קביעת המאמצים המותרים ושיטת הביסוס
הגורמים הקובעים את התנגדות הקרקע ונתונים רלוונטיים לקביעת המאמצים והעומסים המותרים. בין השאר מוצגים במאמר ערכים של שיפוע טבעי, נוסחת רנקין ושימוש בכלונסאות.
יציבותו של מבנה תלויה קודם כל בטיב יסודותיו ולכן חשיבותם העליונה של זיהוי קרקע היסוד וקביעת המאמצים שמותר להפעיל על האדמה.
התנגדות הקרקע משתנה מאוד ותלויה בשני הגורמים הבאים:
- הלכידות (קוהזיה), שהיא הכוח בק"ג/מ"ר הנדרש כדי שהאדמה תישפך או תחליק לאורך מישור הפעלת כוח זה. עבור אדמות לא מופרעות הוא מגיע לערכים הבאים:
- מילוי רגיל: 800 ק"ג/מ"ר
- חרסית יבשה: 3,000 ק"ג/מ"ר
- חרסית רטובה: 900 ק"ג/מ"ר
- בוץ: 500 ק"ג/מ"ר
- אדמה טבעית: 1,800 ק"ג/מ"ר
- השיפוע הטבעי של האדמה.
הגדרת השיפוע של אדמה שפוכה נעשית באמצעות שני מספרים המתייחסים לרוחב הבסיס ולגובה.
שיפוע של 8/5 למשל, מגדיר שפיכת האדמה שבסיסה 8 מ' וגובהה 5 מ'.
- השיפוע הטבעי של אדמה הוא הזווית המרבית שאדמה זו יכולה ליצור עם קו אופקי מבל לגלוש. בדוגמה שלפנינו, אם AB הוא הקו של השיפוע הטבעי כל הפריזמה ABE שמעליו נוטה להישפך.
ערכים של שיפוע טבעי | ||
בסיס עבור 1מ' גובה (במ') | זווית מרבית (במעלות) | תיאור האדמה |
1 | 4.5 | אדמה לחה |
1.73 | 30 | אדמה יבשה |
3.27 | 17 | אדמה רטובה |
1.96 | 27 | אדמה עם צרורות |
1.60 | 32 | חול לח |
1.96 | 27 | חול יבש |
1.60 | 32 | חול רטוב |
0.70 | 55 | חרסית לחה |
1 | 45 | חרסית יבשה |
1.23 | 39 | חרסית רטובה |
0 | בוץ נוזלי | |
קביעת עומסים
הנתונים שנאספו בשטח ו/או מקידוחי ניסיון אמורים לסייע בקביעת העומסים המותרים.
בדיקות מעבדתיות יכולות לקבוע נתונים מדויקים יותר ולאפשר שימוש בנוסחאות שונות כגון זו של רנקין (Rankine), המובאת כאן כדוגמה, או של פרנדל או פרוליך.
נוסחת רנקין: P= DH x K
משקלו בק"ג של מ"ק אדמה = D
עומק היסוד מתחת לפני השטח H =
מקדם הקשור עם השיפוע הטבעי = K
ערכים של K
חרסית רטובה: 2.17-מ עד 2.57
מים :1
שברי אבן רטובים: 7.35-מ עד 11
זיפזיף רטוב: 3.53
חול נקי ויבש מאוד: 2.74
אדמה מאוד מהודקת: 97.3
חרסית מהודקת: 206
אדמה חקלאית: 29
אדמה חקלאית קלה ורטובה: 4.5-מ עד 16
בוץ: 1.61
העמסות ניסיוניות אף הן עשויות לאפשר קביעת העומסים המותרים.
פרט למקרים גבוליים, הטבלה הבאה יכולה לשמש כבסיס סביר לחישובים:
שיפור התנאים | בחירת הגבול | מאמץ בק"ג/סמ"ר | תיאור הקרקע |
על ידי העמקת היסוד ניתן להגיע עד ל - 4 ק"ג/ סמ"ר. | מינימלי בקרקע שפיכה מקסימלי בקרקע צפופה | 1-2 | צרורות - דקים |
על ידי העמקת היסוד ניתן להגיע עד ל - 4 ק"ג/ סמ"ר. | מינימלי בקרקע שפיכה מקסימלי בקרקע צפופה | 1-1.50 | צרורות טיניים (תערובת חול וטין) |
כנ"ל אבל עד 3 ק"ג/סמ"ר. | מינימלי בקרקע שפיכה מקסימלי בקרקע צפופה | 0.80-1.50 | צרורות חרסיתיים |
- | מינימלי בקרקע שפיכה מקסימלי בקרקע צפופה | 0.80-1.50 | חול |
כנ"ל אבל עד 2 ק"ג/סמ"ר. | מינימלי בקרקע שפיכה מקסימלי בקרקע צפופה | 0.50-1.50 | חול חרסיתי או טיני |
כנ"ל אבל עד 1.5 ק"ג/סמ"ר. | מינימלי בקרקע שפיכה מקסימלי בקרקע צפופה | 0.5-0.70 | טין |
כנ"ל אבל עד 2.0 ק"ג/סמ"ר. | מינימלי בקרקע שפיכה מקסימלי בקרקע צפופה | 0.70-1.50 | חרסית רזה |
כנ"ל אבל עד 1.0 ק"ג/סמ"ר. | מינימלי בקרקע שפיכה מקסימלי בקרקע צפופה | 0.50-1.00 | חרסית שמנה |
- | מינימלי בקרקע שפיכה מקסימלי בקרקע צפופה | 0.25 | חרסית |
- | - | 8.0 | סלע מסיבי קשה |
- | - | 2.5 | סלע מסיבי רך |
- | - | 1.5 | סלע מבוקע |
עומק היסודות יהיה לא פחות 0.80-מ מ' בקרקע רגילה, 0.30 מ' בסלע רציף 2.50-ו עד 4.50 מ' בקרקע תופחת.
במקרה שנדרשת חפירה בעומק המתקרב ל 4- מ' ואף עובר אותו, תיבחן הכלכליות של מעבר לשימוש בכלונסאות קדוחים או מוחדרים.
חישוב המאמץ המותר
החישוב מתבסס על שתי הדרישות הבאות:
1. מקדם ביטחון נגד חדירת היסוד לתוך הקרקע.
2. שקיעה דיפרנציאלית (שהיא ההפרש בין שקיעת חלקי המבנה השונים) מינימלית הנסבלת על ידי המבנה.
התנגדות הקרקע לחדירת היסוד או תסבולת הקרקע נקבעת כפי שתואר במאמר זיהוי הקרקע והערכים השימושיים מופיעים בטבלה שלעיל.
כלונסאות
הפתרון לביסוס במקרה של קרקע בעלת התנגדות חלשה מדי מכדי לאפשר יסוד באמצעות פלטות או במקרה שנדרשת חפירה שעומקה עולה על 4 מ', הוא השימוש בכלונסאות.
הכלונסאות מעבירים את העומסים לשכבות העמוקות המסוגלות לשאת את העומסים הדרושים, על ידי לחץ אנכי. אם השכבה הנושאת אינה חזקה דיה, יועבר העומס על ידי חיכוך בחלקו התחתון של הכלונס, בנוסף ללחץ האנכי.
הכלונסאות יכולים להיות:
- יצוקים, מבטון מזוין.
- מעץ.
- טרומיים מבטון, המוחדרים לתוך האדמה.
כשנתקלים במים תת קרקעיים משתמשים בחומר מסוג בנטונייט כדי לשמור על יציבות דופן הקידוח ו/או משתמשים בשיטת ה"טרמי" (TREMIE).