Tài liệu Thí nghiệm bàn nén hiện trường theo tiêu chuẩn pháp và tiêu chuẩn việt nam

1 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU............................................................................................................... 6 1.Tổng quan....................................................................................................................... 6 2.Sự cần thiết và lý do chọn đề tài......................................................................................6 3.Mục tiêu của đề tài..........................................................................................................7 4.Phương pháp nghiên cứu.................................................................................................7 5.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...................................................................................7 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NỀN VÀ BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI...................8 1.1. Những khái niệm về ứng suất, biến dạng và các phương pháp xác định.................8 1.1.1. Khái niệm chung..............................................................................................8 1.1.2. Ứng suất do trọng lượng bản thân đất..............................................................8 1.2. Lý thuyết chung về lún của nền đất.......................................................................13 1.2.1. Các dạng chuyển vị của nền đất và nguyên nhân gây lún...............................13 1.2.2. Lý thuyết chung về lún...................................................................................16 CHƯƠNG 2: CÁC THÍ NGHỆM XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN.........20 2.1. Các thí nghiệm theo TCVN...................................................................................20 2.1.1. Phạm vi áp dụng.............................................................................................20 2.1.2. Một số định nghĩa cơ bản...............................................................................20 2.1.3. Quy định chung xác định Môđun biến dạng...................................................20 2.1.4. Thiết bị và dụng cụ.........................................................................................21 2.1.5. Chuẩn bị thí nghiệm.......................................................................................25 2.1.6. Cách tiến hành................................................................................................26 2.1.7. Xử lý kết quả thí nghiệm................................................................................27 2.2. Thí nghiệm bàn nén hiện trường theo tiêu chuẩn Pháp( NF 94-117-1)..................29 2.2.1. Phạm vi áp dụng.............................................................................................29 2 2.2.2. Ký hiệu và viết tắt..........................................................................................29 2.2.3. Nguyên tắc thí nghiệm....................................................................................29 2.2.4. Thiết bị...........................................................................................................29 2.2.5. Quy trình thí nghiệm......................................................................................32 2.2.6. Diễn dịch kết quả............................................................................................35 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH.........36 3.1. Phân tích kết quả thí nghiệm theo tiêu chuẩn Pháp...............................................36 3.2. So sánh phương hai phương pháp thí nghiệm........................................................50 3.2.1. Chuẩn bị đầu vào............................................................................................50 3.2.2. Các bước tiến hành.........................................................................................50 3.2.3. Trị số EV2......................................................................................................52 3.3. Nhận xét chung.....................................................................................................54 3.3.1 Thí nghiệm bàn nén theo tiêu chuẩn Việt Nam...............................................54 3.3.2. Thí nghiện bàn nén Pháp................................................................................54 3.4. Kết luận và kiến nghị................................................................................................55 DANH MỤC HÌ Hình 1.1. 1. Vòng tròn Mohr ứng suất............................................................................9Y Hình 1.2. 1. Khả năng co ngót và trương nở của đất sét...................................................13 Hình 1.2. 2. Các hệ số đối với chuyển vị dưới móng mềm...............................................17 Hình 1.2. 3. Đường cong nén lún e~ σ’ 1 Hình 2.1. 1. Kích thủy lực và tấm nén..............................................................................21 Hình 2.1. 2. Thiết bị chất tải.............................................................................................22 Hình 2.1. 3. Dầm định vị dọc, thiết bị neo giữ và đo biến dạng.......................................22 3 Hình 2.1. 4. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm đất trong hố đào bằng gia tính tải.........................23 Hình 2.1. 5. Sơ đồ thí nghiệm đất bằng gia tĩnh tải trong lỗ khoan..................................23 Hình 2.1. 6. Bố trí thí nghiệm trong lỗ đào và hố khoan..................................................25 Hình 2.1. 7. Quá trình tăng tải và giữ tải..........................................................................26 Hình 2.1. 8. Ghi số đọc tại mỗi cấp áp lực 2 Hình 2.2. 1. Đối tải...........................................................................................................30 Hình 2.2. 2. Sơ đồ đo độ cứng của tấm cứng....................................................................30 Hình 2.2. 3. Tấm cứng thí nghiệm....................................................................................31 Hình 2.2. 4.Thiết bị đo lún...............................................................................................31 Hình 2.2. 5. Chuẩn bị và lắp đặt thiết bị...........................................................................32 Hình 2.2. 6. Kiểm tra thiết bị đo tải trọng và lún..............................................................33 Hình 2.2. 8. Sơ đồ các chu trình xếp dỡ tải trong quá trình thí nghiệm............................33 Hình 2.2. 9. Quá trình dỡ tải 3 Hình 3.1. 1. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 1- Móng 1................................................36 Hình 3.1. 2. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 2- Móng 1................................................37 Hình 3.1. 3. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 3- Móng 1................................................37 Hình 3.1. 4 Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 1- Móng 2.................................................38 Hình 3.1. 5. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 2- Móng 2................................................39 Hình 3.1. 6. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 3- Móng 2................................................39 Hình 3.1. 7. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 1- Móng 3................................................40 Hình 3.1. 8. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 2- Móng 3................................................41 Hình 3.1. 9. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 3- Móng 3................................................41 Hình 3.1. 10. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 1- Móng 4..............................................43 Hình 3.1. 11. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 2- Móng 4..............................................44 4 Hình 3.1. 12. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 3- Móng 4..............................................44 Hình 3.1. 13. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 1- Móng 5..............................................45 Hình 3.1. 14. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 2- Móng 5..............................................46 Hình 3.1. 15. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 3- Móng 5..............................................46 Hình 3.1. 16. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của lớp 1..............................................................47 Hình 3.1. 17. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của lớp 2..............................................................48 Hình 3.1. 18. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của lớp 3 4 Hình 3.2. 1. Biểu đồ quan hệ giữa độ lún S và tải trọng P................................................50 Hình 3.2. 2. Biểu đồ qua hệ giữa độ lún S và tải trong P..................................................51 DANH MỤC BẢ Bảng 1.2. 1. Hệ số Ip khi tính lún đàn hồi cho lớp đất chiều dài vô hạn........................16Y Bảng 2.1. 1. Kiểu và diện tích tấm nén được quy định tùy theo đất thí nghiệm 2 Bảng 3.1. 1. Bảng kết quả của Móng 1.............................................................................36 Bảng 3.1. 3. Bảng kết quả của Móng 2.............................................................................38 Bảng 3.1. 5. Bảng kết quả của Móng 3.............................................................................40 Bảng 3.1. 7. Bảng kết quả của Lớp 3- Móng 3 lần 2........................................................42 Bảng 3.1. 8. Bảng kết quả của Móng 4.............................................................................43 Bảng 3.1. 10. Bảng kết quả của Móng 5...........................................................................45 Bảng 3.1. 12. Kết quả lớp 1 của 5 Móng..........................................................................47 Bảng 3.1. 13. Kết quả lớp 2 của 5 Móng..........................................................................48 5 Bảng 3.1. 14. Kết quả lớp 3 của 5 Móng 4 Bảng 3.2. 1. Dụng cụ thí nghiệm......................................................................................50 Bảng 3.2. 2. Tải trọng P và độ lún S của hai chu kì nén...................................................51 Bảng 3.2. 3. Cấp tải trọng P và độ lún S...........................................................................52 Bảng 3.2. 4. Bảng số liệu các lớp 1 của 5 Móng..............................................................53 6 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tổng quan Là bộ phận chính tiếp nhận phần lớn tải trọng truyền xuống từ phần thân và móng công trình, nền đất đóng một vai trò rất quan trọng đảm bảo cho sự ổn định chung của toàn bộ kết cấu. Nền móng của các công trình xây dựng nhà ở, đường xá, đê điều, đập chắn nước và một số công trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và sự mất ổn định của cả diện tích lớn. Nền đất yếu được hiểu là các dạng cấu trúc địa tầng tự nhiên mà khi sử dụng làm nền công trình có thể gây hậu quả bất lợi; không thể thỏa mãn các trạng thái giới hạn dẫn tới công trình có thể mất ổn định, có thể lún, nghiêng vượt quá giới hạn cho phép hoặc lún kéo dài làm cản trở việc hoàn thành công trình, đưa vào khai thác sử dụng bình thường, đúng tiến độ mong muốn. Với những công trình nền đào đắp và san lấp mặt bằng để xây dựng đường giao thông, đường sắt, sân bay,…việc kiểm tra biến dạng và ổn định của đất nền là vô cùng quan trọng. Nhận thấy sự cần thiết của vấn đề nhóm tác giả đã tập chung nghiên cứu và phân tích các phương pháp thí nghiệm kiểm tra ổn định của nền đất. Có nhiều phương pháp để kiểm tra sức chịu tải của nền sau cải tạo trong đó có thí nghiệm hiện trường bằng bàn nén. Thí nghiệm nén hiện trường bằng bàn nén: tải trọng lên bàn nén được tăng từng cấp cho đến khi đạt độ lún ổn định của công trình. Ở mỗi cấp tải trọng duy trì cho đến khi đất thôi lún để nghiên cứu tính biến dạng theo thời gian của nền đất. Kết quả thí nghiệm là họ các đường cong quan hệ độ lún- thời gian và đường cong quan hệ tải trọng-độ lún. 2. Sự cần thiết và lý do chọn đề tài 7 Trong quá khứ và hiện tại ngành Xây Dựng đã và đang là một trong những ngành kinh tế trọng điểm có vai trò đặc biệt trong nền kinh tế quốc dân. Một công trình xây dựng được hoàn thành là tập hợp của rất nhiều giai đoạn và nhiều ngành nghề trong đó có nghành địa chất công trình. Như nhóm tác giả đã trình bày ở phần tổng quan, sau khi tiến hành khảo sát địa chất thì việc kiểm tra biến dạng và ổn định nền là vô cùng quan trọng. Vì nó giúp ta đánh giá một cách chính xác các chỉ tiêu cơ lí của nền đất, từ đó người kĩ sư có thể tính toán được sức chịu tải của nền đất và đưa ra phương án thiết kế hợp lí công trình xây dựng ở bên trong, trên nền đất. Ở nước ta hiện nay đã đưa ra tiêu chuẩn về phương pháp thí nghiệm bàn nén hiện trường (TCVN 9354:2012). Phương pháp này tiến hành đơn giản, tuy nhiên phải mất nhiều thời gian để có được kết quả và kết quả thu được có độ chính xác là tương đối, khó có thể thỏa mãn nhu cầu của nền xây dựng hiện đại. Nước Pháp – một trong những nước đi đầu trong lĩnh vực Xây Dựng với những công trình mang tầm vóc và biểu tượng của thế giới đã đưa ra tiêu chuẩn về bàn nén hiện trường mang rất nhiều cái mới và ưu việt hơn hẳn so với phương pháp của nước ta. Chính vì thế nhóm tác giả nhận thấy rằng việc nghiên cứu so sánh và đưa phương pháp này vào ứng dụng ở Việt Nam là vô cùng cần thiết. 3. Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu chi tiết về nội dung, nguyên lý của thí nghiệm bàn nén hiện trường theo tiêu chuẩn NF 94-117-1(Pháp). Phân tích, so sánh kết quả thí nghiệm bàn nén theo tiêu chuẩn Pháp và thí nghiệm bàn nén theo tiêu chuẩn Việt Nam. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu tài liệu, tham khảo những kiến thức, kinh nghiệm đã có trước: các tài liệu (sách, báo, tiêu chuẩn, quy phạm, các kết quả nghiên cứu đã được công bố,...) trong và ngoài nước về các vấn đề có liên quan, các báo cáo tổng kết đề tài, các dự án thực tế có sử dụng bàn nén hiên trường theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Pháp thực hiên tại Việt Nam. Phương pháp thực nghiệm: dựa vào kết quả thí nghiệm bàn nén theo 2 tiêu chuẩn Pháp và Việt Nam tiến hành so sánh, phân tích đánh giá ưu nhược điểm của 2 phương pháp này. 8 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Mô đun biến đạng EV của đất nền dựa trên thí nghiệm bàn nén hiên trường theo tiêu chuẩn Pháp và Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu: Tính toán mô đun biến dạng thông qua thí nghiệm hiện trường. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NỀN VÀ BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI 1.1 . Những khái niệm về ứng suất, biến dạng và các phương pháp xác định 1.1.1. Khái niệm chung Có nhiều nguyên nhân gây ra ứng suất trong đất thường gặp hơn cả là trọng lượng bản thân đất, sự thay đổi nước ngầm trong đất và tải trọng từ công trình tác dụng lên đất thông qua móng. Ứng suất trong đất liên quan chặt chẽ với biến dạng của đất và khả năng tiếp nhận tải trọng từ công trình (sức chịu tải của nền) là những biểu hiện cơ học quan trọng có thể gây ảnh hưởng đến việc khai thác và sử dụng công trình. 1.1.2. Ứng suất do trọng lượng bản thân đất a. Trường hợp nền đồng nhất Xét trường hợp nền đất khô đồng nhất có trọng lượng riêng γ (z) trong điều kiện mặt đất nằm ngang, ổn định. Từ điều kiện cân bằng theo phương đứng của phân tố tách ra tại M tại độ sâu z ta có: σ z =γ z (1.1) b. Trường hợp nền phân lớp Thường gặp hơn cả trong thực tế là nền đất bao gồm nhiều lớp có chiều dày hữu hạn và trong phạm vi mỗi lớp có thể chấp nhận γ = const. Gọi chiều dày lớp thứ i là h i và trọng lượng riêng tương ứng là γ i. Ta có công thức: 9 n−1 [ n−1 σ z =∑ γ i h i + γ n z−∑ h i i=1 i=1 ] (1.2) c. Hậu quả của sự thoát nước và sự thay đổi thể tích Đất có thể coi là sự kết hợp mật thiết của nước và các hạt rắn, cả 2 đều có đặc tính đàn hồi. Đất khác hầu hết với các vật liệu rắn ở chỗ tỷ lệ thể tích tương đối giữa nước và hạt đất có thể thay đổi dưới tác dụng của ứng suất. Khi nước lỗ rỗng của khối đất bão hòa nước chịu sự gia tăng áp suất thì nước có xu hướng chảy ra xung quanh nơi có áp suất lỗ rỗng thấp hơn hoặc không tăng, tốc độ phụ thuộc vào tính thấm của đất. Trong đất cát và sỏi tốc độ thấm lớn, trong đất sét và bụi thì rất nhỏ gọi là những điều kiện không thoát nước và thoát nước. Biến dạng dài có thể biểu thị bằng sự thay đổi chiều dày ( ∆ h¿ hoặc sự thay đổi hệ số rỗng ( ∆ e ¿: ∆h ∆e = h 1+ e hoặc ⅆε = −dh −de = h 1+ e Khi e được vẽ theo hàm loga, đồ thị các đường nén, đường nở và đường nén lại – một cách lý tưởng- bao gồm hai đường thẳng. Giá trị ứng suất trước cố kết có thể nhận được từ độ dốc của các đường cố kết bình thường và đường nở. Từ đường cố kết bình thường : e = e DC - C clogσ ' d. Phân tích ứng suất dựa vào vòng tròn Mohr 10 Hình 1.1. 1. Vòng tròn Mohr ứng suất Trong trường hợp phá hoại trượt hoặc biến dạng dẻo liên tục, vòng Mohr biểu thị ứng suất pháp và ứng suất tiếp trên mặt trượt là vòng tròn giới hạn. Các vòng Mohr giới hạn với các ứng suất pháp khác nhau có 1 đường tiếp tuyến chung gọi là đường bao phá hoại. Phương trình của đường bao phá hoại: τ f ’ = c’ + σ n’tgφ ' (1.3) 11 Từ quan hệ hình học của vòng Mohr và đường phá hoại ta có góc của mặt phá hoại là: o o ' α f =0.5 ( 90 + φ )=45 + φ /2 (1.4) e. Phân tích bằng cách sử dụng các đường ứng suất - Các đường ứng suất trong hệ tọa độ σ /ε - Các đường ứng suất trong hệ tọa độ σ 1’/σ 3’ - Các đường ứng suất trong hệ tọa độ t’/s’ - Các đường ứng suất trong hệ tọa độ q’/p’ f. Lý thuyết trạng thái giới hạn Lí thuyết trạng thái tới hạn nêu ra mô hình thống nhất cho tính chất của đất. Lí thuyết đã nêu ra mô hình trong đó đất chuyển sang dẻo ở thể tích giới hạn ( v c=1+e c ), nghĩa là chuyển từ tính chất đàn hồi thuần túy đến tính chất đàn hồi – dẻo. Sự dẻo hoặc sự trượt cắt được xem như xảy ra do tổ hợp của ứng suất hữu hiệu và thể tích riêng trùng với một mặt trạng thái biên. g. Áp suất tiếp xúc Áp suất tiếp xúc là cường độ tải trọng được truyền từ đai móng tới nền đất. Sự phân bố áp suất tiếp xúc phụ thuộc vào cả độ cứng của móng và độ cứng của nền đất. Khi móng tựa lên đất cứng hoặc đá có mô đun biến dạng lớn, tải trọng được truyền lên phạm vi diện tích tương đối nhỏ gây nên cường độ ứng suất lớn. Trên nền đất có độ cứng nhỏ hơn, tải trọng sẽ được phân bố sang phía bên làm cho giá trị áp suất tiếp xúc nhỏ hơn; đối với nền đất mền yếu áp suất tiếp xúc có thể là gần như phân bố đều. h. Nền đất được coi như bán không gian đàn hồi Mô hình dùng để phân tích ứng suất là một bán không gian đàn hồi, cũng cần thiết phải thừa nhận mô hình khối đất là đồng nhất và là đàn hồi đẳng hướng. Việc chấp nhận những giả định trên có ý nghĩa với điều kiện là các giá trị ứng suất còn nhỏ hơn ứng suất 12 gây nên sự dẻo của đất và các giới hạn phía dưới và phía ngang ở khoảng cách khá xa so với kích thước công trình. i. Ứng suất do tải trọng tập trung đặt trên bề mặt  z= Thừa số tải trọng: Ip = 3 z5 2 π R5 = P z2 Ip 3 2π [ 1 Ứng suất pháp và ứng suất tiếp:  z = z2 (1.5) 1 r 1+ z 2 () ]5/2 k ∑ (PIp). 1 k. Ứng suất do tải trọng liên tục Móng băng là các tải trọng có kích thước chiều dài rất lớn so với chiều rộng. Chúng thường tác dụng một tải trọng phân bố đều hoặc như đều dọc theo chiều dài. Tải trọng phân bố đều: tìm các ứng suất chính ở điểm đã cho sau đó dùng vòng tròn Mohr ứng suất xác định ứng suất theo phương trực giao dựa vào góc α và β . l. Ứng suất do tải trọng phân bố đều gây ra Ứng suất thẳng đứng ở chiều sâu z là: 1  z = q{1- [ a 1− 2 (z) ] 3/2 } (1.6) m. Ứng suất thẳng đứng do tải trọng phân bố đều trên diện chữ nhật  z = qIR I R Có thể được xác định bằng bảng theo các trị số L/z và B/z. (1.7) n. Những chuyển vị đàn hồi Việc xem xét đất dưới móng là vật thể đàn hồi cũng được chấp nhận để xác định chuyển vị bề mặt, nghĩa là độ lún do sự nén ép đàn hồi. Trong trường hợp tải trọng phân bố đều, chuyển vị thẳng đứng bề mặt của một lớp đất có chiều sâu vô hạn: qB 2 S = E (1- v ) Ip q - Cường độ áp suất tiếp xúc (1.8) 13 B - Kích thước ngang nhỏ nhất v - Hệ số Poisson I p- Thừa số ảnh hưởng đối với chuyển vị thẳng đứng. 1.2. Lý thuyết chung về lún của nền đất 1.2.1. Các dạng chuyển vị của nền đất và nguyên nhân gây lún a. Nén chặt Nén chặt là quá trình các hạt đất bị ép chuyển sang trạng thái lèn chặt hơn cùng với sự giảm tương ứng về thể tích và khí thoát ra. Nguyên nhân có thể do trọng lượng bản thân hoặc tải trọng phụ trên mặt đất sinh ra. b. Cố kết Quá trình nước lỗ rỗng trong đất dính bão hoà thoát ra do tải trọng tác dụng tăng lên gọi là quá trình cố kết. Thể tích giảm dần cho tới khi áp lực nước lỗ rỗng ở bên trong đạt cân bằng, việc giảm tải trọng có thể gây ra trương nở làm cho đất duy trì sự bão hoà. Đất nhạy cảm nhất là đất bùn và đất sét cố kết bình thường. Than bùn và đất than bùn có tính ép co khá cao, kết quả là dưới tải trọng mức độ vừa phải, bề dày lớp thay đổi nhiều, có thể đạt dến 20%. c. Biến dạng đàn hồi Khi chịu tải trọng thì tất cả các vật liệu rắn đều biến dạng. Đất có bản chất riêng biệt, biến dạng một phần là do nén chặt hay cố kết như vừa đề cập ở trên, phần khác do biến dạng đàn hồi. Trong tất cả các loại đất, biến dạng đàn hồi xảy ra hầu như ngay sau khi tải trọng tác dụng. Độ lún gây bởi quá trình này gọi là độ lún tức thời. d. Sự thay đổi độ ẩm Một số loại đất sét có sự tăng hay giảm thể tích đáng kể khi độ ẩm tương ứng tăng hay giảm. Đất sét biểu hiện các đặc trưng này được gọi là đất sét co ngót hay trương nở. Địa tầng liên quan với đất sét co ngót là sét Lower Lias, sét Oaford, sét Kimmeridge,… 14 Hình 1.2. 1. Khả năng co ngót và trương nở của đất sét e. Ảnh hưởng của thực vật Một yếu tố khác kết hợp với đất sét có tính dẻo cao để gây ra lún là ảnh hưởng của rễ cây. Bán kính ảnh hưởng của một số hệ rễ lớn hơn chiều cao của cây, có thể đạt đến độ sâu vài mét. Cách xa một rặng bạch dương là 25m, chuyển vị của một móng nhà ở ghi được là 100m. Việc di chuyển các cây có nghĩa là làm cho đất ẩm hơn và vì thế xảy ra giãn nở. Ở nơi đất sét có tính co ngót phải điều chỉnh cẩn thận các cây có hạt trồng kề với công trình. Một quy tắc hữu hiện là luôn luôn để cây mới trồng cách xa công trình ít nhất 1.5 lần chiều cao hoàn thiện của cây. f. Ảnh hưởng của việc hạ thấp mực nước ngầm Lún có thể sinh ra do sự hạ thấp mực nước này trong điều kiện thuỷ tĩnh bởi hai quá trình: Thứ nhất, trong một số đất sét việc giảm độ ẩm sẽ sinh ra việc giảm thể tích do quá trình co ngót và trương nở. Đất ở trên mực nước ngầm hạ thấp có thể bị co ngót. Thứ hai, việc giảm áp lực nước lỗ rỗng thuỷ tĩnh tạo nên sự tăng ứng suất hiệu quả của lớp phủ trên các lớp nằm dưới. Vì vậy, đặc biệt là đất hữu cơ, đất sét yếu nằm dưới mực nước ngầm hạ thấp có thể cố kết do ứng suất hiệu quả tăng lên. 15 g. Ảnh hưởng của thấm và xói mòn Xói mòn là hiện tượng vật liệu được chuyển dời do nước trên mặt sông suối, hay xảy ra tại nơi các kênh tiêu hay đường ống dẫn nước bị vỡ. Ở nơi hố móng đào dưới mực nước ngầm nằm bên trong đê quai thì cũng tương tự, dòng thấm từ dưới gây ra dạng mất ổn định gọi là mạch đùn. Trong vùng khô hạn, đất cùng loại có thể bị xói mòn do hoạt động của gió. Trong một số đất đá nhất định, kết dính khoáng vật có thể bị hoà tan do nước ngầm vận động. Sự lún sụt các hang động có thể gây ra lún trong phạm vi lớn. h. Ảnh hưởng của sự biến đổi nhiệt độ Khi đất sét ở dưới các móng lò sưởi, lò nung vôi, lò gạch,... bị khô đi thì có thể xảy ra co ngót nghiêm trọng. Khi duy trì ở nhiệt độ thấp, một số loại đất như đất bùn, cát mịn, đất phấn vôi và trong bản thân đá phấn có thể sảy ra đông nở. Lúc đóng băng, nước trương nở khoảng 9% và vì thế lớp đất bảo hòa giày 1 m có độ rỗng 45% có thể trương nở tới 40 mm. i. Mất khả năng chống đỡ hông Một dạng chuyển vị phổ biến dẫn đến nghiêm trọng thậm chí là thảm họa có liên quan đến việc đào các hố sâu theo móng công trình. Sức chịu của đất trực tiếp dưới móng phụ thuộc vào sức chống đỡ hông tạo bởi đất ở dọc mặt bên: trong việc tính toán sự chịu tải cực hạn của đất có sét yếu tố này. Nếu sức chống đỡ mặt bên bị mất đi như trường hợp hố móng không có ván gỗ chống đỡ, thì rất có thể sinh ra trượt do cắt của đất ở dưới móng, sẽ đưa móng rơi vào trong hố đào. k. Ảnh hưởng của sụt do đào mỏ Phương pháp đào mỏ than thông dụng là phương pháp tường dài trong đó than được khai thác qua một gương lò rộng. Khi công việc tiến triển, vật liệu thải chiếm một phần khoảng trống và kết cấu chống đỡ mỏ được chuyển đi, rồi vòm dần dần vỡ xuống kéo theo nó toàn bộ lớp phủ cho tới mặt đất, nơi đó sẽ xảy ra lún. Sóng lún rõ ràng xuất hiện ở mặt đất, chuyển vị chậm sau đó chút ít và sau đó theo hướng tiến của gương lò than. Có khả năng tính được phạm vi của hiện tượng lún này và dự đoán thời gian trễ của nó. Phải có sự bảo vệ của công trình chống lại tác động của lún sụt phù hợp với luật hoặc có sự bồi thường. Biện pháp bảo vệ nằm trong hai hướng sau: 16 - Điều chỉnh đào mỏ, như để lại những cột trụ, đào theo dải. - Kết cấu công trình có dạng đạc biệt như kết cấu khớp, móng bê tông . 1.2.2. Lý thuyết chung về lún Tổng quan về lún nền đất gồm lún đàn hồi và độ lún cố kết. S =Si + (Sc +Sa ) (1.9) S: độ lún tổng cộng Si: độ lún tức thời (lún do biến dạng đàn hồi) Sc: độ lún cố kết sơ cấp Sa: độ lún cố kết thứ cấp a. Độ lún tức thời Si Là độ lún tức thời xảy ra ngay sau khi đặt tải trọng - biến dạng của khối đất bão hòa không thoát nước chịu tác dụng của tải trọng tương tự trạng thái của vật thể đàn hồi và nó có biến dạng tương đối nhỏ. -Khi nền là đồng nhất và có chiều sâu vô hạn: (áp dụng khi h/b>2) : Công thức của Giroud: S=.(1-v2).Ip Trong đó: p: cường độ áp lực tiếp xúc (1.10) b: chiều rộng của móng ν: hệ số poisson E: mô đun đàn hồi Bảng 1.2. 1. Hệ số Ip khi tính lún đàn hồi cho lớp đất chiều dài vô hạn HÌNH DẠNG MÓNG MỀM TÂM GÓC TRUNG MÓNG 17 BÌNH 1.000 0.640 0.850 CỨNG 0.790 1.0 1.122 0.561 0.946 0.820 1.5 1.358 0.679 1.148 1.060 2.0 1.532 0.766 1.300 1.200 3.0 1.783 0.892 1.527 1.420 4.0 1.964 0.982 1.694 1.580 5.0 2.105 1.052 1.826 1.700 10.0 2.540 1.270 2.246 2.100 100.0 4.010 2.005 3.693 3.470 TRÒN Chữ nhật Trong điều kiện không thoát nước thì v = vu = 0.5 và E xác định được từ thí nghiệm nén ba trục không thoát nước. -Khi nền là đồng nhất và có chiều sâu hạn chế: (khi h/b<2) Công thức Janbu và đồng nghiệp (1956) đưa ra tính lún đàn hồi cho trường hợp ν ≈ 0.5 như sau: S=.(1-v2).µ0. µ1 (1.11) E: mô đun đàn hồi không thoát nước µ0,µ1 :hệ số phụ thuộc vào chiều rộng, chiều sâu đặt móng cũng như chiều dày lớp đất dưới đáy móng (tra biểu đồ). 18 Hình 1.2. 2. Các hệ số đối với chuyển vị dưới móng mềm b. Lún cố kết *Lún cố kết sơ cấp Sc Độ lún cố kết xảy ra do giảm thể tích nước lỗ rỗng của đất nền dưới đáy móng và độ lún xảy ra do giảm thể tích theo thời gian. Tính lún trên đường cong nén lún e~ σ’: E o. Hình 1.2. 3. Đường cong nén lún e~ σ’ 19 Độ lún được tính theo công thức sau: Sc = e 1−e 2 β . h; Sc= .∆ σ’z.h 1+ e 1 Eo (1.12) *Lún cố kết thứ cấp Si Theo lý thuyết của Terzaghi, một mô hình hoàn hảo của trạng thái cố kết thì sau khi áp lực nước lỗ rỗng dư đã hoàn toàn triệt tiêu, đất sẽ không nén thêm nữa. Việc nghiên cứu các đường cong điển hình e-log thời gian chỉ ra rõ rằng là không xảy ra như vậy. Phần cuối của đường cong e~log thời gian tìm được thường dốc và gần như tuyến tính. Đó là giai đoạn cố kết thứ cấp (nén thứ cấp) và thường là kết quả của một số dạng của cơ chế từ biến liên quan với cấu trúc của đất. cα t sα= 1+ e 1 .h.log( tp ) t: thời điểm xác định độ lún thứ cấp. tp: thời điểm kết thúc quá trình cố kết sơ cấp. Cα: hệ số nén thứ cấp (sự thay đổi bề dày đơn vị cho mỗi log – chu kỳ của thời gian sau khi U=1.0 đã bị vượt, lấy theo tỷ lệ Cα thường trong phạm vi 0.025 ~ 0.1 Cc. Cc 20 CHƯƠNG 2: CÁC THÍ NGHỆM XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN 2.1. Các thí nghiệm theo TCVN xác định mô đun biến dạng của đất nền tại hiện trường bằng tấm nén phẳng (tiêu chuẩn quốc gia – TCVN 9354:2012) 2.1.1. Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định mô đun biến dạng của đất nền trong phạm vi chiều dày bằng hai đến ba lần đường kính tấm nén, nhằm tính toán độ lún của công trình. Tiêu chuẩn này áp dụng cho đất loại sét, đất loại cát và đất hòn lớn trong điều kiện hiện trường. Ở thế nằm và độ ẩm tự nhiên hoặc sau khi san lấp và đầm, nén đến độ chặt yêu cầu. 2.1.2. Một số định nghĩa cơ bản a. Môđun biến dạng của đất Là hệ số tỉ lệ giữa gia số của áp lực thẳng đứng tác dụng lên tấm nén với gia số tương ứng của độ lún tấm nén; đặc trưng biểu thị khả năng chịu nén của đất; được quy ước lấy trong đoạn quan hệ tuyến tính. b. Áp lực tự nhiên của đất Áp lực thẳng đứng trong khối đất tại một độ sâu do trọng lượng bản thân của các lớp nằm trên. c. Phụ tải Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đất thông qua diện tích phụ thêm quanh tấm nén. d. Cấp gia tải Lượng tải trọng tác dụng lên tấm nén khi thí nghiệm gia tải từng cấp. 2.1.3. Quy định chung xác định Môđun biến dạng