تأثير منسوب المياه الجوفية على قدرة التحمل للأساسات السطحية الضحلة

قدرة التحمل هي الحد الأقصى للحمل الذي يمكن أن يتحمله بروفايل التربة قبل الخضوع للتشوه المفرط وفشل القص النهائي. من المفهوم جيدًا أن عمق منسوب المياه الجوفية يمكن أن يؤثر على قوة التربة، لكن ارتفاع منسوب المياه لا يشير بالضرورة إلى أن التربة ضعيفة كما يساء فهمها في بعض الأحيان. ومع ذلك، فإن وجود المياه الجوفية في التربة يمكن أن يقلل القوة بسبب الطريقة التي تؤثر بها المياه على وحدة وزن التربة ومعلمات مقاومة القص - التماسك (c) وزاوية الاحتكاك الداخلي (ϕ).

تأثير منسوب المياه الجوفية على قدرة التحمل للأساسات السطحية الضحلة

إذا أخذنا في الاعتبار معادلة قدرة تحمل Terzaghi العامة؛

qult = cNc + DfNq + 0.5γbNγ

سوف نكتشف أن المعادلة تحتوي على مصطلحات للتماسك (c) وزاوية الاحتكاك الداخلي (ϕ) ووحدة وزن التربة أو الكثافة (γ). تعتمد عوامل قدرة التحمل Nc و Nq و Nγ على زاوية الاحتكاك الداخلي. عندما تكون التربة مغمورة ، يجب استخدام وحدة وزن التربة الفعال (γ ′) في حساب قدرة التحمل.

γ ′ = γsat - γw

حيث؛

γ ′ = وحدة الوزن الفعال للتربة

γsat = وحدة وزن المشبعة للتربة

γw = وحدة وزن الماء

كما يتضح من المعادلة (الثانية) ، فإن وحدة الوزن أو الكثافة الفعالة γ ′ هو حوالي نصف وحدة الوزن المشبعة؛ وبالتالي، سيكون هناك انخفاض بنسبة 50٪ تقريبًا في قيمة الجزء المقابل في صيغة قدرة التحمل. وبالمثل، يجب استخدام معلمات الإجهاد الفعالة ، c ′ و φ ′ ، التي يتم الحصول عليها من اختبار مناسب في المختبر، على عينة مشبعة من التربة. وتجدر الإشارة إلى أن الماء يؤثر أيضًا على معلمات مقاومة القص c و φ ′ ولكن آثارهما عادة ما تكون صغيرة جدًا بحيث يتم تجاهلها.

يجب أن يكون واضحًا الآن أن موقع منسوب المياه الجوفية وتقلباته الموسمية له تأثير على قدرة تحمل الأساس. إذا كان منسوب المياه الجوفية على عمق كبير من قاعدة الأساس، فلن يكون هناك أي تأثير أو انخفاض في قدرة التحمل.

في تصميم القواعد، يتم تعيين الحد الأدنى للعمق أسفل قاعدة الأساس التي لا يُتوقع أن يكون لمنسوب المياه فيها تأثير على قدرة التحمل بقيمة مساوية لعرض القاعدة. وذلك لأن الحد الأقصى لعمق منطقة فشل القص أسفل القاعدة لا يُتوقع أن يتجاوز هذه القيمة بشكل عادي.

ومع ذلك، إذا كان منسوب المياه الجوفية أعلى من هذا المستوى، فسيحدث انخفاض في قدرة التحمل. إذا كان منسوب المياه الجوفية عند مستوى قاعدة الأساس، يجب استخدام γ ′ بدلا من γ في الجزء الثالث من المعادلة الأولى، الذي يشير إلى مساهمة وحدة وزن التربة في قدرة التحمل أسفل قاعدة الأساس.

لذلك ، عادة ما يتم النظر في ثلاث حالات عند تصميم القواعد تحت تأثير منسوب المياه الجوفية؛

الحالة الأولى: إذا كان منسوب المياه الجوفية موجودًا بحيث يكون عمق منسوب المياه الجوفية (D1) أكبر من الصفر وأصغر من عمق منسوب التأسيس (منسوب المياه فوق منسوب القاعدة)، يأخذ العامل q في معادلات قدرة التحمل الشكل ؛

q = D1γ + D2 (γsat - γw)

حيث D2 هو العمق المغمور من عمق التأسيس = Df-D1

الحالة الثانية: إذا كان منسوب المياه الجوفية موجودًا بحيث يكون عمق منسوب المياه d أكبر من أو يساوي صفر وأصغر من أو يساوي عرض الأساس B (منسوب المياه مع منسوب القاعدة أو داخل العمق d) ، يأخذ العامل q في معادلات قدرة التحمل الشكل ؛

q = γDf

يجب استبدال العامل γ في المدة الأخيرة من معادلة قدرة التحمل بالعامل؛

ỹ = γ ’+ d / B (γ - γ’)

عمق منسوب المياه الجوفية

الحالة الثالثة: عندما يكون منسوب المياه الجوفية مثل d ≥ B، فإن منسوب المياه الجوفية لن يكون له أي تأثير على قدرة التحمل.

مثال عملي على تأثير المياه الجوفية على قدرة تحمل التربة للأساسات السطحية

قاعدة مربعة طول ضلعها 2 متر ، تخضع لحمل عمودي مركز، على عمق 1.0 متر تحت سطح الأرض في رواسب عميقة من الرمل المضغوط ، φ ′ = 30 درجة ، و γsat = 19 كيلو نيوتن / متر مكعب. يجب تحديد قدرة التحمل المسموح بها باستخدام نظرية Terzaghi عندما يكون منسوب المياه الجوفية عند ؛

(أ) عند 5 أمتار تحت سطح الأرض

(ب) على سطح الأرض

(ج) في الجزء السفلي من قاعدة الأساس

(د) على عمق 1 متر تحت قاعدة الأساس

الحل

للقاعدة المربعة وفقًا لنظرية تزارغي؛

qult = γDfNq + 0.4γbNγ

Nq = 22.46

Nγ = 19.13

(أ) إذا كان منسوب المياه الجوفية عند 5 أمتار تحت السطح وعمق التأسيس 1 متر يكون عمق منسوب المياه 4 متر أسفل قاعدة الأساس وهو أكبر من عرض القاعدة، وبالتالي لن يكون لمنسوب المياه أي تأثير على قدرة التحمل؛

qult = γDfNq + 0.4γbNγ = (19 × 1 × 22.46) + (0.4 × 19 × 2 × 19.13) = 717.516 Kn / m 2

(ب) إذا كان منسوب المياه الجوفية على سطح الأرض؛

γDf = Df (γsat - γw) = 1 × (19 - 9.81) = 9.19 Kn / m 2

γ ′ = γsat - γw = (19 - 9.81) = 9.19 kN / m3

qult = γDfNq + 0.4γ’bNγ = (9.19 × 22.46) + (0.4 × 9.19 × 2 × 19.13) = 347.05 Kn / m 2

(ج) إذا كان منسوب المياه الجوفية في أسفل القاعدة؛

γDf = (1 m × 19) = 19 Kn / m 2

γ ′ = γsat - γw = (19 - 9.81) = 9.19 kN / m3

qult = γDfNq + 0.4γ’bNγ = (19 × 22.46) + (0.4 × 9.19 × 2 × 19.13) = 567.38 Kn / m 2

(د) إذا كان منسوب المياه الجوفية عند متر واحد تحت القاعدة ؛

γDf = (1 م × 19) = 19 كيلو نيوتن / م 2

ỹ = γ ’+ d / B (γ - γ’) = 9.19 + [(1/2) × (19 - 9.19)] = 14.095 kN / m3

qult = γDfNq + 0.4ỹbNγ = (19 × 22.46) + (0.4 × 14.095 × 2 × 19.13) = 642.45 kN / m2

من النتائج المذكورة أعلاه ، لوحظ ما يلي ؛

(1) عندما يكون منسوب المياه الجوفية على سطح الأرض، تقل قدرة التحمل بنسبة 51.63٪.

(2) عندما يكون منسوب المياه الجوفية في أسفل القاعدة، تقل قدرة التحمل بنسبة 20.92٪.

(3) عندما يكون منسوب المياه الجوفية عند 1 متر تحت القاعدة، تقل قدرة التحمل بنسبة 10.46٪.

(4) عندما يكون منسوب المياه الجوفية عند عمق أكبر من عرض الأساس أو القاعدة مقاسا من بعد عمق التأسيس، يتم إهمال تأثير المياه الجوفية.