Nell'ingegneria di fondazione è un requisito comune per calcolare la capacità portante del terreno per supportare i carichi applicati a terra. La capacità portante del suolo è la sua capacità di resistere al fallimento del taglio e al regolamento eccessivo sotto pressioni del cuscinetto dalle basi.

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

Il fallimento della capacità portante può svilupparsi in tre modi diversi a seconda delle condizioni del suolo e della geometria di fondazione. Le modalità di fallimento sono:

• punzonatura cesoia (si verifica per terreni sciolti o morbidi)
• Insufficienza di taglio locale (si verifica per i terreni che sono medio -densi o fermi)
• Insufficienza generale di taglio (si verifica per i terreni densi o duri)

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. Altre indagini hanno suggerito che le basi con una profondità di 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. Nei casi in cui ci sono inclinazioni di carico o inclinazioni nella base della struttura, Potrebbe essere più adatto a utilizzare un metodo in grado di spiegare le riduzioni dovute a questi effetti.

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

L'analisi degli elementi finiti può anche essere uno strumento appropriato per stimare la capacità portante del suolo, tuttavia la costruzione di tale modello spesso richiede molti parametri aggiuntivi come il modulo del suolo e il rapporto di Poisson e richiede molto tempo per analizzare rispetto ai metodi analitici.

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.

Esistono molti metodi di calcolo diversi disponibili per il calcolo della capacità portante di un terreno. L'uso dei primi principi è troppo conservativo rispetto ai risultati osservati e quindi diversi modelli empirici sono stati creati nel corso degli anni in base ai test. Di seguito è fornita una descrizione di alcuni dei metodi più comuni:

1. Metodo Terzaghi

Il metodo di Terzaghi è un approccio classico ampiamente usato che stima la capacità portante del suolo basata su formule empiriche considerando il tipo di terreno, larghezza, e profondità della fondazione.

2. Metodo Meyerhof

Il metodo di Meyerhof estende l'approccio di Terzaghi incorporando la forma, profondità, e fattori di inclinazione del carico, Offrendo un calcolo più raffinato della capacità di cuscinetto del suolo.

3. Metodo Hansen

Il metodo di Hansen perfeziona ulteriormente il calcolo della capacità del cuscine, rendendolo adatto a condizioni complesse del suolo.

4. Metodo vescico

Il metodo di Vesic è molto simile all'ex metodo Hansen con lievi cambiamenti che riflettono la compressibilità del suolo e gli effetti della scala.

5. Metodo Eurocode

Il metodo presentato nell'allegato D dell'Eurocode è anche incluso come approccio alternativo alla capacità portante. Questo metodo è una leggera variazione dei metodi Hansen e Vesic.

Tutti i metodi sono stime della capacità del cuscinetto del suolo e nessun metodo è necessariamente "Di più" corretto degli altri. Ogni utente può selezionare il metodo preferito in base al giudizio ingegneristico considerando che alcuni metodi potrebbero essere più adatti alle condizioni specifiche del progetto. Per aiutare nella decisione, Il calcolatore della capacità del cuscinetto Skyciv può eseguire un'analisi di sensibilità correlata a una variabile specifica come la profondità, Parametri di resistenza alla larghezza o del suolo.

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, Possiamo cercare un tavolo per ottenere i fattori di capacità del cuscinetto di Terzaghi per un angolo di attrito interno di 30 gradi. Da questa, otteniamo quel 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

Possiamo eseguire questo calcolo molto più velocemente con il calcolatore della capacità del cuscinetto Skyciv poiché non dovremo cercare valori dalle tabelle o combinare noi stessi i valori. 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.

Raddoppiare una larghezza di piede può raddoppiare la capacità del cuscinetto, ma allo stesso tempo significa anche che qualsiasi carico di punto viene distribuito su un'area più grande, diminuendo così la pressione del cuscinetto esercitata dalla struttura. Così aumentando una larghezza di basi di un fattore di 2 può comportare un vantaggio di utilizzo 4x.

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)
• Impostazione di basi più in basso nel terreno (Il peso del terreno adiacente aiuta a resistere al fallimento dei cuscinetti)
• Livellamento del terreno se irregolare (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).

I calcoli per la capacità dei cuscinetti del design dipendono dallo standard utilizzato.

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, Se i fattori di riduzione del materiale sono 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

Possiamo quindi cercare i fattori di capacità del cuscinetto di Terzaghi per un angolo di attrito interno di 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

Se invece non avessimo fattori di riduzione del materiale, ma piuttosto un singolo fattore per ridurre la nostra capacità di cuscine 86 KPA prima come abbiamo fatto in precedenza.

Per l'AS 5100.3 calcolo, Potremmo quindi moltiplicare per il nostro fattore di riduzione geotecnico φg . Per esempio, Se avessimo un fattore di riduzione geotecnico di 0.5 avremmo una capacità di cuscinetto del design come:

• q_d = f_g * q_u = 0.5 * 86 = 43 kPa

Per il calcolo EC7 DA2, Prenderemmo la nostra massima capacità portante e la dividiamo per il nostro parziale fattore di riduzione γRV. Se prendiamo il fattore parziale R2 di 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. Non possiamo capire quale di questi metodi di progetta.

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.

La capacità di cuscinetto consentita è specificata sulla manutenzione o sui carichi di lavoro anziché su carichi. Dal momento che rappresenta sia la variabilità del carico sia per la variabilità della resistenza del materiale, in genere sarà inferiore alla capacità del cuscinetto di progettazione prodotta dai metodi di progettazione LRFD.

Per esempio, una base con una pressione funzionante di 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.

Il calcolatore della capacità del cuscinetto Skyciv ha molte caratteristiche e capacità:

• Carichi e momenti laterali: Il calcolatore spiega l'impatto dei carichi e dei momenti laterali, Fornire una valutazione accurata della stabilità della fondazione in tali condizioni.
• Effetti dell'inclinazione e delle pendenze: Considera l'inclinazione dei carichi e la pendenza della superficie del terreno, Offrire una valutazione realistica della capacità portante in terreni inclinati.
• Unità metriche e imperiali: Gli utenti possono inserire e ottenere risultati in unità metriche o imperiali, consentendo flessibilità e comodità in diverse regioni.
• Analisi di sensibilità: Gli utenti possono verificare la variazione di determinati parametri come profondità della fondazione, larghezza, Parametri di forza di lunghezza e del suolo in relazione ai diversi metodi che possono aiutare a comprendere il comportamento delle basi relative alle caratteristiche specifiche del progetto.
• Moduli: Il calcolatore è diviso in tre moduli principali:
  • Modulo Eurocode: Dedicato ai calcoli basati sugli standard Eurocods. Include vari fattori di sicurezza e calcoli dettagliati per entrambi superficiali
  • Modulo generale: Adatto a qualsiasi standard e basato sul concetto di capacità del cuscinetto ammissibile con l'applicazione di un fattore di sicurezza generale.
  • Versione australiana: Considerando l'AS4678:2002 e l'AS5100:2017 Standard.

• ACI Strip Pubing Design
• ACI Displod Pubing Design

• Software di progettazione della Fondazione SkyCiv
• INTRODUZIONE SKYCIV Isolati Introduzione

SkyCiv offre un'ampia gamma di software di analisi strutturale e progettazione cloud per ingegneri. Come azienda tecnologica in continua evoluzione, ci impegniamo a innovare e a sfidare i flussi di lavoro esistenti per risparmiare tempo agli ingegneri nei loro processi di lavoro e nei loro progetti.