Cơ học đất - Chương 4: Dự tính độ lún của nền móng công trình

CƠ HỌC ĐẤT Chương 4 Dự tính độ lún của nền móng công trình Mở đầu • Các công trình tác dụng lên đất một tải trọng → khối đất dưới công trình sẽ bị lún • Quá trình lún xảy ra phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng chủ yếu là phụ thuộc tải trọng công trình và điều kiện đất nền • Lún gây nguy hiểm cho các công trình, do đó yêu cầu phải dự tính được độ lún của công trình – Độ lún theo thời gian – Độ lún ổn định Lún đều Lún lệch Dự tính độ lún ổn định của đất nền dựa trên kết quả của lý thuyết đàn hồi • Xem nền đất là một bán không gian đàn hồi, có thể áp dụng công thức chuyển vị của Boussinessq để tính độ lún của nền 2 3 (1 ) 1 W 2(1 ) 2 P z E R R            Chuyển vị thẳng đứng: E: module biến dạng Dự tính độ lún ổn định của đất nền dựa trên kết quả của lý thuyết đàn hồi Trường hợp đế móng vuông hoặc tròn, tải trọng phân bố đều, thì độ lún của móng được tính bằng công thức sau: 2(1 )pb S E    p: ứng suất gây lún b: chiều rộng móng (hoặc đường kính móng tròn) ω: hệ số phụ thuộc hình dạng, kích thước đáy móng → tra bảng ωo: hệ số để tính độ lún tại tâm móng mềm ωc: hệ số để tính độ lún tại góc móng mềm ωm: hệ số để tính độ lún trung bình của móng mềm ωconst: hệ số để tính độ lún tại tâm móng cứng Dự tính độ lún ổn định của đất nền dựa trên kết quả của lý thuyết đàn hồi • Lưu ý: – Đây là biến dạng không thoát nước và có giá trị nhỏ → có lẽ đúng với móng khi ứng suất thực bằng 1/3 ứng suất cực hạn – Chỉ sử dụng hợp lý khi lớp đất có bề dày lớn hơn 2 lần bề rộng (h > 2b) – Đây là độ lún tức thời? Dự tính độ lún ổn định của đất nền bằng phương pháp tổng phân tố • Áp dụng: khi nền đất có nhiều lớp đất khác nhau • Nội dung của phương pháp này là chia nền đất dưới móng công trình trong vùng chịu nén thành nhiều lớp, tính độ lún của mỗi lớp rồi cộng kết quả lại • Giả thiết: khi nền đất có chiều dày rất lớn, móng có kích thước không lớn (bề rộng hoặc đường kính móng ≤10m) 1 n iS S • Bài toán: móng có kích thước b x l, chôn móng ở độ sâu h 1) Xác định ứng suất tại đế móng: tc tc tb N h bl    γtb: dung trọng trung bình của đất và bêtông trên đáy móng, thường lấy từ 20 đến 22 kN/m3 2) Xác định ứng suất do trọng lượng bản thân đất tại đế móng: 0 1 z bt h    3) Xác định ứng suất gây lún tại đế móng: 0 0z tc z gl bt      4) Chia nền đất thành các lớp phân tố có độ dày hi sao cho: - Trong một lớp phân tố không chứa 2 lớp đất - hi ≤ 0,2 b 5) Vẽ biểu đồ ứng suất gây lún: 0iz z gl o glK   K0 phụ thuộc l/b; 2z/b → tra bảng 6) Vẽ biểu đồ ứng suất σbt do trọng lượng bản thân các lớp gây ra 7) Xác định phạm vi gây lún: là vùng có ứng suất gây lún ≥ 1/5 ứng suất bản thân Nếu giới hạn của tầng chịu nén tìm được kết thúc trong lớp đất có module biến dạng E < 5000 kPa thì phạm vi gây lún cần lấy đến độ sâu mà tại đó σgl = 0,1σbt 8) Tính độ lún của từng lớp phân tố: 0 . . iz i i i gltbS a h  a0i : hệ số nén ép của lớp đất phân tố đang xét σgltbzi: ứng suất gây lún trung bình tại lớp phân tố đang xét Lưu ý: trường hợp nền đất có chiều dày hữu hạn và nhỏ hơn nhiều so với kích thước móng thì ta coi như ứng suất gây lún không đổi theo chiều sâu (K0 = 1) Dự tính độ lún của nền đất theo thời gian • Tính biến dạng của đất có một đặc điểm quan trọng là lún theo thời gian, do 2 nguyên nhân: 1) Dưới tác dụng của áp lực nén nước trong lỗ rỗng của đất phải dần dần mới thoát đi được → tốc độ lún phụ thuộc tốc độ thoát nước lỗ rỗng (hay hệ số thấm k) → độ lún do thời gian của đất sét kéo dài hơn rất nhiều so với đất cát 2) Do tính từ biến của cốt liệu đất: bản thân các hạt khoáng vật không có tính ép co, tuy nhiên dưới tác dụng của lực nén chúng có thể sắp xếp lại theo hướng giảm thể tích • Quá trình độ chặt của đất tăng dần, biến dạng (độ lún) tăng dần dưới tác dụng của một áp lực nén không đổi gọi là quá trình cố kết • Có 2 giai đoạn cố kết xảy ra trong quá trình đất bị nén chặt: 1) Cố kết thấm: nước lỗ rỗng bị ép thoát ra dưới tác dụng của áp lực nén. Còn được gọi là cố kết sơ cấp 2) Cố kết do sự sắp xếp lại của các hạt rắn, còn được gọi là cố kết thứ cấp Dự tính độ lún của nền đất theo thời gian • Lưu ý: do quá trình cố kết làm thoát nước lỗ rỗng nên muốn dự tính độ lún của nền đất ta phải xác đinh được ứng suất hữu hiệu của đất tại thời điểm đang xét σ’ = σ - u • Mức độ cố kết của đất ở thời điểm t: Ut = St/Sf St: độ lún do cố kết tại thời điểm t Sf: độ lún cuối cùng do cố kết Ut chịu ảnh hưởng của điều kiện thoát nước và ứng suất ban đầu Một số kiểu phân bố ứng suất cơ bản trong bài toán cố kết • Trường hợp 0 (các sơ đồ a, b, c, d): 2 8 1 NtU e   2 24 vCN t H   0 t v n k C a  Hệ số cố kết • Trường hợp 1(sơ đồ e): 3 32 1 NtU e   2 24 vCN t H   0 t v n k C a  Hệ số cố kết Bài tập