The bearing capacity of soil is its ability to resist shear failure and excessive settlement under bearing pressures from foundations.

La capacità portante delle basi poco profonde dal suolo dipende principalmente dai seguenti fattori:

• Larghezza dell'area del cuscinetto (B)
• Durata del cuscinetto (L)
• Coesione del suolo (C')
• Angolo di attrito interno del suolo (Phi)
• Peso unitario del terreno (c)
• Caricare inclinazione o momenti applicati alla struttura
• Inclinazione della base o del terreno
• Presenza della falda freatica

Una fondazione è l'elemento strutturale che trasferisce il carico di un edificio o una struttura a terra, Garantire la stabilità e prevenire l'insediamento eccessivo, inclinazione, o crollare.

Le fondazioni possono essere ampiamente classificate in tipi superficiali e profondi, A seconda della profondità in cui sono posizionati rispetto alla superficie del terreno e al metodo di trasferimento del carico. Puoi leggere diversi tipi di basi In questo post.

La teoria della capacità portante discussa in questa pagina è particolarmente per le basi poco profonde. Secondo Terzaghi, Le basi poco profonde sono quelle in cui la profondità sotto la superficie del suolo del basamento è inferiore o uguale alla sua larghezza. Other investigations have suggested that foundations with a depth of 3 per 4 volte la larghezza della fondazione può anche essere considerata superficiale (IL).

La massima capacità di cuscinetto del suolo è la pressione del cuscinetto che può resistere prima del fallimento senza la considerazione di alcun fattore di sicurezza.

Nel corso degli anni sono stati sviluppati diversi metodi per il calcolo della capacità dei cuscinetti. Questi metodi si basano sui test e man mano che il tempo ha superato, sono stati aggiunti più parametri all'equazione della capacità del cuscinetto generale per tenere conto degli effetti che possono ridurre o aumentare la capacità di cuscinetto di una fondazione.

Poiché questi sono tutti metodi di stima di una capacità di cuscinetto del suolo, nessuno è necessariamente giusto o sbagliato e sono tutti utili da rivedere nei calcoli della capacità portante. In instances where there are load inclinations or inclinations in the base of the structure, it may be more suitable to use a method that can account for reductions due to these effects.

I metodi di capacità dei cuscinetti più comuni che possono essere utilizzati per stimare la capacità del cuscinetto sono:

• presentare il coefficiente di pressione al suolo effettivo raccomandato
• Meyerhoff
• Hansen
• Vescico

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.

Per confrontare i diversi metodi e la loro sensibilità con un determinato parametro possiamo condurre un'analisi di sensibilità. Ad esempio nel grafico sotto la capacità del cuscinetto viene confrontato per diversi valori di attrito in modo da poter vedere quanto sia sensibile ogni metodo al parametro. In base al grafico possiamo quindi scegliere quale valore è più appropriato per la capacità del cuscinetto finale.

La teoria della capacità portante Terzaghi è stata la prima teoria completa per il calcolo della capacità portante delle basi poco profonde ed è ancora ampiamente utilizzata oggi.

La formula di Terzaghi calcola la capacità del cuscinetto finale (Quello) di una fondazione, incorporare parametri di resistenza del suolo come la coesione, unità di peso, e l'angolo di attrito interno. L'equazione generale per un basamento a strisce è:

• q_u= C n_c+Q n_q+0.5 C b n_c

dove:

• C è la coesione del terreno,
• Q è la pressione o il supplemento di sovraccarico a livello di fondazione,
• γ è il peso unitario del terreno,
• B è la larghezza della fondazione,
• N_c, N_q, B = Profondità o diametro della sezione_c sono i fattori di capacità portante che dipendono dall'angolo di attrito del suolo (ϕ).

Usando la teoria di Terzaghi consideriamo i seguenti dettagli sulla fondazione:

• La larghezza della fondazione è 0.5 m
• La base del suolo è sabbia con una coesione di 0 kPa, angolo di attrito di 30 gradi e peso unitario di 18 kN / m3
• La profondità della fondazione è 0 m

Primo, we can look up a table to get Terzaghi’s bearing capacity factors for an internal friction angle of 30 gradi. Da questa, we get that Nc = 37.16, Nq = 22.46 e nγ = 19.13.

Possiamo quindi collegare i nostri valori all'equazione della capacità del cuscinetto

che = 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. Ciò è più vero con gli altri metodi per la capacità del portamento come la capacità del cuscinetto Meyerhof che ha parametri aggiuntivi.

Uno dei modi più semplici per aumentare la capacità di cuscinetto di una base è l'aumento delle dimensioni di base per distribuire meglio il carico.

Doubling a footing width can double the bearing capacity but at the same time also means that any point load is spread over a larger area, diminuendo così la pressione del cuscinetto esercitata dalla struttura. So increasing a footing width by a factor of 2 can result in a 4x utilization benefit.

Altri metodi comuni per aumentare la capacità del cuscinetto possono comportare:

• Rimozione del materiale inadatto dalla fondazione e di riempimento ingegnerizzato (può aumentare le proprietà del materiale e ridurre l'incertezza nei parametri del materiale)
• Setting footing lower into the ground (weight of adjacent soil helps resist bearing failure)
• Leveling ground if uneven (può rimuovere i fattori di riduzione richiesti per un terreno irregolare)
• Utilizzando un rullo per compatto materiale sotto una fondazione (può aumentare le proprietà del materiale)

Un'altra soluzione appropriata potrebbe essere quella di utilizzare il calcolatore della capacità del cuscinetto Skyciv che non adotta un approccio conservativo nei calcoli ma piuttosto calcola la capacità del portamento con un'alta precisione. Consentendo agli utenti di valutare diversi metodi di capacità dei cuscinetti e metodi di progettazione, il progettista può scegliere il metodo appropriato meno conservativo.

La capacità del cuscinetto finale dovrebbe essere ridotta per tenere conto della variabilità della resistenza del suolo. A seconda dello standard, questa riduzione può essere applicata utilizzando un singolo fattore di riduzione geotecnica (AS 5100, Eurocodice 7 Da2) o riducendo diversi fattori del suolo separatamente e usando questi per calcolare la capacità del cuscinetto (AS 4678, Eurocodice 7 DA1-2, Da3). Questa è la capacità del cuscinetto del design.

I carichi vengono quindi presi in considerazione secondo gli standard di progettazione da confrontare con la capacità di cuscinetto di progettazione.

La capacità del cuscinetto di progettazione viene utilizzata nella progettazione dello stato limite (il software di progettazione applica un approccio basato sui fattori di quasi sicurezza per valutare la forza ammissibile) o design del fattore di carico e resistenza (LRFD).

The calculations for the design bearing capacity are dependent on the standard being used.

Dove vengono utilizzati i fattori di riduzione del materiale (AS 4678, Eurocodice 7 DA1-2, Da3) Questi vengono applicati ai parametri del suolo prima di avere luogo altri calcoli. La capacità dei cuscinetti del design può quindi essere calcolata con metodi come i calcoli della capacità dei cuscinetti di Terzaghi.

In alternativa, if material reduction factors are 1 e abbiamo un singolo fattore per ridurre la nostra capacità di cuscine (AS 5100) o dividilo per il nostro parziale fattore di sicurezza (EC7 DA2).

Prendiamo le proprietà non figurate dal nostro esempio precedente con un c '= 0 kPa, Φ '= 30 gradi e γ = 18 KN/M3 e calcola la capacità del cuscinetto di progettazione in base ai seguenti fattori di sicurezza parziali definiti da M2 di EC7:

• c_Φ = 1.25
• c_C' = 1.40
• c_c = 1.00

Possiamo calcolare le nostre proprietà del suolo di progettazione come c '= 0 kPa, Φ '= 30 gradi e γ = 18 kN / m3

• φ '= tan-1( abbronzatura(30) / 1.25) = 24.8 gradi
• c '= 0 * 1.40 = 0 kPa
• γ = 1.00 * 18 = 18 kN / m3

We can then look up Terzaghi’s bearing capacity factors for an internal friction angle of 24.8 gradi. Da questo otteniamo quel nc = 24.75, Nq = 12.43 e nγ = 9.46.

Possiamo quindi collegare i nostri valori all'equazione della capacità del cuscinetto

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

If we instead had no material reduction factors but rather a single factor to reduce our bearing capacity we would calculate the ultimate bearing capacity of 86 KPA prima come abbiamo fatto in precedenza.

Per l'AS 5100.3 calcolo, we could then multiply by our geotechnical reduction factor φg . Per esempio, if we had a geotechnical reduction factor of 0.5 avremmo una capacità di cuscinetto del design come:

• q_d = f_g * q_u = 0.5 * 86 = 43 kPa

For the EC7 DA2 calculation, we would take our ultimate bearing capacity and divide it by our partial reduction factor γRv. If we take the R2 partial factor of 1.4 Il nostro calcolo sarebbe diventato:

• q_d = Q._u / c_Rv = 86 / 1.4 = 61.4 kPa

Le capacità dei cuscinetti del design dovrebbero essere tutte paragonate alla pressione del cuscinetto della combinazione di carico di progettazione per le rispettive combinazioni di carico richieste dallo standard. We can not tell which of these design methods is more critical purely based on the design bearing capacity since we have not yet considered our load factors.

La capacità del cuscinetto ammissibile si riferisce alla massima capacità di cuscinetto ridotta da alcuni fattori di sicurezza quando si utilizza un ASD (Progettazione di stress ammissibile) approccio piuttosto che un approccio LRFD.

The allowable bearing capacity is specified about serviceability or working loads rather than factored loads. Since it is accounting for both the variability of loading as well as the variability of material strength it will typically be lower than the design bearing capacity produced by LRFD design methods.

Per esempio, a footing with a working pressure of 100 KPA avrà una capacità di cuscinetto sufficiente se il terreno ha una capacità di cuscinetto consentita non inferiore a 100 kPa.

Per calcolare la capacità del cuscinetto ammissibile riduciamo semplicemente la capacità del cuscinetto finale dal nostro fattore di sicurezza. Questo fattore di sicurezza è variabile in diversi standard e linee guida, ma generalmente varia da un valore di 2 per 3.

Se prendiamo la precedente capacità di cuscinetto precedente di 86 KPA che abbiamo calcolato e consideriamo anche un fattore di sicurezza di 2 quindi la nostra capacità di cuscinetto consentita sarebbe 86 / 2 = 43 kPa. Questo presuppone che non abbiamo bisogno di tener conto delle nostre proprietà materiali. Nell'Eurocodice 7 per approccio al design 2 Ad esempio, non avremmo bisogno di considerare i punti di forza del materiale e ridurremmo la massima capacità di cuscinetto di un fattore di 1.4.

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