Contenu
- Formule de capacité portante du sol
- Méthodes de détermination de la capacité portante du sol
- Quel est le facteur de sécurité?
- Calculs pratiques de la capacité portante
- Quelles sont les causes du stress des sols?
- Classification des sols par composition
- Tableau de capacité portante du sol
le capacité portante du sol est donné par l'équation Qune = Qvous/ FS dans lequel Qune est la portance admissible (en kN / m2 ou lb / ft2), Qvous est la capacité portante ultime (en kN / m2 ou lb / ft2) et FS est le facteur de sécurité. La capacité de charge ultime Qvous est la limite théorique de la capacité portante.
Un peu comme la tour penchée de Pise se penche en raison de la déformation du sol, les ingénieurs utilisent ces calculs pour déterminer le poids des bâtiments et des maisons. Au moment où les ingénieurs et les chercheurs jettent les bases, ils doivent s’assurer que leurs projets sont parfaitement adaptés au terrain qui les soutient. La capacité portante est une méthode de mesure de cette force. Les chercheurs peuvent calculer la capacité portante du sol en déterminant la limite de pression de contact entre le sol et le matériau qui y est placé.
Ces calculs et mesures sont effectués sur des projets impliquant des fondations de ponts, des murs de soutènement, des barrages et des conduites souterraines. Ils s’appuient sur la physique du sol pour étudier la nature des différences causées par la pression de l’eau interstitielle du matériau sous-jacent à la fondation et la contrainte effective intergranulaire entre les particules du sol elles-mêmes. Ils dépendent également de la mécanique des fluides des espaces entre les particules de sol. Cela explique la fissuration, les infiltrations et la résistance au cisaillement du sol lui-même.
Les sections suivantes détaillent ces calculs et leurs utilisations.
Formule de capacité portante du sol
Les fondations peu profondes comprennent les semelles filantes, les semelles carrées et les semelles circulaires. La profondeur est généralement de 3 mètres et permet d'obtenir des résultats moins coûteux, plus réalisables et plus facilement transférables.
Théorie de la capacité de roulement ultime de Terzaghi indique que vous pouvez calculer la capacité portante ultime pour des fondations continues peu profondes Qvous avec Qvous = c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng dans lequel c est la cohésion du sol (en kN / m2 ou lb / ft2), g est le poids unitaire effectif du sol (en kN / m3 ou lb / ft3), ré est la profondeur de la semelle (en m ou ft) et B est la largeur de la semelle (en m ou ft).
Pour les fondations carrées peu profondes, l'équation est Qvous avec Qvous = 1,3c Nc + g D Nq + 0,4 g B Ng et, pour les fondations circulaires peu profondes, l'équation est Qvous = 1,3c Nc + g D Nq + 0,3 g B Ng.. Dans certaines variantes, le g est remplacé par γ.
Les autres variables dépendent d'autres calculs. Nq est e2π (.75-ф / 360) tanф / 2cos2 (45 + ф / 2), Nc est 5.14 pour ф = 0 et Nq-1 / tanф pour toutes les autres valeurs de ф, Ng est tanф (Kpg/ cos2ф - 1) / 2.
Kpg est obtenue en représentant graphiquement les quantités et en déterminant quelle valeur de Kpg explique les tendances observées. Certains utilisent Ng = 2 (Nq+1) tanф / (1 + .4sin4ф) _ à titre approximatif sans qu'il soit nécessaire de calculer _Kpg.
Il peut y avoir des situations dans lesquelles le sol montre des signes de échec de cisaillement. Cela signifie que la résistance du sol ne peut être suffisante pour la fondation, car la résistance entre les particules du matériau n'est pas suffisante. Dans ces situations, la capacité portante ultime des fondations carrées est Qvous = 0,867 c Nc + g D Nq + 0,4 g B Ng , les fondations continues i_s_ Qu = 2 / 3c Nc + g D Nq + 0,5 g B Ng et les fondations circulaires est Qvous = 0,867 c Nc + g D Nq + 0,3 g B N__g.
Méthodes de détermination de la capacité portante du sol
Les fondations profondes comprennent les fondations des piliers et des caissons. L’équation pour calculer la capacité portante ultime de ce type de sol est la suivante: Qvous = Qp + QF _dans lequel _Qvous est la capacité portante ultime (en kN / m2 ou lb / ft2), Qp est la capacité portante théorique de la pointe de la fondation (en kN / m2 ou lb / ft2) et QF est la capacité de charge théorique due au frottement de l'arbre entre l'arbre et le sol. Cela vous donne une autre formule pour la capacité portante du sol
Vous pouvez calculer la base théorique de la capacité portante d'extrémité (pointe) Qp comme Qp = Unpqp dans lequel Qp est la capacité portante théorique du roulement final (en kN / m2 ou lb / ft2) et UNEp est la surface effective de la pointe (en m2 ou ft2).
La capacité portante théorique de la pointe des sols limoneux sans cohésion qp est qDNq et, pour les sols cohérents, 9c, (tous deux en kN / m2 ou lb / ft2). réc est la profondeur critique pour les pieux dans des limons ou des sables meubles (en m ou en pied). Cela devrait être 10b pour les limons et les sables en vrac, 15b pour les limons et les sables de densité modérée et 20B pour les limons et les sables très denses.
Pour la capacité de frottement de la peau (arbre) de la fondation sur pieux, la capacité portante théorique QF est UNEFqF pour une seule couche de sol homogène et pSqFL pour plus d'une couche de sol. Dans ces équations, UNEF _est la surface effective de l'arbre de pieu, _qF est kstan (d), la capacité de friction unitaire théorique pour les sols sans cohésion (en kN / m2 ou lb / ft) dans lequel k est la pression latérale des terres, s est la pression effective de surcharge et ré est l'angle de frottement externe (en degrés). S est la somme de différentes couches de sol (c.-à-d. une1 + une2 + .... + unen).
Pour les limons, cette capacité théorique est cUNE + kstan (d) dans lequel cUNE est l'adhésion. Il est égal à c la cohésion du sol pour le béton rugueux, l'acier rouillé et le métal ondulé. Pour le béton lisse, la valeur est .8c à cet, pour l'acier propre, il est .5c à .9c. p est le périmètre de la section transversale du pieu (en m ou en pied). L est la longueur effective de la pile (en m ou en pied).
Pour les sols cohésifs, qF = aSvous dans laquelle a est le facteur d'adhésion, mesuré comme 1 à 0,1 (Suc)2 pour Suc moins de 48 kN / m2 où Suc = 2c est la résistance à la compression non confinée (en kN / m2 ou lb / ft2). Pour Suc supérieure à cette valeur, a = / Suc.
Quel est le facteur de sécurité?
Le facteur de sécurité varie de 1 à 5 pour différentes utilisations. Ce facteur peut expliquer l’ampleur des dommages, le changement relatif des chances d’échec d’un projet, les données de sol elles-mêmes, la construction de la tolérance et la précision des méthodes d’analyse établies.
En cas de défaillance du cisaillement, le facteur de sécurité varie de 1,2 à 2,5. Pour les barrages et les remblais, le facteur de sécurité varie de 1,2 à 1,6. Pour les murs de soutènement, ses 1,5 à 2,0, pour les palplanches, ses 1,2 à 1,6, pour les excavations contreventées, ses 1,2 à 1,5, pour les semelles à cisaillement, le facteur est de 2 à 3, et de 1,7 à 2,5 pour les semelles mats. En revanche, en cas de fuite de matériau suintant, lorsque les matériaux filtrent à travers de petits trous dans des tuyaux ou d’autres matériaux, le facteur de sécurité varie de 1,5 à 2,5 pour le soulèvement et de 3 à 5 pour la tuyauterie.
Les ingénieurs utilisent également des règles empiriques pour le facteur de sécurité, à savoir 1,5 pour les murs de soutènement renversés avec un remblai granulaire, 2,0 pour le remblai cohésif, 1,5 pour les murs à pression de terre active et 2,0 pour ceux à pression de terre passive. Ces facteurs de sécurité aident les ingénieurs à éviter les ruptures de cisaillement et de suintement, ainsi que le sol pouvant se déplacer en raison des roulements portés par la charge.
Calculs pratiques de la capacité portante
Armés des résultats des tests, les ingénieurs calculent la charge que le sol peut supporter en toute sécurité. En commençant par le poids requis pour cisailler le sol, ils ajoutent un facteur de sécurité afin que la structure n’applique jamais assez de poids pour déformer le sol. Ils peuvent ajuster le pied et la profondeur d'une fondation pour rester dans cette valeur. Ils peuvent également comprimer le sol pour en augmenter la résistance, par exemple en utilisant un rouleau pour compacter le matériau de remblai en vrac destiné à un lit de chaussée.
Les méthodes de détermination de la capacité portante du sol impliquent la pression maximale que la fondation peut exercer sur le sol, de sorte que le facteur de sécurité acceptable contre la rupture par cisaillement soit inférieur à la fondation et que le tassement total et différentiel acceptable soit respecté.
La capacité portante ultime est la pression minimale qui provoquerait la rupture par cisaillement du sol porteur immédiatement en dessous et à proximité de la fondation. Ils prennent en compte la résistance au cisaillement, la densité, la perméabilité, le frottement interne et d'autres facteurs lors de la construction de structures sur le sol.
Les ingénieurs utilisent leur meilleur jugement avec ces méthodes pour déterminer la capacité portante du sol lors de l'exécution de nombreuses mesures et calculs. La longueur effective nécessite que l’ingénieur choisisse où commencer et arrêter de mesurer. L’une des méthodes possibles consiste à utiliser la profondeur du pieu et à soustraire tout sol superficiel perturbé ou tout mélange de sol. L’ingénieur peut également choisir de le mesurer en tant que longueur d’un segment de pieu dans une seule couche de sol constituée de plusieurs couches.
Quelles sont les causes du stress des sols?
Les ingénieurs doivent prendre en compte les sols comme des mélanges de particules individuelles qui se déplacent les unes par rapport aux autres. Ces unités de sols peuvent être étudiées pour comprendre la physique sous-jacente à ces mouvements lors de la détermination du poids, de la force et d'autres quantités par rapport aux bâtiments et projets construits par les ingénieurs.
L'échec de cisaillement peut résulter des contraintes appliquées au sol qui amènent les particules à se résister et à se disperser d'une manière préjudiciable à la construction. Pour cette raison, les ingénieurs doivent faire preuve de prudence dans le choix des conceptions et des sols présentant une résistance au cisaillement appropriée.
le Mohr Circle peut visualiser les contraintes de cisaillement sur les plans pertinents pour les projets de construction. Le cercle de contraintes de Mohr est utilisé dans la recherche géologique d'essais de sol. Il consiste à utiliser des échantillons de sol de forme cylindrique tels que les contraintes radiales et axiales agissent sur les couches de sol, calculées à l'aide de plans. Les chercheurs utilisent ensuite ces calculs pour déterminer la capacité portante des sols dans les fondations.
Classification des sols par composition
Les chercheurs en physique et en génie peuvent classer les sols, les sables et les graviers en fonction de leur taille et de leurs constituants chimiques. Les ingénieurs mesurent la surface spécifique de ces constituants comme le rapport de la surface des particules à la masse des particules, ce qui constitue une méthode de classification.
Le quartz est le composant le plus commun du limon et du sable et le mica et le feldspath sont d'autres composants communs. Les minéraux argileux tels que la montmorillonite, l'illite et la kaolinite constituent des feuilles ou des structures en forme de plaques de grandes surfaces. Ces minéraux ont une surface spécifique allant de 10 à 1 000 mètres carrés par gramme de solide.
Cette grande surface permet des interactions chimiques, électromagnétiques et de van der Waals. Ces minéraux peuvent être très sensibles à la quantité de liquide qui peut traverser leurs pores. Les ingénieurs et les géophysiciens peuvent déterminer les types d'argiles présents dans divers projets afin de calculer les effets de ces forces afin de les prendre en compte dans leurs équations.
Les sols contenant des argiles à haute activité peuvent être très instables car ils sont très sensibles aux fluides. Ils gonflent en présence d'eau et se contractent en son absence. Ces forces peuvent provoquer des fissures dans les fondations physiques des bâtiments. D'autre part, il est beaucoup plus facile de travailler avec des matériaux constitués d'argiles peu actives formées dans le cadre d'une activité plus stable.
Tableau de capacité portante du sol
Geotechdata.info contient une liste de valeurs de capacité portante du sol que vous pouvez utiliser comme graphique de capacité.