Contenido
- ¿Y qué es eso?
- Cortar el agua y volver a colocar la cama
- Investigación, experimentos y cálculos preliminares
- Cálculo completo de la capacidad de carga del suelo.
- Suelo debajo de las pilas
- Finalmente
Si decide construir por su cuenta, entonces la capacidad de carga del suelo es … no, lo adivinó: la segunda o incluso la tercera cosa que debe aclararse. El primero y el segundo son la profundidad normativa de congelación de los campos de petróleo y gas y el nivel del agua subterránea del GWL, ya que no solo la profundidad de la base, sino también la elección de la capa de suelo debajo de ella depende de ellos, ver debajo. Sin embargo, la capacidad del suelo para soportar la carga de peso de un edificio / estructura durante mucho tiempo también es un factor importante en la confiabilidad de un edificio futuro. Las grietas en las estructuras de soporte causadas por el suelo débil a lo largo de ellas no se pueden detener. Si una casa en construcción presenta grietas de emergencia durante el proceso de construcción, entonces la mayoría o todos los costos se han ido por el desagüe. Y si la casa ya está habitada en ese momento, es aún peor, necesitas construir una nueva. Finalmente, la confiabilidad del suelo en el sitio de la futura construcción afecta en gran medida la elección del tipo de cimentación, y una buena parte del costo estimado y la intensidad de mano de obra de la construcción cae en el ciclo cero y se sientan las bases. Y el tipo de cimentación, a su vez, depende de la pausa técnica para su calado antes de que sea posible comenzar a construir la caja. El propósito de este artículo es decirle al desarrollador-lector cómo no calcular mal con el suelo. El cálculo de un cierto tipo de cimentación en un suelo específico es un tema extenso separado, pero intentaremos proporcionar un material que sea lo suficientemente adecuado para su aplicación práctica.
¿Y qué es eso?
Sí, esta es la propia capacidad de carga. La definición general es la capacidad de algo (elemento estructural, cimentación natural, etc.) de soportar una carga operativa durante un tiempo determinado sin experimentar deformaciones excesivas o irreversibles. Pero en el aspecto de la construcción, el asunto es más complicado, ya que la base está mecánicamente firmemente conectada al suelo debajo de ella y resiste las deformaciones. Y la estructura de un edificio sobre una base también puede ser bastante fuerte y rígida. Por lo tanto, en la construcción, la definición de la capacidad de carga del suelo debajo del edificio se adopta a través de la fuerza de diseño de su resistencia a la carga de peso R. El suelo debajo de la base del edificio se considera confiable si durante su vida de diseño el edificio / la estructura no experimenta desplazamientos peligrosos (hacia arriba y hacia abajo, lateralmente, balanceo) y deformaciones. El cumplimiento de estas condiciones es posible si el asentamiento de los cimientos se produce de acuerdo con una ley lineal, y la violación de la estructura original del suelo bajo el peso del edificio se extiende a los lados desde su cimiento en no más de 1.25 de su ancho.
Grietas de emergencia en edificios causadas por suelo débil debajo de los cimientos
Cortar el agua y volver a colocar la cama
La vida útil estimada de los edificios residenciales no puede ser inferior a 40 años. Por otro lado, no golpean la casa en el suelo y no la ponen en la esquina. Un ejemplo de libro de texto en materiales de resistencia: un tractor con un contenedor de 40 pies cargado en un remolque crea una presión específica sobre la superficie de apoyo de aprox. 3 veces más grande que un tanque. Una elegante chica con tacones de aguja – aprox. 10 veces más. Una chica con tacones altos caminará sobre la tierra pisoteada, y a nadie se le ocurriría cobrar impuestos a las hermosas damas por caminar, excepto quizás a una completa paranoica. Sin embargo, los seguidores de los deportes transgénero, quizás, llegarán aquí, el dinero es el mismo. Pero esto es por cierto. Se cobra un impuesto de circulación a los camiones por mayor desgaste de la superficie, y los tanques no pueden clavar la punta de un cañón en la vía en tiempos de paz, porque se sabe en qué se convertirán en la vía.
¿Para qué sirve? Al hecho de que la estabilidad del suelo es importante en la construcción, es decir la estabilidad de su R a largo plazo. Solo los monolitos rocosos en regiones sísmicamente seguras son absolutamente estables. Y la estabilidad de los suelos comunes debajo de los edificios está determinada, en primer lugar, por su composición granulométrica (ver más abajo) y el grado de corte de agua. La R del suelo saturado de humedad cae varias veces. Por lo tanto, los estudios geológicos independientes en el sitio (también ver más abajo) deben llevarse a cabo en algún lugar a mediados de la primavera o, en lugares sin nieve, 1-2 semanas después del pico anual de precipitación.
Al mismo tiempo, también se está investigando la estratigrafía del suelo, es decir, la naturaleza de su estratificación. No hay suelos completamente homogéneos. No siempre es posible colocar la base en la primera capa de apoyo desde la superficie, porque puede estar ubicado por encima del LHP y la siguiente capa de suelo confiable hasta la profundidad puede ser demasiado delgada. Debajo de la cimentación, siempre se forma un «talón de tierra», algo así como un rodillo invisible de suelo compactado irreversiblemente, indisolublemente unido al quinto de la cimentación. Si el grosor (grosor) de la capa de apoyo no es suficiente para el «talón de tierra», la base del edificio en este lugar se combará y las grietas de emergencia desaparecerán (desaparecerán). Si el nivel del agua subterránea alcanza la capa de apoyo, con el tiempo la base se lavará.
El grosor requerido de la capa de soporte está determinado por el ancho de la tira de base. Pero, a su vez, se calcula de acuerdo con la capacidad de carga del suelo, la carga de peso del edificio y los parámetros de la resistencia de su estructura. Por lo tanto, un cálculo preciso de la capacidad de carga total de una capa de suelo determinada requiere un conocimiento especial sólido, es complejo y requiere mucho tiempo. Si no tiene la oportunidad de «ordenar geología» para la construcción, basándose en los resultados de estudios independientes, debe elegir una capa de apoyo para la que se cumplan las condiciones (ver Fig.) D> (3-5) B para edificios temporales / estacionales y D> (5-7) B para capital; T> 1,25B. En este caso, el nivel del agua subterránea no debe acercarse al horizonte inferior (borde) de la capa de soporte a menos de 0,6 m.
Estabilidad de la cimentación del edificio en función de la estratigrafía del suelo.
Nota: sobre la elección de la capa de soporte de suelo y el tipo de base del edificio, vea también el video:
Video: la elección de la base y la capa de apoyo de la base en geología.
Investigación, experimentos y cálculos preliminares
La disposición de los cimientos de edificios y estructuras está regulada por SNiP 2.02.01-83 * y actualizada por SP 22.13330.2011. Pero no es fácil para un constructor novato entenderlos. Por lo tanto, además, nosotros, de ninguna manera desviándonos de la esencia de SNiP / SP, brindamos una metodología para pruebas de suelo y mediciones experimentales de sus características, que se pueden llevar a cabo sin equipo especial en el sitio de un futuro sitio de construcción y en el hogar. en un escritorio. La determinación independiente de la capacidad de carga del suelo generalmente se realiza en el siguiente orden:
- Determine la corrección para el nivel de responsabilidad del edificio.
- En la época más húmeda del año, siempre que el permafrost invernal se haya descongelado por completo, se realiza una perforación de control (para un edificio residencial privado puede usar un taladro de jardín manual), se determina la estratigrafía del suelo y se toman muestras de cada capa.
- Allí mismo, en el lugar, se prueba la fluidez y la cohesión del suelo; Se determinan el ángulo de fricción interna φ y el índice de fluencia JL.
- En casa, se realiza un análisis granulométrico de muestras y se mide el grado de porosidad, ver más abajo. Se determina el índice de porosidad e.
- Según los datos de granulometría, los tipos de muestras de suelo se determinan de acuerdo con SNiP.
- El tipo de cimentación (cinta, pilotes) está preseleccionado, teniendo en cuenta el nivel de responsabilidad del edificio, ver más abajo.
- Los valores de la capacidad portante calculada del suelo R (ver arriba) se calculan de 2 formas: tabular según SNiP y según sus características físicas y granulométricas.
Además, en el proceso de diseño de un edificio, para el cálculo de la cimentación, se toma el menor de los valores obtenidos de R. Los resultados del cálculo preliminar se comparan con los datos de estratigrafía, NGP y GWL. Si es necesario, se calcula un tipo diferente de cimentación; Se utiliza más confiable y menos costoso.
Responsabilidad de la construcción
Ley Federal de la Federación de Rusia No. 384-FZ, Art. 4, págs. 7-10 niveles de responsabilidad del edificio se definen como:
- aumentado: objetos especialmente peligrosos, de especial importancia (estado), técnicamente complejos y únicos;
- normal: residencial colectivo (apartamentos múltiples), edificios y estructuras industriales ordinarios, públicos y de otro tipo;
- reducido: capital (uso a largo plazo) vivienda individual con un máximo de 2 plantas y una altura de hasta 10 m, edificios residenciales temporales y estacionales, edificios y estructuras de servicios públicos y auxiliares (para el período de construcción).
El factor de corrección para el nivel de responsabilidad yn se utiliza al calcular los cimientos de pilotes (ver más abajo). Un desarrollador aficionado puede usarlo dividiendo el valor calculado de R0 por yn antes de calcular cualquier base, lo cual no está prohibido por ninguna regla y no es punible de ninguna manera. El costo estimado y la intensidad de mano de obra de la construcción a partir de este aumento de manera aceptable (no necesariamente aumentan, ver más abajo), pero la confiabilidad del edificio aumentará mucho más. Es aconsejable tomar los valores de yn de la siguiente manera:
- Edificio residencial de capital para uso permanente y prolongado, almacenamiento de plaguicidas y productos químicos agrícolas – 1.1-1.2.
- Dependencias de capital (garajes con calefacción, dependencias, locales para la cría de ganado y aves de corral durante todo el año) – 1.1.
- Vivienda temporal para el período de construcción de capital, armazón y edificios residenciales prefabricados (una casa de alambre aislado autoportante, etc.) – 1.05.
- Otros edificios – 1.0, es decir no se especifica la reserva de la capacidad de carga del suelo debajo del edificio.
Perforación de prueba
La perforación de prueba del suelo debajo del futuro edificio se lleva a cabo durante el período de mayor humedad (ver arriba). Los pozos se perforan con un taladro de tornillo, ya que son los que menos perturban la estructura del suelo. Su número estándar para una casa de hasta 10×10 m en planta es 5 en un sobre, 4 en las esquinas y uno en el centro. Si la casa es de un tamaño más grande, los pozos en los lados largos se perforan con un paso de 5-10 m. Debajo de la casa de una configuración compleja, se perforan pozos en cada esquina y en el centro de cada compartimiento. Profundidad de perforación: no menos de 0,6 m por debajo del potencial de petróleo y gas. La perforación se realiza por etapas, tomando muestras de suelo de cada una de sus capas. Los pozos perforados se cubren con una película de la lluvia y se dejan durante 3-4 días (preferiblemente durante una semana). Si durante este tiempo no apareció agua en el fondo de ninguno de los pozos, no se ha alcanzado el nivel del agua subterránea, es posible construir sin medidas adicionales para drenar y fortalecer el suelo.
Pendiente y fluidez
Para determinar la conectividad del suelo, se martilla un agujero con paredes verticales hasta la profundidad total de la base (mínimo – NGP + 60 cm). Esto se puede hacer mientras los pozos se están asentando para el agua. Si las paredes del pozo se están desmoronando, se cortan gradualmente con una pala en ángulo hasta que el desmoronamiento se detiene. Luego mida su pendiente desde la vertical, será el ángulo φ, pero no más de 45 grados. El suelo con un ángulo de fricción interna de más de 45 grados se considera flotante, y es posible construir sobre él solo después de aplicar medidas para fortalecerlo, que son muy costosas y laboriosas.
Además, la tasa de flujo del suelo se determina en el sitio. Esto es especialmente importante para suelos arcillosos, porque todos ellos son potencialmente reducciones, es decir pueden perder repentinamente su capacidad de carga bajo la influencia de factores externos (principalmente humedad). El tipo de suelo arcilloso se determina no en su lugar (previamente) según muestras tomadas del pozo, y según ellas, el caudal es:
Resultado de la prueba Consistencia de la muestra Tipo de suelo Índice de rendimiento JL La muestra se rompe en pedazos por impacto. Totalmente seco al tacto; apretado en la palma de la mano pincha la piel. Con un fuerte apretón en la mano, se deshace en pedazos y se pone un poco polvoriento. Se muele en migas con algo de polvo. La capa de 10x5x3 cm se rompe sin que se doble con dificultad. La fractura es casi uniforme, rugosa, se frota con un dedo con dificultad. Se puede trazar una línea con una uña de presión media.SólidoArcilla sólida1.0 * La muestra se corta fácilmente con un cuchillo. Se rompe con una curva. Doblez con una curva, retorciéndose, áspero, desmoronándose debajo del dedo. La muestra se amasa a mano (se siente la humedad). Moldeado arrugado; moldeado conserva su forma. Las pequeñas partículas de muestra individuales pueden adherirse a la piel de las manos.El plasticoArcilla plástica Es difícil separar la capa para probar con un cuchillo (se pega a la hoja). La muestra está leve o moderadamente húmeda al tacto, no mantiene su forma, pero no mancha mucho la piel. Cuando se aprieta en la palma de la mano, casi no emite. Se enrolla en una bola con un diámetro de 5-6 cm y se coloca sobre una superficie plana y dura, se extiende en forma de torta en más de 3-4 minutos. Colocado sobre papel de periódico o papel de filtro, no libera inmediatamente una mancha húmeda.LíquidoArcilla que fluye La muestra no se separa con un cuchillo, la incisión flota. Muy húmedo al tacto, mancha la piel. Cuando se aprieta en la palma de la mano, libera abundante líquido. Acuéstese en un plano inclinado, dentro de 1-3 comienza a drenar con la lengua. Colocado sobre papel de periódico o de filtro, inmediatamente desprende una mancha húmeda.LíquidoFranco fluido1.0 La muestra se corta con un cuchillo con cierta dificultad. Muy húmedo al tacto, mancha la piel. Cuando se aprieta en la palma de su mano, libera un poco de líquido. Se forma sin amasado preliminar presionando ligeramente los dedos, mantiene la forma durante varios minutos solo sin carga. La lengua no fluye, puede extenderse lentamente en forma de torta, después de estar acostada durante 5 minutos o más. Colocado sobre papel de periódico o papel de filtro, tarda mucho en mojarse.Plástico de flujoMarga fluida0,75-1,0 La costura se corta para probar con un cuchillo con cierta dificultad. Húmedo al tacto, se adhiere a la piel. Con el peso, se rompe inmediatamente con una curva. Cuando se aprieta en la palma de la mano, casi no emite líquido. El dedo se presiona profundamente; posiblemente de longitud completa. Se forma fácilmente, mantiene su forma sin carga hasta media hora o más. La lengua no fluye, puede extenderse lentamente en un pastel, después de estar acostada durante más de 5 a 10 minutos. Colocado sobre papel de periódico o papel de filtro, tarda mucho en mojarse.Plastico blandoMarga de plástico blando0,50-0,75 La muestra se corta con un cuchillo sin dificultad. Ligeramente húmedo al tacto, apenas se adhiere a la piel. No se rompe por sí solo con el peso. Fractura forzada (con dos manos) con una curvatura notable. El dedo se presiona solo con la punta. Se forma después de amasar, mantiene su forma por tiempo ilimitado. En papel de periódico o de filtro, deja una mancha húmeda solo debajo.Plástico herméticoMarga de plástico duro0,25-0,50 La costura se corta para probar solo con un cuchillo fino y afilado, de lo contrario se desmorona. La humedad no se siente al tacto, no deja una mancha húmeda. No se arruga, no se forma. Se rompe sin doblarse; la fractura es rugosa, se desmorona, se tritura en migajas con polvo. El impacto rompe la muestra en pedazos casi sin polvo. Con un fuerte apretón en la mano, se deshace en pedazos y queda muy polvoriento. No se presiona el dedo, pero la presión con la uña deja una línea.SemisólidoFranco semiduro<0,25 La muestra se rompe en pedazos por impacto. Totalmente seco al tacto; apretado en la palma de la mano pincha la piel. Golpeado hasta convertirlo en polvo. La capa de 10x5x3 cm se rompe sin que se doble con dificultad. La fractura es casi uniforme, rugosa, apenas se frota con un dedo. Es difícil trazar una línea con la uña. Triturar la muestra apretando la mano solo es posible para una persona físicamente fuerte con palmas callosas.SólidoMarga dura0 *) – Los suelos arcillosos con contenido de arena y / o limo (partículas de limo) inferior al 50% se consideran fluidos y en hundimiento, porque se vuelven altamente plásticos por la humedad.
Nota: una forma simple pero confiable de evitar el hundimiento del suelo debajo de la casa es rodearla con un área ciega con un ancho de 1 mo más con una ranura de drenaje a lo largo del borde exterior.
Experimentos caseros
La idea de autodeterminación de las características físicas del suelo es tomar un factor de corrección menor (ver más abajo) al calcular completamente su capacidad de carga. Así, se contrarresta casi o completamente el aumento en el costo estimado de construcción debido al margen de seguridad adicional en términos del nivel de responsabilidad del edificio. Se determinan las casas sobre muestras tomadas del mismo pozo:
- Densidad del suelo húmedo (natural) M.
- El grado de su corte de agua en%.
- Índice de porosidad del suelo E.
- Compresibilidad del suelo a diferentes profundidades (ver más abajo, en el cálculo según tablas).
- Tipo de suelo (final) según análisis granulométrico.
Del equipo de laboratorio necesitará:
- escalas para una precisión de hasta 0,5 g (mejor: electrónica doméstica);
- un cuenco o plato de vidrio resistente al calor o acero inoxidable, o una sartén de acero sin revestimiento de teflón, pero con tapa;
- una taza medidora o, mejor, un vaso de precipitados químico alto y estrecho con una capacidad de al menos 100 ml (preferiblemente 0,5-1 l), ver fig. a la derecha;
- molinillo (triturador) de patatas de mortero y maja o acero;
- batidora doméstica con boquilla en espiral. Las bisagras y los impulsores no son adecuados. Si trabaja con un vaso de precipitados, tendrá que hacer un agitador para la batidora en forma de una espiral larga, a toda la profundidad de los platos, delgada y rígida de 3-4 vueltas. Pero los resultados de los experimentos serán mucho más precisos.
Densidad y humedad
Para determinar la densidad aparente del suelo ρd, se cortan cubos de 1 metro cúbico de sus densas capas. dm (10x10x10 cm), o vierta 1 litro de volumen en una taza medidora. Un cuenco se coloca en una balanza de resorte o de viga y se equilibra. En balanzas electrónicas, basta con pulsar el botón T (compensación de tara). Pese la muestra. Si la balanza es electrónica, simplemente la colocan en el plato de pesaje o le ponen un vaso. En escalas «no inteligentes», la muestra se coloca o se vierte en un cuenco. La densidad del suelo se calcula como
ρd = p / v, donde
p es el peso de la muestra;
v es el volumen de la muestra.
Por ejemplo, 1 litro de tierra «arrancó» 1730 go 1,73 kg. Su densidad será de 1,73 g / cu. cm o 17.3 t / cu. m. Si desea el valor de ρd en newtons / metro cúbico. m (N / metro cúbico), el último valor se multiplica por 10,2.
Para determinar el contenido de humedad, la muestra se seca en gas en una sartén o en un horno microondas (¡a baja potencia!) En un plato de vidrio. Es necesario secar hasta que esté completamente seco, al menos 10-15 minutos después del cese de la evolución del vapor. La muestra seca se pesa inmediatamente, mientras todavía está caliente y no ha aspirado la humedad atmosférica, para obtener el peso seco p0. La humedad del suelo se encuentra como:
Sr = (1 – p0 / p) 100%.
Por ejemplo, la misma muestra seca pesa 1220 g. Σ = (1 – 1220/1730) 100% = (1 – 0,71 (aprox.)) 100% = 29%.
Porosidad
El indicador de la porosidad del suelo está determinado por la traza. camino:
- Tomamos un cubo de 1 metro cúbico. dm de suelo denso o 1000 ml de suelo suelto.
- Trituramos la muestra, sin secarla, hasta convertirla en polvo con un mortero en un mortero o un triturador en un recipiente resistente.
- Vierta la tierra triturada en una taza medidora, compacte con un mortero o un machacador (¡tenga cuidado!).
- Medimos el volumen de suelo compactado v0.
- Calculamos la porosidad de la muestra como E1 = 1 – (v0).
- Determinar de manera similar E2, E3 … En de otras muestras del mismo suelo. Por lo general, 3 muestras son suficientes.
- Calculamos el índice de porosidad promedio de un suelo dado como E = (E1 + E2 + E3) / n, donde n es el número de muestras en una serie.
Digamos que se compactaron 3 muestras de suelo de 1 litro según. hasta 830, 797 y 842 ml. Los indicadores de porosidad serán E1 = 1 – 0.830 = 0.170; E2 = 1 – 0,797 = 0,203; E3 = 1 – 0,842 = 0,158. El indicador promedio de la porosidad de este suelo es E = (0.170 + 0.203 + 0.158) / 3 = 0.177.
Nota : si la dispersión de la E promedio en relación con los detalles de las muestras individuales es superior al 20-25%, debe repetir todo el procedimiento para determinarla para 5 o más muestras.
Compresibilidad
No es necesario que un desarrollador individual conozca los valores exactos de la resistencia de las muestras de suelo a la compresión. Debe asegurarse de que la compresibilidad del suelo no aumente con la profundidad; de lo contrario, la casa se inclinará con el tiempo y se arrastrará hacia un lado. Para probar la compresibilidad del suelo, se toman muestras de diferentes profundidades o de cada capa con estratificación de suelo superficial. Antes de alcanzar la profundidad de control (ver más abajo), es necesario examinar al menos 4-5 muestras.
Las muestras frescas se enrollan en bolas del mismo diámetro (aprox. 5 cm) o, si el suelo está suelto, se vierte en un trozo de tubería de la misma longitud y diámetro interior. La siguiente muestra se carga con un peso de 1 kg o más (puede usar un ladrillo) a través de un espaciador de madera o una tabla. La relación de compresión de las muestras se determina por el aplanamiento de los gránulos bajo la carga o por la cantidad de inmersión del espaciador en la jaula con tierra suelta.
Granulometria
La capacidad del suelo para soportar la carga de peso de manera estable durante mucho tiempo está determinada por la proporción en su composición de partículas de tamaño relativamente grande (arenoso), mediano (limoso o limoso) y arcilloso. El propósito del análisis granulométrico casero de muestras de suelo es determinar con mayor precisión estos valores y, a partir de ellos, aclarar el tipo de suelo, lo que determina su capacidad de carga a largo plazo. Anteriormente, este tipo de análisis se consideraba una prerrogativa de la investigación de laboratorio, pero ahora está disponible para cualquier persona con un detergente lavavajillas sintético. Su ingrediente activo, el lauril sulfato de sodio, se ha utilizado durante mucho tiempo en la industria minera y de procesamiento para la flotación de minerales; sin aditivos aromáticos, por supuesto. El lauril sulfato evita que las micro y nanopartículas de suspensión acuosa se peguen entre sí, lo que en este caso proporciona un fraccionamiento gravitacional bastante claro de los componentes del suelo. Se realiza su análisis granulométrico. en orden:
- Prepare 1-1,5 litros de agua blanda limpia (preferiblemente destilada) con la adición de 2-3 cucharaditas. cualquier detergente para lavar platos; Todos tienen el mismo DV.
- El suelo seco, desmenuzado y finamente triturado se vierte en una taza medidora o un vaso de precipitados por 1/4 del volumen.
- Agregue agua a todo el volumen medido del plato (hasta la marca de medición superior.
- El recipiente se coloca sobre una superficie plana y estable en un lugar conveniente para observarlo durante varios días. Es imposible tocar, empujar, mover y reorganizar el recipiente durante todo el experimento.
- Revuelva la suspensión con una batidora a velocidad baja o media hasta que esté completamente homogénea.
- La sedimentación de los granos de arena comienza inmediatamente después de dejar de agitar y no dura más de 2-3 minutos. Por lo tanto, la monitorización de la suspensión comienza tan pronto como se apaga el mezclador.
- Tan pronto como el limo comience a asentarse (que se notará en el fondo de la arena), marque hS en los platos, indicará el nivel de la fracción de arena. No puede posponerlo para más tarde, la arena flotará con el limo, pero puede volver a mezclar la suspensión.
- Después de 2-4 horas, la sedimentación del lodo se detendrá. Esto se notará a lo largo del borde de su sedimento con el resto de la suspensión; se volverá bastante claro. Marque la altura de la aleurita hA.
- El recipiente se cubre del polvo y la evaporación de la humedad, y se deja hasta que el resto de la suspensión se vuelve completamente transparente, es decir. hasta que todo el barro se haya asentado. Dependiendo de sus propiedades en una muestra en particular, tomará de 2 a 8 días. Marque la altura de la arcilla hC; también será la altura total del proyecto H.
- Determine la fracción de volumen de los constituyentes del suelo: arena s = hS / H; aleurita a = (hA – hS) / H; arcillas c = (H – hA) / H.
Nota: a partir de esto, está claro que es mejor colocar el experimento en un recipiente alto y estrecho; en él, el mismo volumen de suspensión sólida dará una gran altura de la columna de su sedimento, y así sucesivamente. mejor precisión de su medición.
Digamos que la altura de tiro total es de 168 mm. Marca de arena a 34 mm; limo por 86 mm. La proporción de arena en el suelo es 34/168 = 0,202 … o 20% (la precisión a un porcentaje es suficiente). La proporción de limo (86-34) / 168 = 0.3095 … o 31%, y la proporción de arcilla (168 – 86) / 168 = 0.488 … o 49%.
¿Qué tipo de suelo tenemos?
Según la mecánica moderna del suelo, sus propiedades cualitativas, es decir, por la naturaleza de su manifestación (fluidez, fluidez, etc.) se reducen a las de una mezcla de arcilla, limo y arena de cierta composición, y por sus (propiedades) valores cuantitativos, se calcula la resistencia del suelo a la carga de peso. El tipo de suelo se encuentra cualitativamente de acuerdo con los resultados del análisis de tamaño de partícula y el diagrama, o el triángulo de Ferré (ver Fig.).
Diagrama de Ferré para determinar los indicadores de calidad del suelo
Teniendo algo de experiencia en la construcción, de acuerdo con el diagrama de Ferret, también puede estimar qué límite de los valores tabulares de la capacidad de carga de los suelos se debe cumplir en el cálculo preliminar del ancho de la cinta de cimentación (ver a continuación). Cuanto más cerca está un suelo de arcilla pura, mayor es su capacidad de carga dentro de la mesa y cuanto más cerca está del limo, menos dentro de los mismos límites; la proporción de arena hasta el 40-45% no afecta significativamente. Por tanto, para la marga, «capturada» en los campos A y D de la figura, la capacidad de carga debe tomarse como promedio; La marga en el campo B se puede considerar capaz de soportar casi la carga máxima para un tipo de suelo dado, y para la marga en los campos C y D, la carga tabular se considera mínima.
Nota : cómo examinar de forma independiente un suelo homogéneo para determinar la capacidad de carga, vea el video:
Video: autodeterminación del suelo y cálculo de la cimentación.
Cálculo preliminar del ancho de la banda.
Las fórmulas normativas para calcular la capacidad de carga del suelo incluyen el ancho de la base de la base, para una cinta simple (no anti-montón con ensanchamiento hacia abajo) igual al ancho de su cinta. Por tanto, su cálculo preliminar es necesario. Para ello, además de la información sobre las propiedades del suelo, necesitará un proyecto de construcción (puede esbozarlo) con un cálculo de peso completo, incluido el peso de la cimentación, y los valores estándar de los límites de la capacidad de carga de los suelos R0, que vienen dadas por los correspondientes. Tabla SNiP (ver, por ejemplo, fig).
Límites de capacidad de carga de suelos de varios tipos.
El cálculo mismo del ancho de la base se realiza mediante el método de iteración, ya que cambiar el ancho de la cinta también cambia su peso, y constituye una proporción significativa (juego de palabras involuntario) del peso total del edificio:
- de acuerdo con los dibujos en la documentación de diseño, encontramos la longitud total de la base L, incluidos los dinteles y las capas;
- establecemos el ancho inicial de la cinta de base b0 = 1 m;
- dividimos el peso total del edificio P (con personas, equipos, etc.) por L, obtenemos la carga de peso específico inicial q0 en el suelo debajo de la base. Por ejemplo, L = 60 m, P = 210 tf. q0 = 210,000 kgf / 60 m = 3500 kgf / sq. mo 3,5 kg / m2 cm;
- si q0> 0.95R0max en la tabla, tomamos b1 = 1.1 b0; si q0 <1.05R0min, tomamos b1 = 0.9 b0;
- recalculamos el peso del edificio, teniendo en cuenta el cambio en el ancho de la cinta de cimentación;
- calculamos el área de apoyo de la base «nueva»: s1 = b1L;
- encontramos la presión específica sobre el suelo actualizada q1 = P / s1;
- repetimos nos. 4-7 hasta que qn se incluya en el rango de valores de la tabla R. Es muy deseable – más cercano al promedio. Una casa que es demasiado pesada para un suelo determinado puede resultar poco confiable y demasiado liviana: se inclina o se desplaza por las fuerzas de las heladas o los cambios en el flujo de las aguas subterráneas.
Cálculo completo de la capacidad de carga del suelo.
Teniendo todos los datos obtenidos anteriormente, es posible, finalmente, calcular su capacidad para soportar la carga de peso R de acuerdo con la capacidad de carga «neta» conocida R0. ¿Por qué uno no es igual al otro? Porque el suelo sostiene la base desde los lados debido a la fricción. Y esto, perdón, no es una jarra de cerveza con ustatku. La longitud de la tira de cimentación debajo de una casa de 3 habitaciones bastante cómoda con cuartos de servicio es de aprox. 100 m. La profundización de la base de 1 m está permitida solo en suelos no porosos, no congelables, completamente estables; el resto será más. Pero incluso en un caso tan raro, 10 cm de ancho de cinta no son ni más ni menos que 10 metros cúbicos de hormigón. Que necesitas comprar, entregar, amasar y rellenar con tus propias manitas. Además de cavar zanjas, encofrados, armaduras, deshidratación, humedecimiento a la hora de endurecer, anclajes, impermeabilizaciones, y otras «cosillas». Por lo tanto, contamos con precisión y, si es necesario, volveremos a los resultados de los estudios de suelo, y llegaremos hasta aquí. Y a continuación, como no construimos toda la vida, no seremos demasiado perezosos para calcular el suelo de 2 formas: tabular y por características físicas. En la obra, si nos vamos a construir a fondo, tomaremos el menor de los valores obtenidos, es decir le daremos a la casa un margen de seguridad, que en este caso no conviene salvar. Si se supone que la construcción es temporal, ligera, bien «reproduciendo» deformaciones (por ejemplo, el marco de una casa de campo), entonces más: los ahorros en los costos de construcción resultarán muy, muy significativos.
Cálculo según tablas
El cálculo de la capacidad de carga del suelo debajo de los edificios residenciales del 3er nivel de responsabilidad (ver arriba) de acuerdo con las tablas se realiza para las casas del sótano en condiciones favorables para la construcción. La capacidad del suelo para soportar la carga debajo de edificios y estructuras de 1-2 niveles de responsabilidad no se calcula de acuerdo con las tablas. La coincidencia de la huella se considera favorable para la construcción. factores:
- la pendiente de las capas de suelo debajo de la base del edificio / estructura no excede 0.1 (10 cm por 1 m de longitud, estratificación horizontal);
- la compresibilidad del suelo no aumenta a una profundidad igual al doble del ancho del bloque (módulo) más grande de una base separada (pilote, pilar) o cuatro veces el ancho de la tira de la base de la tira;
- la profundidad de referencia al determinar la compresibilidad (a la que se toman las muestras, ver arriba) se cuenta hacia atrás desde el nivel de la base de la cimentación.
Las fórmulas normativas SNiP para el cálculo tabular de la capacidad portante del suelo son las siguientes:
R = R0 [1 + k1 (b – b0) / b0] (d + d0) / 2d0 para d <2 m;
R = R0 [1 + k1 (b – b0) / b0] + k2γ ‘(d – d0) para d> 2m,
Dónde:
b – ancho de la base, m;
d es la profundidad de la suela, m;
γ ‘- el valor calculado de la gravedad específica del suelo que se encuentra sobre la base de la base, kN / sq. metro;
k1 – factor de corrección de la porosidad del suelo;
k2 – factor de corrección de la fluidez del suelo.
Los valores de k1 para suelos de grano grueso (grava, grava, arenoso) y arenosos son k1 = 0,125; para suelos limosos (con una fracción volumétrica de limo superior al 50%) k1 = 0,05.
k2 = 0,25 para suelos gruesos y arenas; para franco arenoso y franco k2 = 0,20; para arcillas k2 = 0,15.
Los valores de R0 calculados para diferentes tipos de suelo se dan en las tablas siguientes:
Cálculo por características
Se calcula la capacidad portante del suelo según sus características para edificaciones del 2º nivel de responsabilidad; los cimientos de los edificios del 1er nivel de responsabilidad se calculan sobre la base de los resultados de estudios geológicos exhaustivos de acuerdo con métodos individuales. De acuerdo con las características, es muy conveniente calcular el suelo para los cimientos de los edificios residenciales de capital del 3er nivel de responsabilidad. A menudo, esto proporciona, además de una mayor confiabilidad de la estructura, y ahorros significativos en mano de obra y dinero, tk. el cálculo de la capacidad de carga del suelo según sus parámetros físicos es más exacto que según las tablas. La fórmula normativa para calcular la capacidad del suelo para soportar la carga es la siguiente:
R = (m1m2 / k) [M1kzbγ + M2d1γ ‘+ (M2 – 1) dbγ’ + M3с], donde:
k es el «coeficiente de conciencia», k = 1, si las características de las propiedades del suelo se determinan empíricamente, k = 1,1, si las características se toman de tablas de referencia (por eso fue necesario arrastrar la tierra a casa);
M1, M2, M3: coeficientes que tienen en cuenta la conectividad del suelo;
b es el ancho de la base del cimiento, m;
kz – coeficiente, para b <10 m kz = 1; para b> 10 m kz = z / b + 0.2 (para edificios del segundo nivel de responsabilidad z = 8 m);
γ es el valor promedio de la gravedad específica de los suelos que se encuentran debajo de la base de la cimentación (en presencia de agua subterránea, se determina teniendo en cuenta el efecto de ponderación del agua), kN / m³;
γ ‘- lo mismo para los suelos que cubren la base;
c – el valor calculado de la cohesión específica del suelo que se encuentra n directamente debajo de la base de la cimentación, kPa;
db es la profundidad del sótano, es decir distancia desde el nivel de planificación hasta el piso del sótano, m;
d1 – la profundidad de los cimientos de las estructuras del sótano desde el nivel de la planificación (m) o la profundidad reducida de los cimientos desde el nivel del piso del sótano.
db se acepta así:
- Para sótanos de hasta 20 m de ancho y más de 2 m de profundidad db = 2 m.
- Para sótanos de más de 20 m de ancho db = 0.
La profundidad dada de la cimentación se calcula mediante la fórmula d1 = hs + hcfγcf / γ ‘, donde:
hs – el grosor de la capa de suelo por encima del nivel de la base de la base debajo del sótano;
hcf – espesor del piso del sótano;
γcf es el valor calculado de la gravedad específica del material del piso del sótano, kN / cu. metro.
Nota : si la casa no tiene sótano, db se considera igual a 0.
Los coeficientes m1 y m2 se determinan a partir de la tabla:
Y los coeficientes M1, M2, M3 según la tabla:
Suelo debajo de las pilas
El edificio se coloca sobre pilotes en tales casos:
- la capa de suelo de soporte se encuentra tan profunda debajo de las capas débiles (y) que la colocación de la base de la tira se vuelve técnicamente impracticable; resulta ser demasiado pesada;
- la estratificación del suelo es poco profunda y oblicua (biselada) por lo que es imposible elegir una de sus capas de soporte;
- el edificio está construido sobre una pendiente, ambos factores se combinan aquí.
El cálculo exacto de la base del pilote «manualmente» (papel, bolígrafo, calculadora) no es posible para todos los especialistas de la calle. La razón de su complejidad y laboriosidad («capacidad cerebral») es que el comportamiento del suelo debajo del pilote difiere significativamente del comportamiento del suelo debajo de la cinta, losa o pilares poco enterrados.
Comportamiento del suelo debajo del pilote
Las características del cálculo del comportamiento del suelo debajo de las pilas se complican por el rastro. circunstancias:
- si la tarea de una base sólida de cualquier tipo es dispersar la carga de peso del edificio sobre su área de soporte, entonces la carga sobre el suelo de los pilotes de cimentación está, si es necesario, prácticamente concentrada;
- El «talón de barro» debajo de la pila ya no es un rodillo, sino algo parecido a una pera o una manzana. La fusión de «tacos de tierra» en uno solo está permitida en paquetes de pilotes, de lo contrario, todo el método de cálculo de la base dará resultados incorrectos. Por lo tanto, SNiP recomienda instalar pilotes con un paso de al menos 3-5 de sus anchos (diámetros para pilotes redondos);
- en la capacidad portante del pilote, la proporción del componente lateral (en fricción) es alta. La parte de la capacidad de carga del talón del pilote puede ser pequeña y, en algunos casos (en suelos densamente estratificados finamente) es insignificante;
- la resistencia a la flexión y a la compresión del pilote afecta la capacidad portante general de la cimentación órdenes de magnitud más fuertes que las de una cimentación sólida.
En general, los pilotes interactúan mucho más fuertemente con el suelo que la cinta de cimentación y aún más con la losa. Por lo tanto, para los cimientos de pilotes, la capacidad de carga de los pilotes se calcula por separado para el material del pilote y el suelo; estamos interesados en este último en este artículo.
El cálculo de la capacidad de carga del pilote en el suelo se realiza con mayor frecuencia para uno de los 3 casos típicos (ver Fig.).
Comportamiento de pilotes en suelo
Si el pilote pasa a través de un suelo débil (por ejemplo, pantanoso) hasta una capa de apoyo confiable (pos. 1), entonces está sostenido casi exclusivamente por el «talón de tierra». En suelos finamente estratificados y con pozos, la capacidad de carga del pilote aumenta continuamente con la profundidad, pos. 2. Si las capas de suelo confiables se alternan con las débiles (pos. 3), entonces parte de la fuerza de su presión lateral sobre el pilote se gasta en la deformación de las capas débiles, y la capacidad de carga total del pilote resulta ser mucho más bajo.
¿Qué pilas son las mejores?
La respuesta exacta a esta pregunta se da en cada caso individual de acuerdo con la totalidad de las condiciones locales. Por supuesto, solo, en primer lugar, que las pilas de tornillos son las menos confiables. Primero, su capacidad de carga de material es baja. En segundo lugar, debido a las deformaciones estacionales del suelo, las pilas de tornillos pueden atornillarse o desenroscarse espontáneamente. Sus fabricantes declaran la vida útil de las cimentaciones sobre pilotes de tornillos de hasta 120 años, pero esto es una extrapolación de los resultados de las pruebas a gran escala; en realidad, ningún edificio ha resistido tanto «sobre tornillos», porque simplemente no estaban allí antes. Por lo tanto, los pilotes de tornillo son adecuados para cimientos de estructuras ligeras temporales y / o estacionales. Aquí están los reyes: la base de tornillo es barata, no requiere trabajo de tierra del ciclo cero, y un par de trabajadores sin equipo especial se atornilla para preparar una parrilla en uno o dos días.
En términos de confiabilidad, el primer lugar lo ocupan las pilas aburridas, incl. para edificios de 1ª clase de responsabilidad. El procedimiento para su instalación (a la izquierda de la figura) es complicado, lento, caro y laborioso, pero el suelo es «suficiente». su instalación casi no viola su estructura. Los pilotes perforados son el único tipo de pilotes que se pueden instalar en paquetes (si no hay suficiente capacidad de carga de uno en términos de material o suelo) y arbustos (oblicuamente en diferentes direcciones), debajo de la base de estructuras altas y pesadas y estrechas. El cálculo de una pila perforada a menudo se reduce a la selección de un valor tabular adecuado, a la derecha de la figura:
Procedimiento de instalación y capacidad portante de pilotes perforados.
En cuanto a la totalidad de los parámetros técnicos y económicos, los pilotes perforados ocupan una posición intermedia. Después de calcular dicho pilote, se lleva a cabo necesariamente una prueba: una sonda de pilote de prueba se clava en el suelo, se carga y se monitorea el calado. La sonda se toma en tamaño completo (mejor) o, en suelos homogéneos, en una determinada escala. Es inaceptable reemplazar la sonda por un trozo de barra de refuerzo: la adherencia lateral cae a lo largo del cuadrado de sus dimensiones lineales, y en lugar de la capacidad de carga real, obtenemos “el precio de la leña en la bahía de Tiksi”.
El principio de prueba a gran escala de pilotes perforados se muestra en la pos. Fig. A y B:
Esquemas de pruebas a gran escala de pilotes perforados.
La carga Q se toma igual a la carga operativa o se escala de acuerdo con los resultados de los estudios de suelo. En suelos suficientemente fiables, la sonda se carga desde una máquina herramienta con un gato y un indicador de deflexión, lo que permite tener en cuenta la deflexión del haz de fuerza de la máquina. El tiempo de retención de la pila bajo carga se toma de 2 a 20 días o más, nuevamente de acuerdo con los resultados de los estudios de suelo. El sedimento residual S no debe exceder los 4 cm en suelos estables (curva 4 en pos. B) y 2 cm en suelos hundidos (curva 5 en el mismo lugar). Para las pruebas en suelos homogéneos o estratificados, se utiliza una sonda-pin (a la izquierda en pos. D), y para «sondear» la capa de apoyo debajo de una débil – una sonda-lanza (a la derecha, ibid .).
Cálculo de pilotes en el suelo.
Un ejemplo de cálculo de la capacidad portante de un pilote en el suelo en el programa GeoPile
Si le pregunta a un graduado de una universidad de ingeniería civil del pasado: «¿Cómo calcular una pila en el suelo?», Su rostro adquiere la misma expresión que si le hiciera la misma pregunta sobre cómo trazar diagramas de carga. Hoy en día, cualquier usuario de PC calcula fácilmente la capacidad de carga de un pilote en el suelo mediante programas especiales. El software GeoPile ha demostrado su eficacia de la mejor manera: es fácil de usar y los resultados son bastante fiables. Si la geología en el sitio de construcción no es demasiado complicada, en más del 80% de los casos, se puede prescindir de las pruebas a gran escala, porque Los resultados de GeoPile son confirmados exactamente por ellos. Un ejemplo del resultado del cálculo de un pilote GeoPile en suelo finamente estratificado con capas intermedias débiles se muestra en la Fig. a la derecha.
Nota : un programa para calcular cimientos de pilotes en Excel estándar todavía está deambulando por Runet para su descarga gratuita, por ejemplo, aquí: dwg.ru/dnl/11626. Pero no se encuentran opiniones de expertos sobre su calidad.
Finalmente
Que sea capaz de demoler el suelo, la información en la construcción es la más necesaria. Pero el objetivo de esta etapa del diseño de la estructura sigue siendo una base sólida. Por lo tanto, en conclusión, damos una selección de ejemplos de videos de cálculo de cimentaciones de diferentes tipos en varios suelos:
Video: ejemplos de cálculos de varias fundaciones en varios suelos.
Sobre arcilloso:
Cinta:
De columna:
Pila:
Sobre pilotes TISE:
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Cargando … qué más leer: Hágalo usted mismo Cimentación de tornillos de pilotes: características, dispositivo, cálculo, instalación Cimentación de tira: lo que puede hacer usted mismo, selección de tipo y cálculo, trabajo en el área ciega de la cimentación: propósito, dispositivo , tipos y su implementación, aislamiento, matices Mostrar todos los materiales con una etiqueta:
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