Torpağın daşıma qabiliyyəti

Torpaq mexanikasında torpağın həddi daşıma qabiliyyəti və torpağın icazə verilən yüklənməsi müəyyən edilir.

Torpağın sərhəd daşıyıcılıq qabiliyyəti — torpaq qırılması baş verdiyi anda əldə olunan daşıma qabiliyyətidir. Torpaq qırılması, bünövrənin torpağa göstərdiyi yüklənmənin onun kəsilmə möhkəmliyini aşdığı zaman yaranır. Bu halda bünövrənin P yükünün təsiri altında ən az müqavimət göstərən səthlər ACD və BCE – şəkildə göstərilən sürüşmə səthləri 1 əmələ gəlir, həmin səthlər üzrə torpaq yanlara doğru sıxışdırılır və eyni zamanda obyektin yanında yer səthindən yuxarı torpağın qalxması DG və EF, baş verir, bünövrənin özü isə çökür.

Şək. 1. Təməl yüklənməsi təsiri altında torpağın dağılması

Torpağın kəsmə möhkəmliyi fundamentasiya dərinliyi t artdıqca artır, çünki üst layların çəkisi hesabına yan sıxışdırılma imkanı azalır. Buna görə dərin fundamentlər torpaq dağılmasını daha çətin yaradır, dayaz fundamentlər isə dağılma baxımından təhlükəlidir. Eyni qaydada enli fundamentlər də torpaq dağılmasını daha çətin yaradır, çünki sürüşmə səthləri daha dərindir.

Torpağın icazə verilən yüklənməsi elə yüklənmədir ki, ən əlverişsiz mümkün şəraitdə torpağın qırılması baş vermədən ona təsir etməsinə icazə verilə bilər. Torpağın icazə verilən yüklənməsi təhlükəsizlik əmsalının tətbiqi ilə torpağın son daşıma qabiliyyəti əsasında müəyyən edilir. Təhlükəsizlik əmsalının böyüklüyü bir sıra amillərdən asılıdır; bunlardan ən vacibləri torpağın fiziki xüsusiyyətlərinin dəqiqliyi, torpağın daxili müqavimət elementlərinin, xüsusilə də suyun torpaqda təsiri altında geniş hədlərdə dəyişə bilən koheziyanın qiymətinin dəyişməsi imkanı, həmçinin yüklənmə şərtləri (kəskin və dinamik yüklənmə imkanı), təməlləmə dərinliyi və təməl dabanının eni kimi digər mümkün amillərin təsiridir.

Torpağın daşıma qabiliyyəti torpağın dağılmasına əsasən müəyyən edilə bilər; bu da həddi daşıma qabiliyyətini verir. Torpağın həddi daşıma qabiliyyəti dedikdə dağılmanı yaradan yükün miqdarı nəzərdə tutulur. Torpağın dağılmasına əsasən həddi daşıma qabiliyyətinin müəyyən edilməsinin iki üsulu var: riyazi həll və sınaq yükü.

Riyazi həll

Bir çox alimlər təsir edən amilləri bilmək və müxtəlif qırılma şərtləri fərziyyələri əsasında torpağın son daşıma qabiliyyətini müəyyən etmək üçün riyazi həll tapmağa çalışmışlar. Təsir edən amillər torpağın fiziki xüsusiyyətləridir; bunlar pozulmamış torpaq nümunələri üzərində laborator sınaqlarla müəyyən edilir, yeraltı suyun vəziyyəti, fundamentin dərinliyi, yüklənmiş səthin ölçüsü və forması, həmçinin yüklənmə üsulu, yəni torpağın bərabər və ya qeyri-bərabər, mərkəzi və ya eksantrik yüklənməsi. Qırılma şərtləri haqqında fərziyyələr plastiklik nəzəriyyəsinə və elastiklik nəzəriyyəsinə əsaslanır. Bununla belə, torpaq daşıma qabiliyyətinin müasir müəyyənetmə üsulları plastiklik nəzəriyyəsinə əsaslanır və bu nəzəriyyə bəzi sadələşdirilmiş fərziyyələrlə birləşdirilir.

Burada torpağın son daşıma qabiliyyətini, yəni icazə verilən yüklənməsini müəyyən etməyin bir neçə məşhur hesablama metodunu təqdim edəcəyik.

Prandtl-Caquota forması

Əgər AB təməl altlığı yer səthindən t dərinlikdə yerləşdirilibsə, bu dərinlikdə təməlin yüklənməsi nəticəsində kontakt təzyiqi və təməl altlığı səviyyəsindən yer səthinə qədər olan torpağın çəkisi nəticəsində yan təzyiq p=γt hökm sürür (şək. 2).

Bünövrənin çəkisinin birbaşa təsiri altında, torpağın daşıma qabiliyyətinin son həddini aşdığı anda AC və BC düz sürüşmə səthləri yaranır; onlar yüklənmiş səthlə α = 45° + ϕ/2 bucağını əmələ gətirir. Bu sürüşmə səthləri aktiv torpaq prizması ABC-ni təşkil edir.

Şək. 2. Prandtl-Caquot-a görə mərkəzi yüklənmiş təməl altlığı təsiri altında loqarifmik spiral şəklində sürüşmə səthləri

Aktiv torpaq prizmasının təzyiqi altında yandan passiv torpaq prizmaları ADD1 və BEE1 əmələ gəlir, bu prizma onları DD1 və EE1 sürüşmə səthləri boyunca, üfüqi ilə 45°-ϕ/2 bucaq altında yuxarı sıxışdırmağa çalışır. Aktiv və passiv torpaq təzyiqi zonaları arasında radial kəsilmə zonası ACD və ya BCE mövcuddur; burada sərhəd tarazlığı aşdıqda sürüşmə əyri sürüşmə səthləri boyunca baş verir. Résal hesablamışdır ki, radial kəsilmə zonasındakı sürüşmə səthləri A və ya B mərkəzli loqarifmik spiral formasındadır, onun tənliyi isə r=r0 eπ tg_ϕ_

Torpağın həddi yüklənməsini müəyyən etmək üçün aşağıdakı fərziyyələr qəbul edilmişdir:

• təməl hamar olsun, yəni təməl altlığı ilə torpaq arasında sürtünmə nəzərə alınmasın;
• torpağın D1M və E1N səthləri boyunca kəsilmə möhkəmliyi yoxdur, başqa sözlə, nəzərə alınmır;
• temel altındakı torpağın həcm çəkisinin γ=0 olması, yəni plastik tarazlıq zonasında təməl altındakı torpaq çəkisinin təsirinin nəzərə alınmaması.

Prandtl-Caquota formulu belədir:

Torpağın sərhəd daşıma qabiliyyəti belədir

Əgər yerləşdirsək:

bağlı torpağın sərhəd daşıma qabiliyyəti qf = γtm + cm1.

Torpağın daxili sürtünmə bucağının müxtəlif qiymətləri üçün m və m1 qiymətləri cədvəl 1‑də verilmişdir.

Cədvəl 1. Torpağın daxili sürtünmə bucağının müxtəlif qiymətləri üçün m və m__1 əmsallarının qiymətləri

Torpağın icazə verilən yükü qa = pdozv = qf/F təşkil edir, burada F təhlükəsizlik əmsalıdır. Prandtl-Caquot düsturunun tətbiqi üçün F = 4 qəbul edilir, deməli qa = qf/4.

Terzagi düsturu

Terzaqi lent, kvadrat və dairəvi lövhə formalı yüklərin təsiri altında torpağın son daşıma qabiliyyətini hesablamaq üçün yarımtəcrübi düstur vermişdir. O, yer səthindən Df dərinliyində, eni B olan bir fundamenti nəzərdən keçirmişdir (şək. 3), və AB fundament altlığı ilə torpaq arasında torpağın yan sıxışdırılmasına qarşı çıxan sürtünmənin mövcud olduğunu qəbul etmişdir, həmçinin AB və BC sürüşmə səthlərinin yüklənmiş səthlə daxili sürtünmə bucağı əmələ gətirdiyini qəbul etmişdir.

Şək. 3. Terzagiyə görə torpağın həddi daşıma qabiliyyəti

Bunun nəticəsində, ABC torpaq pazında, AB bünövrəsi ilə AC və BC sürüşmə səthləri arasında qalan torpaq elastik tarazlıq vəziyyətində qalır və bünövrənin bir hissəsi kimi davranır. ABC prizması o vaxta qədər sıxışdırıla bilməz ki, onun AC və BC tərəflərindəki təzyiqlər yan prizmlərin passiv torpaq təzyiqinə bərabər olmasın; bu isə o deməkdir ki, tarazlığın sərhəd vəziyyəti aşılarkən nəticə torpaq təzyiqi q sürüşmə səthinə normal istiqamətə nisbətən ϕ bucağı altında, yəni şaquli istiqamətdə təsir edir (şək. 3). Yükün təsiri altında paz şaquli aşağı hərəkət etdiyinə görə, torpaqda tarazlıq problemi passiv torpaq təzyiqinin müəyyən edilməsinə gətirib çıxarır. Lakin bu metod üzrə torpağın daşıma qabiliyyətinin dəqiq hesablanması mürəkkəb olduğundan, Terzaqi sadələşdirilmiş həll vermişdir. Terzaqinin torpağın sərhəd daşıma qabiliyyətini _q_f hesablamaq üçün düsturu belədir

1. Zolaq formalı bünövrə dabanı üçün

qf = cNc + γ1 DfNq + 0,5 γ2 BNγ  

burada c torpağın koheziyasıdır

γ1 təməlin altı səviyyəsindən yuxarı torpağın həcm çəkisi

Df fundamentasiya dərinliyi yer səthindən təməl altına qədər

γ2 bünövrə altındakı torpağın həcm çəkisi

B bünövrə dabanının eni.

Nc, Nq, Nγ torpağın daxili sürtünmə bucağından asılı olan daşıma qabiliyyəti amilləridir. Bu amilin qiymətləri aşağıdakı ifadələrlə verilir:

Nq təməl dərinliyinə qədər yan torpaq qatının çəkisi nəticəsində yaranan amildir: Nq = tg2 (45° + ϕ/2) eπ tg_ϕ_

Nc koheziya nəticəsində yaranan əmsaldır: Nc = (Nq – 1) ctg_ϕ_

Nγ təməl altındakı, yəni altlıq AB eninin altındakı torpaq pazının öz çəkisi nəticəsində yaranan əmsaldır. Bu əmsalın təxmini qiyməti üçün Brinch Hansen belə tövsiyə edir: Nγ ≈ 1,8 (Nq – 1) tg_ϕ_

Şək. 4. Bünövrəyə şaquli mərkəzi yük təsiri zamanı torpağın qəbul etdiyi gərginliklərin paylanması

Torpağın həcm çəkiləri arasındakı fərq az olduğuna görə çox vaxt γ1= γ2= γ qəbul edilir. Yuxarıdakı tənliyə görə torpağın daşıma qabiliyyəti (şək. 4) aşağıdakılardan asılıdır: əsas torpağın koheziyası c, bünövrənin yanındakı torpaq yüklənməsi _γ1 D_F, B enli aktiv sürüşmə prizmasının torpağın öz çəkisi.

Lakin koheziya c və dərinlik Df təsiri nəticəsində torpağın qəbul etdiyi gərginliklərin paylanması bütün en üzrə bərabər, yəni düzbucaqlı olduğu halda, B eninin təsiri nəticəsində torpağın qəbul etdiyi gərginliklərin paylanması üçbucaq şəklindədir, yəni ən böyük gərginliklər təməlin mərkəzində qəbul olunur və kənarlara doğru azalaraq sıfıra bərabər olur.

Şək. 5. Terzaqi üzrə torpağın daxili sürtünmə bucağından asılı daşıma qabiliyyəti əmsalı diaqramı

0-dən 40°-yə qədər bucağın müxtəlif qiymətləri üçün Terzagi daşıma qabiliyyəti əmsallarının diaqramlarını hazırlamışdır (şək. 5). Lakin daşıma qabiliyyəti əmsalları Nc, Nq və Nγ (şəkil 5-dəki tam xətlər) yalnız sıx və möhkəm torpaq halında qəbul edilə bilər. Əgər torpaq boş və ya daha çox sıxılabiləndirsə, onda daşıma qabiliyyəti əmsalları N’c, N’q və N’γ (şək. 5-dəki kəsik xətlər) qəbul edilməlidir ki, bunlar sürtünmə müqavimətinin 2/3 qiymətlərini verir. Bundan əlavə, bu halda laboratoriya yolu ilə alınmış koheziyanın c 2/3 qiymətləri götürülməlidir; beləliklə, bu halda qf = 2/3 cN’c + γ1 DfN’q + 0,5 γ2 BN’γ olur.

2. Düzbucaqlı formalı təməl altlığı üçün

qf = 2/3 (1+0,3 B/L) cN’c + γ1 DfN’q + 0,5 γ2 BN’γ  burada L bünövrə altlığının uzunluğudur

3. Kvadrat formalı torpaq dayağı üçün

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

4. Dairəvi formada əsas təməl altlığı üçün

qf = 2/3 1,3 cN’c + γ1 DfN’q + 0,6 γ2 rN’γ  burada r təməl altlığının radiusudur.

Torpağın icazə verilən yüklənməsini hesablamaq üçün təhlükəsizlik əmsalı F qəbul edilir: qa = qf/F. Təhlükəsizlik əmsalının qiyməti torpaq və yük şəraitinə görə 2 ilə 3 arasında dəyişir.

Riyazi düsturların tətbiqi

Torpağın icazə verilən yüklənməsinin müəyyən edilməsi üçün riyazi düsturların tətbiqi üçün torpağın geomekanik xarakteristikalarını, yəni bünövrə səviyyəsində koheziya və daxili sürtünməni, həmçinin bünövrə altı və üstündəki torpağın həcm çəkisini bilmək lazımdır. Əgər bünövrə torpağı yeraltı su səviyyəsindən aşağıda yerləşirsə, torpağın həcm çəkisinin müəyyən edilməsində qaldırıcı qüvvə də nəzərə alınmalıdır.

Daha böyük torpaq yüklərində və iri obyektlərdə, riyazi formullar əsasında əldə edilən icazə verilən torpaq yüklənməsi dəyəri tam istifadə olunduqda, torpağın daşıma qabiliyyətinin hesablanması oturma hesabı ilə müşayiət olunmalıdır. Hesablanmış torpaq daşıma qabiliyyəti yalnız oturma hesabı ilə həmin obyekt növü üçün icazə verilən oturmadan daha az oturma alındıqda qəbul edilir. Əgər hesablamada icazə veriləndən böyük oturma alınarsa, hesablama formulları ilə əldə edilən icazə verilən torpaq yüklənməsi dəyəri qəbul edilmir, əksinə, həmin konstruksiya üçün icazə verilən oturma hədləri daxilində daha az oturma almaq üçün fundamentasiya üsulu dəyişdirilməlidir.

Şək. 6. Bünövrənin effektiv dərinliyi D__f

Torpağın son daşıma qabiliyyətini müəyyən etmək üçün riyazi düsturlarda bünövrənin gövdəsinin sürtünməsi nəzərə alınmamışdır; halbuki bünövrə yan tərəflərdə torpağa möhkəm toxunduqda bu da yüklənməyə qarşı müqavimət kimi iştirak edir. Gövdə sürtünmə müqavimətini nəzərə almağa ehtiyac yoxdur, çünki həqiqi gövdə sürtünməsi yalnız torpağa vurulan svaylarda mövcuddur, təməl ayaqlarında isə, ayaqlar əvvəlcədən qazılmış quyularda hazırlandığı üçün, gövdə sürtünməsi cüzidir.

Təməlin formasını nəzərə almayan riyazi düsturların tətbiqi ən yaxın nəticələri zolaq şəklində olan təməllər üçün verir, yəni təməl uzunluğu enindən iki dəfədən çox olduqda. Təcrübələrlə müəyyən edilmişdir ki, kvadrat və ya dairə formalı təməl ayaqları üçün qırılma riyazi düsturlarla hesablanandan 10-30% daha böyük kritik yüklənmədə baş verir. Üçbucaq formalı ayaqlar zolaq formalı təməldən daha az daşıma qabiliyyəti verir, ən az daşıma qabiliyyətini isə, doldurulmamış olduqda, halqa formalı ayaqlar verir.

Bünövrələmə dərinliyi Df bünövrə əsasının altındakı torpaq səthindən bünövrə altına qədər olan effektiv bünövrələmə dərinliyi kimi hesablanır (Şək. 6). Yeraltı sahələrin altındakı bünövrələrdə effektiv bünövrələmə dərinliyi Df həm bünövrələmə dərinliyindən, həm də yer səthindən aşağı yerləşməsindən fərqlənir. Belə hallarda torpağın həddi və icazə verilən yükünü hesablamaq üçün həmişə Df qəbul edilməlidir, çünki bünövrə əsasının üstündə bünövrə yükü P təsiri altında torpağın yan tərəfə sıxışdırılmasına müqavimət göstərməyən hava vardır.