Calculateur de capacité de roulement

La défaillance de la capacité de roulement peut se développer de trois manières différentes en fonction des conditions du sol et de la géométrie de la fondation. Les modes de défaillance sont:

• poinçonnage (se produit pour les sols lâches ou doux)
• Échec du cisaillement local (se produit pour les sols moyens denses ou fermes)
• Échec du cisaillement général (se produit pour des sols denses ou durs)

Une fondation est l'élément structurel qui transfère la charge d'un bâtiment ou d'une structure au sol, Assurer la stabilité et prévenir une colonie excessive, inclinable, ou s'effondrer.

Les fondations peuvent être largement classées en types peu profonds et profonds, en fonction de la profondeur à laquelle ils sont placés par rapport à la surface du sol et à la méthode de transfert de charge. You can read about different types of foundations in this post.

La théorie de la capacité de roulement discutée sur cette page est particulièrement pour les fondations peu profondes. Selon Terzaghi, Les fondations peu profondes sont celles où la profondeur sous la surface du sol de la semelle est inférieure ou égale à sa largeur. D'autres enquêtes ont suggéré que les fondations avec une profondeur de 3 à 4 fois que la largeur de la fondation peut également être considérée comme peu profonde (LE).

La capacité de roulement ultime du sol est la pression de roulement qu'il peut résister avant la défaillance sans la prise en compte de tout facteur de sécurité.

Au fil des ans, plusieurs méthodes différentes ont été développées pour calculer la capacité de roulement. Ces méthodes sont basées sur les tests et, selon le temps, plus de paramètres ont été ajoutés à l'équation générale de la capacité de roulement pour tenir compte des effets qui peuvent réduire ou augmenter la capacité d'appui d'une fondation.

Étant donné que ce sont toutes les méthodes d'estimation d'une capacité de portage du sol, aucune n'est nécessairement bonne ou erronée et elles sont toutes utiles à examiner dans les calculs de la capacité de roulement. Dans les cas où il y a des inclinations ou des inclinations à la base de la structure, Il peut être plus approprié d'utiliser une méthode qui peut tenir compte des réductions en raison de ces effets.

Les méthodes de capacité d'apparition les plus courantes qui peuvent être utilisées pour estimer la capacité de roulement sont:

• Terzaghi
• Meyerhoff
• Hansen
• Vésic

Finite element analysis can also be an appropriate tool to estimate the bearing capacity of soil however constructing such a model often requires a lot of additional parameters such as the soil Young’s Modulus and Poisson’s Ratio and requires a lot of time to analyze compared to analytical methods.

Pour comparer les différentes méthodes et leur sensibilité à un certain paramètre, nous pouvons effectuer une analyse de sensibilité. Par exemple, dans le graphique en dessous, la capacité de roulement est comparée pour différentes valeurs de frottement afin que nous puissions voir à quel point chaque méthode est sensible au paramètre. En fonction du graphique, nous pouvons ensuite choisir la valeur la plus appropriée pour la capacité de roulement ultime.

Il existe de nombreuses méthodes de calcul différentes disponibles pour calculer la capacité de roulement d'un sol. L'utilisation des premiers principes est trop conservatrice par rapport aux résultats observés et donc plusieurs modèles empiriques ont été créés au fil des ans en fonction des tests. Une description de certaines des méthodes les plus courantes est fournie ci-dessous:

1. Méthode Terzaghi

Terzaghi’s method is a widely used classical approach that estimates soil bearing capacity based on empirical formulas considering soil type, largeur, et profondeur de la fondation.

2. Méthode Meyerhof

Meyerhof’s method extends Terzaghi’s approach by incorporating shape, profondeur, et facteurs d'inclinaison de charge, offrant un calcul plus raffiné de la capacité de roulement du sol.

3. Méthode Hansen

Hansen’s method further refines the bearing capacity calculation by accounting for additional factors such as slope and eccentricity of loading, Le rendre adapté aux conditions du sol complexes.

4. Méthode vésicale

Vesic’s method is very similar to the former Hansen method with slight changes that reflect soil compressibility and scale effects.

5. Méthode Eurocode

La méthode présentée à l'annexe D de l'Eurocode est également incluse comme une approche alternative à la capacité de roulement. Cette méthode est une légère variation des méthodes Hansen et Vesic.

Toutes les méthodes sont des estimations de la capacité de portage du sol et aucune méthode n'est nécessairement “Suite” Correct que les autres. Chaque utilisateur peut sélectionner la méthode préférée en fonction du jugement d'ingénierie étant donné que certaines méthodes peuvent être les mieux adaptées aux conditions spécifiques du projet. Pour aider dans la décision, La calculatrice de la capacité de roulement SkyCiv peut effectuer une analyse de sensibilité liée à une variable spécifique telle que la profondeur, paramètres de largeur ou de résistance du sol.

La théorie de la capacité de soulèvement de Terzaghi a été la première théorie complète pour calculer la capacité d'appui des fondations peu profondes et est toujours largement utilisée aujourd'hui.

La formule de Terzaghi calcule la capacité de roulement ultime (qu) d'une fondation, Incorporer les paramètres de résistance du sol tels que la cohésion, unité de poids, et l'angle de frottement interne. L'équation générale pour une semelle de bande est:

• qu=c Nc+q Nq+0.5 γ B Nγ

où:

• C est la cohésion du sol,
• Q est la pression ou la surtaxe des morts-terrains au niveau de la fondation,
• γ est le poids unitaire du sol,
• B est la largeur de la fondation,
• NC, Nq, and Nγ are the bearing capacity factors that depend on the soil’s friction angle (ϕ).

En utilisant la théorie de Terzaghi, considérons les détails de la fondation suivants:

• La largeur de la fondation est 0.5 m
• La base du sol est du sable avec une cohésion de 0 kPa, angle de frottement de 30 degrés et poids unitaire de 18 kN / m3
• La profondeur de la fondation est 0 m

Première, Nous pouvons rechercher une table pour obtenir des facteurs de capacité d'appui de Terzaghi pour un angle de frottement interne de 30 degrés. Ainsi, Nous obtenons que NC = 37.16, Nq = 22.46 et nγ = 19.13.

Nous pouvons ensuite brancher nos valeurs sur l'équation de capacité de roulement

qu=0 * 37.16 + 0 * 22.46 +0.5 * 18 * 0.5 * 19.13 = 86 kPa

We can perform this calculation a lot faster with the SkyCiv Bearing Capacity Calculator since we won’t have to look up any values from tables or combine the values ourselves. Ceci est plus vrai avec les autres méthodes de capacité de roulement telles que la capacité de roulement de Meyerhof qui a des paramètres supplémentaires.

L'une des façons les plus simples d'augmenter la capacité de roulement d'une semelle est l'augmentation des dimensions de base pour mieux distribuer le chargement.

Doubler une largeur de semelle peut doubler la capacité de roulement mais en même temps signifie également que toute charge ponctuelle est répartie sur une surface plus grande, diminuant ainsi la pression de roulement exercée par la structure. Ainsi augmenter une largeur de pied d'un facteur 2 peut entraîner un avantage d'utilisation 4X.

D'autres méthodes courantes pour augmenter la capacité de roulement peuvent impliquer:

• Retirer les matériaux inadaptés de la fondation et placer le remplissage d'ingénierie (peut augmenter les propriétés des matériaux et réduire l'incertitude des paramètres des matériaux)
• En plaçant des pieds plus bas dans le sol (Le poids du sol adjacent aide à résister à la panne de roulement)
• Sol de mise à niveau s'il est inégal (peut éliminer les facteurs de réduction requis pour un sol inégal)
• Utilisation d'un rouleau pour compacter des matériaux sous une fondation (peut augmenter les propriétés des matériaux)

Une autre solution appropriée pourrait être d'utiliser le calculatrice de la capacité de roulement de SkyCiv qui ne adopte pas une approche conservatrice dans les calculs mais calcule plutôt la capacité d'appui avec une précision élevée. En permettant aux utilisateurs d'évaluer différentes méthodes de capacité de roulement et méthodes de conception, le concepteur peut choisir la méthode appropriée la moins conservatrice.

La capacité de roulement ultime doit être réduite pour tenir compte de la variabilité de la force du sol. Selon la norme, cette réduction peut être appliquée en utilisant un seul facteur de réduction géotechnique (AS 5100, Eurocode 7 Da2) ou en réduisant différents facteurs de sol séparément et en les utilisant pour calculer la capacité de roulement (AS 4678, Eurocode 7 Da1-2, Da3). Ceci est la capacité de portage de conception.

Les charges sont ensuite prises en compte conformément aux normes de conception à comparer avec la capacité de roulement de conception.

La capacité de roulement de conception est utilisée dans la conception de l'état limite ( ÉLU) ou conception de facteur de charge et de résistance (LRFD).

Les calculs de la capacité de roulement de conception dépendent de la norme utilisée.

Où des facteurs de réduction des matériaux sont utilisés (AS 4678, Eurocode 7 Da1-2, Da3) Ceux-ci sont appliqués aux paramètres du sol avant que tout autre calcul n'ait eu lieu. The design bearing capacity can then be calculated with methods such as Terzaghi’s bearing capacity calculations.

Aussi, Si les facteurs de réduction des matériaux sont 1 Et nous avons un seul facteur pour réduire notre capacité de roulement par nous pouvons simplement calculer la capacité de roulement ultime et la multiplier par notre facteur de réduction géotechnique (AS 5100) ou le diviser par notre facteur partiel de sécurité (EC7 DA2).

Let us take the unfactored properties from our previous example with a c’ = 0 kPa, la spécification fournit un traitement intégré de la conception de la résistance admissible’ = 30 degrés et γ = 18 KN / M3 et calculez la capacité de roulement de conception en fonction des facteurs de sécurité partiels suivants tels que définis par M2 d'EC7:

• c_{la spécification fournit un traitement intégré de la conception de la résistance admissible’} = 1.25
• c_c’ = 1.40
• c_c = 1.00

We can calculate our design soil properties as c’ = 0 kPa, la spécification fournit un traitement intégré de la conception de la résistance admissible’ = 30 degrés et γ = 18 kN / m3

• la spécification fournit un traitement intégré de la conception de la résistance admissible’ = tan-1( bronzer(30) / 1.25) = 24.8 degrés
• c’ = 0 * 1.40 = 0 kPa
• γ = 1.00 * 18 = 18 kN / m3

Nous pouvons ensuite rechercher les facteurs de capacité d'appui de Terzaghi pour un angle de frottement interne de 24.8 degrés. De cela, nous obtenons ce nc = 24.75, Nq = 12.43 et nγ = 9.46.

Nous pouvons ensuite brancher nos valeurs sur l'équation de capacité de roulement

• q_d = 0 * 24.75 + 0 * 12.43 +0.5 * 18 * 0.5 * 9.46 = 42.6 kPa

Si nous n'avions plutôt aucun facteur de réduction des matériaux mais plutôt un seul facteur pour réduire notre capacité d'appui 86 KPA d'abord comme nous l'avons fait précédemment.

Pour As 5100.3 calcul, Nous pourrions alors multiplier par notre facteur de réduction géotechnique φg . Par exemple, Si nous avions un facteur de réduction géotechnique de 0.5 Nous obtiendrions une capacité de conception de conception comme:

• q_d = f_g * q_u = 0.5 * 86 = 43 kPa

Pour le calcul EC7 DA2, Nous prenons notre capacité de roulement ultime et la diviserions par notre facteur de réduction partiel γRV. Si nous prenons le facteur partiel R2 de 1.4 Notre calcul deviendrait:

• q_d = q_u / c_RV = 86 / 1.4 = 61.4 kPa

Les capacités de roulement de conception devraient toutes être comparées à la pression de roulement de combinaison de charge de conception pour les combinaisons de charge respectives requises par la norme. Nous ne pouvons pas dire laquelle de ces méthodes de conception est la plus critique purement basée sur la capacité de portage de conception, car nous n'avons pas encore considéré nos facteurs de charge.

La capacité de roulement admissible se réfère à la capacité de roulement ultime réduite d'un facteur de sécurité lors de l'utilisation d'un TSA (conception de stress admissible) approche plutôt qu'une approche LRFD.

La capacité de roulement admissible est spécifiée sur la facilité de service ou les charges de travail plutôt que les charges factorisées. Puisqu'il représente à la fois la variabilité du chargement ainsi que la variabilité de la résistance du matériau, elle sera généralement inférieure à la capacité de portage de conception produite par les méthodes de conception LRFD.

Par exemple, une pied avec une pression de travail de 100 KPA aura une capacité de portage suffisante si le sol a une capacité de roulement autorisée pas moins que 100 kPa.

Pour calculer la capacité de roulement admissible, nous réduisons simplement la capacité de roulement ultime par notre facteur de sécurité. Ce facteur de sécurité est variable dans différentes normes et directives, mais va généralement d'une valeur de 2 à 3.

Si nous prenons la capacité de roulement ultime précédente de 86 kpa que nous avons calculé et considérer également comme un facteur de sécurité 2 Ensuite, notre capacité de roulement autorisée serait 86 / 2 = 43 kPa. Cela suppose que nous n'avons pas besoin de prendre en compte nos propriétés de matériaux. En Eurocode 7 pour une approche de conception 2 Par exemple, nous n'aurions pas besoin de prendre en compte 1.4.

Le calculateur de capacité de roulement SkyCiv a de nombreuses fonctionnalités et capacités:

• Charges latérales et moments: La calculatrice explique l'impact des charges et moments latéraux, fournir une évaluation précise de la stabilité de la fondation dans de telles conditions.
• Effets de l'inclinaison et des pentes: Il considère l'inclinaison des charges et la pente de la surface du sol, Offrir une évaluation réaliste de la capacité de roulement dans les terrains en pente.
• Unités métriques et impériales: Les utilisateurs peuvent saisir et obtenir des résultats dans des unités métriques ou impériales, Permettre la flexibilité et la commodité dans différentes régions.
• Analyse de sensibilité: Les utilisateurs peuvent vérifier la variation de certains paramètres en profondeur de fondation, largeur, Paramètres de longueur et de résistance du sol par rapport aux différentes méthodes qui peuvent aider à comprendre le comportement de la semelle liée aux caractéristiques spécifiques du projet.
• Modules: La calculatrice est divisée en trois modules principaux:
  • Module eurocode: Dédié aux calculs basés sur les normes Eurocode. Il comprend divers facteurs de sécurité et des calculs détaillés pour les deux
  • Module général: Convient à toute norme et basé sur le concept de capacité de soulèvement admissible avec l'application d'un facteur de sécurité général.
  • Version australienne: Considérant l'AS4678:2002 et l'AS5100:2017 Normes.

• Conception de semelles ACI
• Conception de semelles ACI
• Calculatrice de stabilité de la pile latérale

SkyCiv propose une large gamme de logiciels de conception et d'analyse structurelle en cloud pour les ingénieurs. En tant qu'entreprise technologique en constante évolution, nous nous engageons à innover et à remettre en question les flux de travail existants pour faire gagner du temps aux ingénieurs dans leurs processus de travail et leurs conceptions.