሠረት የአፈር የመጨረሻ ችሎታ

በዚህ ምክንያት በመሠረቱ AB እና በተንሸራታች ወለሎች AC እና BC መካከል የተያዘው በአፈር ኪንት ABC ውስጥ ያለው አፈር በተለዋዋጭ ሚዛን ሁኔታ ይቆያል እና እንደ መሠረቱ ክፍል ይሰራል። ፕሪዝም ABC በጎኖቹ AC እና BC ላይ ያሉ ግፊቶች ከጎን ፕሪዝሞች የቀድሞ የአፈር ግፊት ጋር እኩል እስካልሆኑ ድረስ ሊገፋ አይችልም፤ ይህም ማለት የሚዛን የገደብ ሁኔታ ሲበልጥ የተፈጠረው የአፈር ግፊት q ከተንሸራታች ወለል መደበኛ ጋር ϕ አንግል በመፍጠር ይሠራል፣ ማለትም በአቀባዊ አቅጣጫ (ምስል 3)። በጭነቱ ተጽዕኖ ኪኑ በአቀባዊ ወደ ታች ስለሚንቀሳቀስ፣ በአፈር ውስጥ ያለው የሚዛን ችግር ወደ ቀድሞ የአፈር ግፊት መወሰን ይቀናጃል። ነገር ግን በዚህ ዘዴ የአፈር ችሎታ ትክክለኛ ስሌት አስቸጋሪ ስለሆነ፣ ቴርዛጊ ቀለል ያለ መፍትሔ ሰጥቷል። የቴርዛጊ ለአፈር የመጨረሻ ችሎታ q_f ለማስላት ቀመር እንዲህ ነው

1. ለቴፕ ቅርጽ ያለ መሠረት ጫማ

qf = cNc + γ1 DfNq + 0,5 γ2 BNγ  

በዚህ ውስጥ c የአፈር ተጣባቂነት ነው

γ1 በመሠረት ግርጌ ላይ የሚገኘው የአፈር የመጠን ክብደት

Df የመሠረት ጥልቀት ከመሬት ላይ እስከ መሠረት ታች

γ2 ከመሠረቱ ታች ያለው የአፈር የቮልዩም ክብደት

B የመሠረት ጫማ ስፋት።

Nc፣ Nq፣ Nγ በአፈር የውስጥ ማሸሻ አንግል ላይ የሚመሰረቱ የተሸከም ምክንያቶች ናቸው፤ የዚህ ምክንያት እሴቶች በሚከተሉት አይነቶች ይሰጣሉ፦

Nq ከመሠረት ጥልቀት እስከ ያለው የጎን የአፈር ንብርብር ክብደት የሚመነጭ ነገር ነው፦ Nq = tg2 (45° + ϕ/2) eπ tg_ϕ_

Nc በተጣበቀነት የሚነሳ ነጥብ ነው: Nc = (Nq – 1) ctg_ϕ_

Nγ በመሠረት ጫማው ስር፣ ወይም በጫማው ስፋት AB ስር ያለው የመሬት ኩባያ የራስ ክብደት ምክንያት የሚከሰት ፋክተር ነው። የዚህን ፋክተር እሴት Brinch Hansen እንደ ግምታዊ እንዲህ ይመክራል፦ Nγ ≈ 1,8 (Nq – 1) tg_ϕ_

Sl. 4. የመሠረቱ በቀጥታ ማዕከላዊ ጭነት ሲታገዝ አፈር የሚቀበለው ጫና ስርጭት

በአፈር የወሊድ ክብደት ትንሽ ልዩነት ምክንያት ብዙ ጊዜ γ1= γ2= γ ተቀባይነት ይወሰዳል። በላይ ባለው እኩልታ መሠረት የአፈር የሚሸከም ችሎታ በ (ምስል 4) ከሚከተሉት ይወሰናል፦ የመሠረት አፈር ህብረት c፣ በመሠረቱ አጠገብ ያለ የአፈር ጭነት γ1 D_F፣ የንቁ ተንሸራታች ፕሪዝም ስፋት B ያለው አፈር የራስ ክብደት።

ነገር ግን በጭነት ተጽእኖ ምክንያት አፈር የሚቀበለው ጭነት በተጣባቂነት c እና በመሠረቱ ጥልቀት Df ምክንያት በሙሉ ስፋት ላይ አንድ ዓይነት ነው፣ ማለትም አራት ማዕዘን ነው፣ የቁመት B ተጽእኖ ምክንያት አፈር የሚቀበለው ጭነት ግን ሶስት ማዕዘን ነው፣ ማለትም ታላቁ ጭነቶች በመሠረቱ መካከል ይቀበላሉ እና ወደ ጠርዞች ሲቃረቡ ወደ ዜሮ ይወርዳሉ።

ስዕ. 5. እንደ Terzaghi በመሠረት በአፈር የውስጥ ግጭት ማዕዘን ላይ የተመሰረተ የመሸከም ነጥብ ዲያግራም

ለ0 እስከ 40° ድረስ ያሉ የተለያዩ የአንግል እሴቶች ላይ፣ ቴርዛጊ የችሎታ ንድፎችን አዘጋጀ (ስል. 5). ነገር ግን የችሎታ ፋክተሮች Nc፣ Nq እና Nγ (በስል. 5 ላይ ያሉ ቀጣይ መስመሮች) የሚተገበሩት በጠንካራ እና ተጣባቂ አፈር ሁኔታ ብቻ ነው። አፈሩ ልቅ ወይም በጣም ተጨናኒ ከሆነ፣ ከዚያ የችሎታ ፋክተሮች N’c፣ N’q እና N’γ (በስል. 5 ላይ ያሉ ነጠብጣብ መስመሮች) መውሰድ አለበት፣ እነሱም 2/3 የግጭት መቋቋም እሴቶችን ይሰጣሉ። በተጨማሪም በዚህ ሁኔታ በላቦራቶሪ የተገኘውን የተባበረ ኃይል c 2/3 እሴቶች መውሰድ አለበት፣ ስለዚህ በዚያ ሁኔታ qf = 2/3 cN’c + γ1 DfN’q + 0,5 γ2 BN’γ. እንሆናለን

2. ለአራት ማዕዘን ቅርጽ ያለ መሠረታዊ ጫማ

qf = 2/3 (1+0,3 B/L) cN’c + γ1 DfN’q + 0,5 γ2 BN’γ  እዚህ L የመሠረት ጫፍ ርዝመት ነው

3. ለካሬ ቅርጽ ያለ የመሬት መሠረት

qf = 2/3 1,3 cN’c + γ1 DfN’q + 0,4 γ2 BN’γ  

4. ለክብ መሠረት እግር

qf = 2/3 1,3 cN’c + γ1 DfN’q + 0,6 γ2 rN’γ  እዚህ r የመሠረት እግር ክብ ራዲየስ ነው።

የአፈር የተፈቀደ ጭነት ለማስላት የደህንነት ፋክተር F ይወሰዳል፡ qa = qf/F. የደህንነት ፋክተሩ እሴት በአፈርና በጭነት ሁኔታዎች መሠረት ከ2 እስከ 3 ይደርሳል።

የሒሳብ ንድፎች ተግባር

ለአፈር የተፈቀደ ጭነት ለማስላት የሚጠቀሙ የ数学 አይነቶች የአፈር ጂኦሜካኒካዊ ባህሪያትን ማወቅ ይፈልጋሉ፣ እነሱም በመሠረቱ የሚተከልበት ጥልቀት ላይ ያለው ጥምድና የውስጥ ማሸሻ እና ከመሠረቱ በላይና በታች ያለው የአፈር የቮልዩም ክብደት ናቸው። መሠረታዊ አፈሩ ከመሬት በታች የውሃ ደረጃ በታች ከሆነ፣ የአፈር የቮልዩም ክብደት ሲወሰን የመነሳት ኃይልም መጠበቅ አለበት።

በትልቅ የመሬት ጭነትና ትልቅ ሕንፃዎች ላይ፣ በሂሳባዊ መልእክቶች መሠረት የተገኘው የተፈቀደ የመሬት ጭነት እሴት ሙሉ በሙሉ ሲጠቀም፣ የመሬት የተሸከም አቅም ስሌት ከመቀመጥ ስሌት ጋር መከተል አለበት። የተሰላው የመሬት የተሸከም አቅም የሚቀበለው የመቀመጥ ስሌት ለተሰጠው የሕንፃ ዓይነት ከተፈቀደው ያነሰ መቀመጥ ሲያሳይ ብቻ ነው። በስሌት የተገኘው መቀመጥ ከተፈቀደው የሚበልጥ ከሆነ፣ በስሌታዊ መልእክቶች የተገኘው የተፈቀደ የመሬት ጭነት እሴት አይቀበልም፣ ነገር ግን የመሠረት ማቋቋሚያ መንገድ እንዲለወጥ ይገባል፣ እንዲሁም ለተሰጠው የሕንፃ አወቃቀር በተፈቀደው የመቀመጥ ገደብ ውስጥ ያለ አነስተኛ መቀመጥ እንዲገኝ።

ስእ. 6. የመሠረት ተቀማጭ ውጤታማ ጥልቀት D__f

በአፈር የመጨረሻ ተሸካሚነት ለመወሰን በተጠቀሱ የሒሳብ ቅጦች ውስጥ መሠረቱ በጎኖቹ ላይ ከአፈሩ ጋር በጠንካራ ሁኔታ ከተገናኘ የመሠረቱ መጠቅለያ ግጭት እንደ ተቃውሞ የሚሳተፈው ግምት አልተደረገም። የመጠቅለያ ግጭት ተቃውሞ በግምት አይወሰድም፣ ምክንያቱም እውነተኛ የመጠቅለያ ግጭት ያለው ወደ አፈር የሚመቱ ምሶሶዎች ላይ ብቻ ነው፣ ነገር ግን በመሠረት ጫፎች ላይ የመጠቅለያ ግጭት እጅግ አነስተኛ ነው፣ ምክንያቱም ጫፎቹ ቀደም ሲል በተቆፈሩ ጉድጓዶች ውስጥ ይሠራሉ።

የመሠረቱን ቅርጽ ችላ ብለው የሚያስቡ የሂሳብ ቅጦችን መጠቀም ለቴፕ ቅርጽ መሠረቶች በጣም ቅርብ ውጤቶችን ይሰጣል፤ ማለትም የመሠረቱ ርዝመት ከስፋቱ ሁለት ጊዜ በላይ ሲሆን። በሙከራዎች ተረጋግጧል፣ በካሬ ወይም ክብ ቅርጽ ያላቸው መሠረታዊ እግሮች ላይ መቆራረጡ በሂሳብ ቅጦች ከተቆጠረው በ10-30% የሚበልጥ ወሳኝ ጭነት ላይ ይከሰታል። ሶስት ማዕዘን ቅርጽ ያላቸው እግሮች ከቴፕ ያነሰ ሸክም ይሰጣሉ፣ በጣም ዝቅተኛውን ሸክም ደግሞ ያልተሞሉ ከቀለበት ቅርጽ እግሮች ይሰጣሉ።

የመሬት መመሠረቻ ጥልቀት Df እንደ ውጤታማ የመመሠረቻ ጥልቀት ከመሠረቱ መሠረታዊ ወለል በታች እስከ መሠረቱ ግርጌ ይቆጠራል (ስዕ. 6)። ከመሬት በታች ባሉ ክፍሎች ስር ያሉ መሠረቶች ላይ ውጤታማው የመመሠረቻ ጥልቀት Df ከመመሠረቻ ጥልቀት እና ከመሬት ወለል በታች ካለው ጥልቀት ይለያል። በእንዲህ ሁኔታዎች፣ ለድንበር እና ለተፈቀደ የአፈር ጭነት ስሌት ሁልጊዜ Df መውሰድ አለበት፣ ምክንያቱም ከመሠረቱ መሠረታዊ ወለል በላይ በመሠረቱ ጭነት P ተጽእኖ ስር የአፈርን ወደ ጎን መግፋት የማይቃወም አየር አለ።