W budownictwie ważne są właściwości gleby, zwłaszcza to, jak różne rodzaje gleby zachowują się pod obciążeniem i jak wpływają na to same budynki. Istnieje specjalna dyscyplina badająca wytrzymałość i stabilność mas gruntowych oraz warunki ich wykorzystania jako fundamentów pod budowę konstrukcji. Zastanówmy się, co obejmuje koncepcja mechaniki gleby, jak poprawnie obliczyć parametry gleby.
Gęstość gleby
Gęstość jest właściwością gleby określoną przez stosunek ciężaru właściwego do objętości.Zależy to od składu mineralogicznego gleby, a także od stopnia rozproszenia, dlatego gleby gliniaste są gęstsze od gleb piaszczystych, mimo że mają ten sam skład mineralny.
Wśród właściwości fizycznych i mechanicznych gleb gęstość jest uważana za jedną z głównych. Ich stan można ocenić na podstawie gęstości charakterystycznej. Określenie gęstości jest konieczne podczas budowy dróg, fundamentów budynków (w celu rozłożenia naprężeń wzdłuż podstawy), podczas układania komunikacji, obliczenia odporności zboczy na osuwiska, osiadania wzniesionych budynków, określenia objętości robót ziemnych.
Gęstość wpływa na przepuszczalność gleby. Jeśli jest mokry lub ma dobrą chłonność, to po wybudowaniu budynku może się skurczyć, zimą pojawia się kolejny problem - falowanie mrozu. Znajomość gęstości gleby pomoże zapobiec zniszczeniu lub zalaniu budynku i wybrać odpowiednie materiały do budowy.
Gęstość cząsteczek
Jest to fizyczna cecha gleby, zależna od składu mineralnego, substancji organiczno-mineralnych i organicznych. Gęstość cząstek to stosunek masy cząstek stałych w całkowicie suchej (bez wilgoci) glebie do jej objętości o nienaruszonej strukturze. W zależności od składu mineralnego gęstość cząstek zależy od wiązań strukturalnych i struktury, porowatości gleby. Im więcej minerałów zawiera gleba i im mniejsza porowatość, tym jest ona gęstsza.
Na podstawie wartości gęstości cząstek wyznaczane są wartości właściwości wytrzymałościowych i odkształceń, które służą do oceny nośności gruntów i możliwości ich wykorzystania do budowy konstrukcji.
Wilgotność gleby
Wilgotność to stosunek masy cieczy zawartej w glebie do jej suchej masy. Od tej cechy zależy nośność gleby.W przypadku prawie wszystkich gleb, z wyjątkiem grubych skał i grubego piasku, nośność zmniejsza się wraz ze wzrostem wilgotności. Tak więc dla nasyconego wodą będzie mniej niż dla suchego.
Wilgotność określa się w laboratorium metodą zagęszczania, czyli określa się, przy jakiej wilgotności gleba uzyska największą gęstość. Charakterystyka wyrażana jest w procentach, od 0 do 100%. Optymalna wilgotność piasku wynosi 8-14%, gliny piaszczystej - 9-15%, gliny - 12-18% i gliny - 16-26%.
Cieniowanie
Skład granulometryczny lub mechaniczny to procentowa zawartość cząstek o różnej wielkości w glebie lub skale, niezależnie od jej składu chemicznego i mineralnego. Cząstki gleby to izolowane pozostałości skał, minerałów, związków amorficznych i innych składników gleby połączonych wiązaniem chemicznym. Cząstki o podobnej wielkości łączy się we frakcje. Wyróżnia się następujące rodzaje elementów mechanicznych gleby: organomineralne, organiczne i mineralne.
Właściwości rolnicze gleby zależą od składu mechanicznego, na przykład zdolności do przepuszczania i zatrzymywania wilgoci i powietrza, procesów przemieszczania się substancji, akumulacji i transformacji, struktury, reżimów termicznych i powietrznych.Ostatecznie zależy to od tego, jak żyzna będzie ziemia, zarówno przy ciągłej uprawie, podlewaniu i nawożeniu, jak i bez nich.
Gęstość suchej gleby
Definiuje się go jako stosunek masy gruntu całkowicie suchego (bez wilgoci w porach) do objętości, z uwzględnieniem objętości porów. Charakterystyka jest mierzona w g na metr sześcienny. zobacz, można to określić, jeśli znana jest zawartość wilgoci i porowatość. Obliczenia przeprowadzane są w warunkach laboratoryjnych.
Współczynnik porowatości
Współczynnik pokazuje obecność małych pustek w glebie. Obliczane jako procentowy stosunek objętości pustych przestrzeni do objętości całkowitej. Aby określić wartość na różnych glebach, stosuje się różne metody. W glebach gliniastych, ze względu na spójność, porowatość określa się na podstawie ciężaru objętościowego i właściwego pobranej gleby.
Określenie współczynnika porowatości jest konieczne w przygotowaniu do budowy, ponieważ istnieje związek między nim a innymi cechami. Poziom nośności zależy od wskaźnika porowatości i maleje wraz ze spadkiem porowatości. Bez informacji o porowatości nie da się poznać stopnia oporu gruntu ani określić ewentualnej odkształcalności budynków.
Deformacja budynków następuje w wyniku ruchu i ściśliwości cząstek gleby, na przykład pod wpływem opadów. Niewielka i jednolita wilgoć nie zmniejsza stabilności budynków, ale duża ilość wilgoci może powodować niepożądane deformacje. Jeszcze bardziej niebezpieczne są nierównomierne opady atmosferyczne, które mogą powodować przemieszczenia i przechyły, co prowadzi do przeciążeń w konstrukcjach nośnych. Jeśli ściśliwość gruntu pod różnymi częściami fundamentu nie jest taka sama lub obciążenie na nim jest inne, często można spotkać się z deformacją budynku w postaci pęknięć i osiadań.
Poziom wilgotności
Jest to stosunek naturalnej wilgotności gleby do jej zawartości, która odpowiada zawartości wilgoci w momencie wypełnienia porów wodą, w której nie pozostają pęcherzyki powietrza. Glebę o wskaźnikach od 0 do 0,5 uważa się za słabo wilgotną, mokrą - od 0,5 do 0,8 i nasyconą wodą - od 0,8 do 1. Gleby gliniaste są często bardziej wilgotne, gleby piaszczyste są odpowiednio suche.
Kalkulator do obliczania parametrów gleby
Przy projektowaniu budynków stosuje się różne modele obliczeniowe, stosowane dla gruntów o różnej złożoności. W przypadku zadań ogólnych główną oceną jest nośność, która ujawnia właściwości wytrzymałościowe i odkształceniowe fundamentów. Jednak podstawowe modele obliczeniowe mogą pomóc w obliczeniu ich dla konkretnych zadań.
Aby uprościć obliczenia podczas tworzenia projektu, stosuje się wzór Prandtla, który pomaga obliczyć nośność gruntu. Aby określić stopień stabilności i wytrzymałości podłoża oraz określić możliwe odkształcenia, konieczne jest określenie stopnia naprężenia. W tym celu można zastosować równania oparte na liniowej zależności między naprężeniem i odkształceniem, na przykład prawo Hooke'a. Zatem obciążenie fundamentu nie powinno być większe niż ostateczny opór gruntu.
Obliczenia przeprowadza się na podstawie nośności, aby określić możliwą utratę stateczności budynku, charakter zniszczenia, stopień odkształcenia i jego rodzaj. Obliczany jest również stan, w którym normalna eksploatacja może być utrudniona, trwałość budynku ulega zmniejszeniu ze względu na możliwość osiadania, przechylania się itp.
Właściwości fizyczne gleb to cechy definiujące, na podstawie których można określić stan gleby oraz możliwość zmiany parametrów pod wpływem różnych czynników fizycznych i chemicznych.
Aby określić rodzaj gruntu i jego zachowanie jako podstawę konstrukcji, właściwości niezbędne do podjęcia decyzji projektowych, warunkiem wstępnym jest określenie właściwości fizycznych i mechanicznych metodami laboratoryjnymi.
