Какво е носимост на почвата?
Носимостта на почвата е максималното налягане, което тя може да поеме от фундамента, без да загуби устойчивост (без разрушаване) или без да допусне прекомерно слягане. Тя е основният параметър, определящ размерите на фундамента – при дадено натоварване от сградата и известна носимост на почвата, проектантът изчислява необходимата площ на фундамента.
Носимостта не е постоянна характеристика на почвата – тя зависи от много фактори: вида и якостните параметри на почвата, дълбочината на залагане на фундамента, размерите и формата на фундамента, нивото на подпочвените води и наклона на натоварването. Разграничаваме гранична носимост (максималното налягане преди разрушаване) и допустима носимост (граничната носимост, делена на коефициент на сигурност).
Якостни параметри на почвата
Носимостта на почвата зависи от два основни якостни параметъра:
- Ъгъл на вътрешно триене (φ) – характеризира способността на несвързаните почви (пясъци, чакъли) да се съпротивляват на срязване. Стойностите варират от 25° за рохкав пясък до 45° за плътен чакъл.
- Кохезия (c) – характеризира слепващата сила между частиците при глинестите почви. Стойностите варират от почти 0 за меки тини до 200–300 kPa за твърди глини.
Тези параметри се определят от лабораторни изпитвания (триаксиално изпитване, директно срязване) или от полеви изпитвания (CPT, SPT). Точното им определяне е критично – грешка от 10% в φ може да доведе до грешка от 30–40% в изчислената носимост.
Формула на Тержаги
Карл Тержаги (1943) е формулирал първото систематично решение за носимоспособността на плитките фундаменти, използвано и до днес в основната си форма:
q_u = c · N_c + q · N_q + 0.5 · γ · B · N_γ
където q_u е граничното налягане, c е кохезията, q е геостатичното налягане на нивото на основата на фундамента, γ е специфичното тегло на почвата, B е ширината на фундамента, а N_c, N_q и N_γ са безразмерни коефициенти на носимост, зависещи от ъгъла на вътрешно триене φ.
Тази формула предполага централно вертикално натоварване и хоризонтална основа. За наклонено натоварване, наклонена основа или ексцентрично натоварване се въвеждат корекционни коефициенти (Hansen, Meyerhof, Vesic).
Влияние на нивото на подпочвените води
Нивото на подпочвените води оказва значително влияние върху носимостта на почвата. Когато водата е над основата на фундамента, специфичното тегло на почвата под нивото на водата трябва да се замени с плаващото специфично тегло (γ' = γ_sat – γ_w ≈ 10 kN/m³ вместо 18–20 kN/m³). Това намалява третия член на формулата на Тержаги почти наполовина. При напълно наводнена основа носимостта може да е с 20–40% по-ниска от тази при сухи условия.
Ексцентрично натоварване
В реалното строителство натоварването рядко е централно – момент от вятър, от сеизмични сили или от конструктивни особености измества резултантата от центъра на фундамента. При ексцентрично натоварване разпределението на напрежението под фундамента е неравномерно. Еврокод 7 въвежда концепцията за ефективна ширина на фундамента B' = B – 2e, където e е ексцентрицитетът. При голяма ексцентричност частта от фундамента, изложена на опън, „отлепва" от почвата и не участва в носенето.
Носимост при наклонено натоварване
Хоризонталните сили от вятър, от сеизмика или от наклонена конструкция намаляват носимостта на фундамента. Прилагат се наклонени корекционни коефициенти i_c, i_q и i_γ. При голяма хоризонтална компонента (повече от 30% от вертикалната) носимостта може да спадне с 40–60%. В такива случаи пилотни фундаменти са по-подходящи, тъй като хоризонталните сили се поемат от страничния пасивен натиск по тялото на пилота.
Полеви изпитвания за носимост
Статично натоварване на плоча
Директното изпитване чрез постепенно натоварване на стоманена плоча с известни размери дава кривата налягане-слягане, от която се отчитат пропорционалният предел и граничното налягане. Изпитването е скъпо и трудоемко, но е най-достоверното. Стандартът БДС EN ISO 22476-13 описва процедурата.
SPT и носимост
N-числото от SPT (Standard Penetration Test) се използва директно за ориентировъчна оценка на носимостта на пясъчните почви. Многобройни емпирични корелации (Meyerhof, Schmertmann) свързват N с допустимото налягане. Тези корелации са с широки доверителни интервали и трябва да се прилагат с внимание.
CPT и носимост
При CPT конусното съпротивление q_c е директно свързано с носимоспособността на почвата. Методите на Robertson, Schmertmann и Lunne позволяват изчисляване на носимостта от CPT профила с добра надеждност.
Носимост при сеизмични условия
При земетресение носимостта на почвата трябва да се провери за комбинираното вертикално и хоризонтално натоварване. Еврокод 8 въвежда корекционни коефициенти в зависимост от ускорението на основата и вида на почвата. При пясъчни, наситени с вода почви рискът от втечняване може изцяло да елиминира носимостта – в такива случаи са необходими специални мерки (стабилизация, пилоти).
Гранично равновесие срещу деформационен подход
Традиционният подход (Еврокод 7, Метод А) проверява носимостта спрямо граничното равновесие с коефициент на сигурност. Съвременният деформационен подход (Метод Б) проверява допустимостта на очакваното слягане. Двата подхода дават различни размери на фундамента при различни условия – при слаби, компресируеми почви деформационният подход е по-ограничителен, при здрави почви – ограничителен е подходът с носимост.