Đồ án Bài tập Cơ học đất, nền móng

Mở đầu. 1. Đề bài: Cho 1 cột nhà công nghiệp có kích thước 60x60cm, đặt trên 1 nền đất gồm 2 lớp : lớp trên là lớp sét dày 4m, lớp dưới là lớp cát pha dày vô tận (hình 1) (Hình 1) γ(T/m3) ∆(T/m3) W(%) φ(độ) C(T/m2) e1 e2 e3 e4 K(m/năm) Lớp Sét Pha 1,78 2,68 25 20 2,3 0,85 0.67 0.62 0.6 0.0054 Lớp Cát Pha 1.86 2.67 18 0.58 0.55 0.53 0.52 21 Các chỉ tiêu cơ lý của 2 lớp đất cho trong bảng sau: (Bảng 1) e1 , e2 , e3 , e4 các giá trị hệ số rỗng tương ứng với các cấp áp lực 1; 2; 3; 4 (kG/cm2) Tải trọng tác dụng lên móng gồm: Trọng lượng cột Ptc1 (T) tác dụng đúng tâm và trọng lượng xà ngang Ptc2(T) tác dụng lệch tâm 1 khoảng e = 0.5m so với trọng tâm cột. Giả thiết: Ptc1 = 44T; Ptc2 = 6T. Nhiệm vụ thiết kế: 1.Thiết kế móng dưới cột nhà công nghiệp. 2. Vẽ biểu đồ ứng suất σz theo phương thẳng đứng trên trục thẳng đứng qua tâm móng và các điểm M(x=0,y=b/4); N(x=0, y= b/2); K(x=0, y=-b/2). 3. Xác định tải trọng giới hạn của nền đất dưới tâm móng và 2 mép móng theo lý thuyết cân bằng giới hạn. 4. Tính độ lún cuối cùng lớn nhất của móng theo thời gian. 2.Lời Giải 1.Thiết kế móng *) Xác định kích thước móng: Gọi h là chiều sâu đặt móng, b là chiều rộng của móng cần thiết kế. Trước hết ta lựa chọn sơ bộ kích thước của móng. Chiều sâu của móng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: ảnh hưởng của tải trọng và kiến trúc công trình; ảnh hưởng của cấu trúc địa chất và địa chất thuỷ văn; ảnh hưởng của điều kiện và phương pháp thi công móng; ảnh hưởng của khí hậu và địa lý tự nhiên … Sau khi xem xét các điều kiện của giả thiết với yêu cầu thiết kế, chọn h=1.5m. Để phù hợp với điều kiện truyền tải trọng, ta thiết kế móng theo tỷ lệ: Vì vậy a = b = Khi đó b được tính theo ta giải phương trình bậc 3: b3 + K1b2 – K2 = 0 (1) Trong đ ó: K1 = M1.h + - M3. (a); K2 = M3. (b) Các giá trị M1, M2, M3 đ ược xác định theo bảng 2.3 theo góc nội ma sát j (trang 25, giáo trình Nền Và Móng-trường ĐH Mỏ Địa Chất). Với j =200 tra được các giá trị: M1 = 5,94; M2 = 10,99; M3 = 1,94.Thay các giá trị này vào công thức (a), (b) đ ược K1 = Thay có phương trình b3 + 16.846.b2 – 46.234=0 . Giải phương trình trên và kết hợp với điều kiện móng chịu lực lệch tâm ta tìm được giá trị thoả mãn b = 1.8m. Vậy kích thước móng chọn là a = b = 1.8m. 2.1.2.Kiểm tra móng. Xác định sức chịu tải của nền đất : Rtc = m(A.b + B.h )γ + D.c φ(độ) A B D Rtc(T/m2) 22 0.61 3.44 6.04 24.45 (Bảng 3) Kiểm tra kích thước móng Diện tích móng : ΣPtc Fchọn= a.b >F= ─────── (m2) Chọn βγm=2.0(T/m3) Rtc – βγmh F(m2) Fchọn (m2) b=a(m) hm(m) tgα agh=bgh G(T) βγm(T/m3) 2.72 3.24 1.80 0.50 1.20 1.80 9.72 2 (Bảng 4) Kiểm tra điều kiện chịu lực của nền dưới đất móng ΣPtc + G M tc σmaxtc = ────── + ──── ≤ 1.2*Rtc F W Mtc : Mô men lực lệch tâm gây lật móng ba2 W = ── : Mô men chống uốn của móng (m3) 6 ΣPtc + G M tc σmintc = ────── - ──── ≥ 0 F W σmaxtc + σmintc σtbtc = ────── ≤ Rtc 2 Kết quả tính toán : M(T.m) W(m3) бmax(T/m2) бmin(T/m2) бtb(T/m2) 1.2*Rtc(T/m2) Rtc(T/m2) бi(T/m2) 3.50 0.97 24.95 17.03 20.99 29.34 24.45 22.31 (Bảng 5) Các điều kiện về kích thước móng và điều kiện chịu lực đều thoả mãn. 2.1.3. Cấu tạo móng. Hình chiếu bằng và đứng của móng trên hình 2 (Hình 2 ) Tính lượng cốt thép bố trí vào móng : Xác định chiều cao làm việc của bê tông (ho): P hochọn ≥ hotính = ─────── (m) 2(ac + bc)mRcf ac , bc : Kích thước tiết diện cột nhà (ac= bc =0.6m) P : Áp lực tính toán ( có kể đến hệ số vượt tải n =1.1) Rcf Cường độ kháng cắt cho phép của bê tông ( Chọn Rcf = 75 T/m2 ứng với mác bê tông 200) hotính(m) hochọn(m) e(m) 0.36 0.46 0.04 (Bảng 6) Tính cốt thép : mô men uốn do phản lực nền gây ra Ma = Mb = σmax : ứng suất tiêu chuẩn tại mép cột phía có σmax σmax = σmin + (σmax - σmin ) Tính số lượng cốt thép theo chiều từng cạnh : Fa = => na = Fb = => nb = na nb : Số lượng cốt thép bố trí theo chiều a & b của đáy móng Fa Fb : Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép bố trí theo chiều a & b của đáy móng fa fb : Tiết diện ngang của 1 thanh cốt thép bố trí theo chiều a & b của đáy móng (Sử dụng cốt thép có Ф10, diện tích tiết diện của 1 thanh thép theo bảng 7) Ra : Cường độ chịu kéo của cốt thép ( Ra = 18000T/m2 ứng với thép CT-O) fa(mm2) fb(mm2) 0.785 0.785 (Bảng 7) Khoảng cách giữa các cốt thép theo chiều a , b trong móng là : Ca = Cb = e: bề dày lớp bảo vệ cốt thép e = 4 (cm) Mb Ma Fa(m2) Fb(m2) natính nbtính nachọn nbchọn Ca(m) Cb(m) Gcốtthép(KG) 5.29 5.96 0.0009 0.00079 11.31 10.05 11.00 10.00 0.16 0.17 22.53 (Bảng 8) Vẽ móng với sự bố trí cốt thép trong móng: (H ình 3) 2.2.Vẽ biểu đồ σz theo phương thẳng đứng Tại điểm K, O, M, N (Hình 4) 2.2.1. Tại tâm móng Xem taỉ trọng hình thang là tải trọng phân bố đều với cường độ: σmaxtc + σmintc σtbtc = ────── = 19.85(T/m2) 2 Kết quả tính trong bảng sau: z(m) бbt(T/m2) z/b a/b ko бz(T/m2) Pgl(T/m2) 0.0 0.00 1 18.17 1.5 2.82 0.00 1 1 18.17 2.2 4.14 0.39 1 0.82 14.90 2.9 5.45 0.78 1 0.48 8.72 3.6 6.77 1.17 1 0.26 4.73 4.0 7.52 1.39 1 0.201 3.65 4.7 8.82 1.78 1 0.132 2.40 5.4 10.12 2.17 1 0.095 1.73 (Bảng 9) (Biểu đồ 1) 2.2.2.Tại điểm N và K Chia tải trọng hình thang ra thành các tải trọng phân bố đều (σmintc) và tải trọng tam giác (σmaxtc - σmintc) Ứng suất do tải trọng phân bố đều gây ra tại điểm N và K. z(m) z/b l/b kc Pgl(T/m2) бzi(T/m2) ∑б(T/m2) 0.0 2 14.21 1.5 0.00 2 0.25 3.55 7.11 2.2 0.39 2 0.24 3.41 6.82 2.9 0.78 2 0.219 3.11 6.23 3.6 1.17 2 0.183 2.60 5.20 4.0 1.39 2 0.165 2.35 4.69 4.7 1.78 2 0.134 1.90 3.81 5.4 2.17 2 0.11 1.56 3.13 (Bảng 10) Ứng suất do tải trọng phân bố hình tam giác gây ra tại điểm N và K. z(m) z/b l/b KA KD P(T/m2) ∑бZA(T/m2) ∑бZD(T/m2) 0.0 0.5 7.92 1.5 0.00 0.5 0 0.25 0.00 3.96 2.2 0.39 0.5 0.04 0.169 0.63 2.68 2.9 0.78 0.5 0.042 0.105 0.67 1.66 3.6 1.17 0.5 0.036 0.063 0.57 1.00 4.0 1.39 0.5 0.03 0.038 0.48 0.60 4.7 1.78 0.5 0.028 0.028 0.44 0.44 5.4 2.17 0.5 0.021 0.024 0.33 0.38 (Bảng 11) Biểu đồ ứng suất tại K và N z(m) ∑бK(T/m2) ∑бN(T/m2) 0.0 1.5 7.11 11.07 2.2 7.46 9.50 2.9 6.89 7.89 3.6 5.77 6.20 4.0 5.17 5.29 4.7 4.25 4.25 5.4 3.46 3.51 (Bảng 12) (Biểu đồ2) 2.2.3.Biểu đồ ứng suất tại M Phân tải trọng hình thang ra thành 4 tải trọng như trong hình 4 Ứng suất tại điểm M do 4 tải trọng 1, 2, 3, 4 gây ra Tính ứng suất do tải trọng 1 và 2 tác dụng tại điểm M: Tải trọng 1 : Tải trọng phân bố đều σmintc Ứng suất tại M do tải trọng 1 tác dụng lên dáy móng tại điểm M là : σz1 =k1.Pgl1 Tải trọng 4 : Tải trọng phân bố đều (3σmax tc + σmintc)/4 Ứng suất tại M do tải trọng 4 tác dụng lên dáy móng tại điểm M là : σz4 =k4.Pgl4 z(m) z/b l/b k1 Pgl1(T/m2) бz1(T/m2) l/b k4 Pgl4(T/m2) бz4(T/m2) 0.0 1.50 14.21 2 20.15 1.5 0.00 1.50 0.25 3.55 2 0.25 5.04 2.2 0.39 1.50 0.243 3.45 2 0.24 4.84 2.9 0.78 1.50 0.213 3.03 2 0.219 4.41 3.6 1.17 1.50 0.173 2.46 2 0.183 3.69 4.0 1.39 1.50 0.154 2.19 2 0.165 3.33 4.7 1.78 1.50 0.121 1.72 2 0.134 2.70 5.4 2.17 1.50 0.1 1.42 2 0.11 2.22 (Bảng 13) Tính ứng suất do tải trọng 2 và 3 tác dụng tại điểm M Tải trọng 2 : Tải trọng phân bố hình tam giác 3.(σmax tc + σmintc)/4 Ứng suất tại M do tải trọng 2 tác dụng lên dáy móng tại điểm M là : σz2 =kD2.Pgl2 Tải trọng 3 : Tải trọng phân bố hình tam giác (σmax tc + σmintc)/4 Ứng suất tại M do tải trọng 3 tác dụng lên dáy móng tại điểm M là : σz3 =kA3.Pgl3 z(m) z/b l/b kD2 Pgl2(T/m2) бz2(T/m2) l/b kA3 Pgl3(T/m2) бz3(T/m2) 0.0 0.67 5.94 2 1.98 1.5 0.00 0.67 0.25 1.49 2 0 0.00 2.2 0.39 0.67 0.185 1.10 2 0.05 0.10 2.9 0.78 0.67 0.135 0.80 2 0.07 0.14 3.6 1.17 0.67 0.0915 0.54 2 0.076 0.15 4.0 1.39 0.67 0.052 0.31 2 0.065 0.13 4.7 1.78 0.67 0.036 0.21 2 0.06 0.12 5.4 2.17 0.67  0.028 0.17 2 0.05 0.10 (Bảng 14) Ứng suất tổng tại M : z(m) ∑бM(T/m2) 0.0 1.5 20.15 2.2 18.98 2.9 16.76 3.6 13.68 4.0 11.90 4.7 9.51 5.4 7.81 (Bảng 15 ) Biểu đồ ứng suất tại điểm M: (Biểu đồ 3) 2.3.Xác định tải trọng giới hạn Tải trọng giới hạn tính theo lý thuyết cân bằng giới hạn.Theo phương pháp của Xôcôlôvxki. xT = Từ giá trị xT ứng với các điểm A (x=0), O (x=b/2), B(x=b) tra bảng xác định được PT.phụ thuộc vào giá trị góc φ. Thay giá trị PT vào công thức tính tải trọng giới hạn: PT = PT(c + q.tgφ) + q y h(m) q(T/m2) qtgφ+c yT PT Pgh(T/m2) Điểm A 0.00 1.5 2.82 3.23935 0.00 17.16 58.41 Min Điểm O 1.59 0.92 24.68 82.77 Điểm B 3.18 1.85 31.03 103.34 Max (Bảng 16) (Hình 5) 2.4. Tính lún cuối cùng Hệ số rỗng ban đầu. eo = Từ các giá trị eo eo eo eo eo với các cấp tải trọng P = 0, 1, 2, 3, 4 (kG/m2) ta vẽ được đường cong nén cho 2 lớp đất: Sét pha, cát pha. P1 = σzbt, P2 = σzbt +σIItb Xác định hệ số nén lún a Lớp sét pha P(T/m2) ei a 0 0.73 0.0051 10 0.68 0.0010 20 0.67 0.0050 30 0.62 0.0020 40 0.60 (Bảng 17) Lớp cát pha P(T/m2) ei a 0 0.74 0.0157 10 0.58 0.0030 20 0.55 0.0020 30 0.53 0.0010 40 0.52 (Bảng 18) Ranh giới vùng hoạt động nén ép lấy ở độ sâu mà tại đó ứng suất nén ép σz=0,2.σbt . Từ đồ thị σz theo phương thẳng đứng tại tâm móng (Bảng 9) ta xác định chiều dày vùng hoạt động nén ép h=8.5m. Tính lún cuối cùng tại tâm móng theo phương pháp phân tầng lấy tổng Chia nền đất dưới đế móng thành 6 lớp phân tố mỏng, chiều dày mỗi lớp hi=0.7m, riêng lớp phân tố 4 có chiều dày là 0.4m.Kết quả tính trong bảng sau: Lớp phân tố Chiều dày(m) P1i(T/m2) e1i P2i(T/m2) e2i si(m) 1 0.7 3.48 0.715 20.02 0.670 0.018367 2 0.7 4.79 0.705 16.61 0.675 0.012317 3 0.7 6.11 0.695 12.83 0.676 0.007847 4 0.4 7.14 0.691 11.33 0.677 0.003312 5 0.7 8.17 0.595 11.20 0.573 0.009655 6 0.7 9.47 0.585 11.54 0.570 0.006625 ∑ 3.9 0.058122 (Bảng 19) Độ lún cuối cùng của móng S== 5.81 (cm) Kết luận Qua quá trình tiến hành thực hiện đồ án môn học Cơ học đất - Nền và Móng tôi rút ra được nhiều điều bổ ích cho kiến thức môn học và bài học cho riêng mình. Với bài toán thiết kế móng dưới cột nhà công nghiệp mà tôi thiết kế tôi mới chỉ đưa ra một phương án thiết kế móng. Do đó tôi nhận thấy bài toán Cơ học đất, Nền và Móng có nhiều điều rất phức tạp cần nhiều kiến thức tổng hợp để giải quyết bài toán sao cho có kết quả tốt nhất, hiệu quả nhất. Đơn cử một trường hợp đơn giản sau: trong việc thiết kế móng đơn việc chọn chiều sâu chôn móng, từ đó tính ra chiều rộng và chiều dài móng là môt công việc đòi hỏi có kiến thức tổng hợp nhiều yếu tố như tải trọng công trình, nền đất thiên nhiên, yếu tố ĐCCT – ĐCTV, giá thành công trình, ý nghĩa công trình, điều kiện thi công, ảnh hưởng của các công trình xung quanh, quy phạm quy định,… Do đó mà cũng tồn tại nhiều phương án thiết kế móng khác nhau với hiệu quả khác nhau. Để chọn một phương án móng sao cho có hiệu quả nhất là một công việc phụ thuộc vào kinh nghiệm chuyên môn, giá trị sử dụng của công trình, giá thành của công trình... Tuy nhiên đồ án mới chỉ dừng ở mức là làm bài tập và làm quen với công việc do đó mà đồ án không tránh khỏi thiếu sót, tôi mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn sinh viên trong lớp. Tôi xin chân thành cảm ơn.