Sự tin tưởng và thỏa mãn của khách hàng là niềm vinh dự và mục tiêu mà chúng tôi luôn hướng đến

TÍNH BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT

Tính biến dạng của đất là sự chuyển vị của các hạt đất, dưới tác dụng của tải trọng nén. Biến dạng của đất thực chất là quá trình sắp xếp lại các hạt rắn kèm theo sự giảm thể tích lỗ rỗng và đồng thời làm tăng độ chặt của đất. Chính sự có mặt của các lỗ rỗng này đã làm cho tính nén chặt của đất gấp hàng trăm hàng nghìn lần tính nén chặt của các vật thể rắn khác. Từ đó ta thấy rằng, nếu xác định được quá trình nén chặt của đất tức là ta đã xác định được biến dạng của đất và giải quyết được vấn

đề độ lún của công trình. Cơ sở lý luận để nghiên cứu biến dạng của đất là nguyên lý quan hệ tuyến tính giữa biến dạng và ứng suất.

Các nghiên cứu về tính chất biến dạng của đất:

Thí nghiệm nén lún không nở hông và định luật nén lún của đất:

Thí nghiệm nén lún mẫu đất trong phòng được thực hiện trong thiết bị nén (Hình III-1a). Bộ phận chủ yếu của thiết bị này gồm 1 hộp cứng c, trong đó có 1 dao vòng d cùng với mẫu đất e. Để cho nước trong các lỗ rỗng có thể thoát ra trong quá trình nén đất, mẫu đất được lót ở trên và ở dưới bằng hai tấm đá thấm kèm với giấy thấm hình tròn f. Khi thí nghiệm tải trọng được truyền lên mẫu đất qua một nắp truyền lực g. Biến dạng của mẫu đất ở từng thời gian được đo bằng một

chuyển vị kế h. Quá trình thí nghiệm tải trọng được tăng từng cấp. ứng với mỗi cấp tải trọng, đợi để mẫu đất ổn định về lún mới tiếp tục tăng cấp khác.

Xét một mẩu đất phân tố có chiều cao ban đầu là h và giả sử mẫu đất phân tố này gồm hai phần thể tích hạt rắn và thể tích lỗ rỗng ứng với hệ số rỗng ban đầu là e0. Từ giả thiết có ý nghĩa thực tiễn, dưới tác dụng của tải trọng p, biến dạng của mẫu đất phân tố chỉ do sự giảm thể tích lỗ rỗng gây ra, còn thể tích hạt rắn thì không thay đổi, có thể dùng sơ đồ mẫu đất (hình III-1b) để lập quan hệ giữa biến thiên thể tích của mẫu đất và hệ số rỗng:

∆V/V= (eo-ei)/(1+ei)

Nhưng ∆V = ∆h. F và V = h. F (F - diện tích mặt cắt ngang của mẫu đất, ∆h: chênh lệch chiều cao trước và sau khi nén lún của mẫu đất).

Do đó từ biểu thức (III-2) suy ra:

Biểu thức (III-3) được dùng để lập quan hệ giữa hệ e = f(p)(hình III-1c). Quan hệ đó biểu diễn khả năng nén chặt của mỗi loại đất dưới tác dụng của tải trọng ngoài, và trong Cơ học đất thường gọi là đường cong nén. Để nghiên cứu tính nở của đất người ta giảm tải theo từng cấp và tiến hành đo độ nở của đất theo từng cấp cho đến khi hiện tượng nở kết thúc.

Như vậy đường cong nén có hai nhánh: nhánh thứ nhất c, thu được khi tăng tải trọng gọi là đường cong nén, và nhánh thứ d thu được khi giảm tải, gọi là đường cong nở (hình III-1c). Nhiều thí nghiệm chứng minh rằng quá trình nén và quá trình nở của đất là những quá trình không hoàn lại. Nghĩa là đường cong nén không trùng với đường cong nở.

Đường cong nén ép đặc trưng cho khả năng nén chặt của đất, có nghĩa là khả năng giảm độ rỗng dưới tác dụng của tải trọng ngoài. Với các đất có tính nén lún lớn, khi tăng tải trọng nén, hệ số rỗng giảm nhanh, đường cong nén hạ thấp đột ngột. Ngược lại với các đất có tính nén lún ít, với cùng áp lực đơn vị như vậy lượng biến thiên của hệ số rỗng rất nhỏ, đường nén ép thoải. Tính nén lún của đất ứng với tải trọng p1 được đặc trưng bởi độ dốc của đường cong nén ép tại điểm ứng với p1 ấy (điểm c). Nếu tăng cho p1 một gia số ∆p nào đó thì theo hình (III-1c), hệ số rỗng e giảm đi một lượng ∆e với điểm tương ứng với p1 ta có.

Trong đó: a = tgá - hệ số góc của đoạn thẳng CD, đặc trưng cho tính nén lún của đất, gọi là hệ số nén lún.

Hay viết dưới dạng vi phân thì có :

Với lượng biến thiên không lớn lắm của áp lực nén (khoảng 1-3kG/cm2), đoạn cong CD của đường cong nén có thể coi gần đúng là đường thẳng. Do đó phương trình (III-5) có thể viết dưới dạng:

e1 - e2 = a (p2 - p1)

Quan hệ (III-5) hoặc (III-6) là một trong những quan hệ quan trọng của Cơ học đất, hay nói rõ hơn quan hệ đó chiếm một vị trí chủ đạo trong tất cả mọi vấn đề thực tế xác định độ lún dưới công trình. Quan hệ đó được gọi là định luật nén lún và được phát biểu như sau: "Với những lượng biến thiên không lớn lắm của áp lực nén, biến thiên của hệ số rỗng tỷ lệ bậc nhất với biến thiên của áp lực ấy".

Trong thực tế xây dựng thường dựa vào trị số của hệ số nén lún a1-2 ( hệ số nén lún của đất với biến thiên áp lực trong khoảng từ 1-2kG/cm2) để phân chia tính nén lún của đất như sau:

Đất có tính nén lún nhỏ khi a ≤ 0,001 cm2/kG .

Đất có tính nén lún vừa khi 0,001 < a ≤ 0,1 cm2/kG.

Đất có tính nén lún lớn khi a > 0,1 cm2/kG.

Nếu nén đất cho đến tải trọng pi ta sẽ được đường cong nén a (Hình III-1c), sau đó dỡ tải hết ta được đường cong nở EF(c) không trùng với đường cong nén ban

đầu. Nhánh mới của đường cong nén khi cấp tải trọng lớn hơn cấp tải trọng khi cất tải sẽ lại trùng với đường cong nén ban đầu. Như vậy ở cùng một khoảng áp lực nén, biến dạng của đất phụ thuộc vào chu trình nén của đất. Đường cong nén a gọi là đường cong nén sơ cấp, còn đường cong nén b gọi là đường cong nén thứ cấp. Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng đường cong nén là một đường cong logarít, do đó ta có:

Trong đó: eo - Hệ số rỗng ứng với áp lực nén po ( trị số po ứng suất bản thân của đất tại vị trí lấy mẫu).

Cc - Thường gọi là chỉ số nén.

Ta thấy rằng, chỉ số nén Cc là hằng số đối với một loại đất và không có thứ nguyên, còn hệ số nén lún a không phải là hằng số đối với một loại đất, nó tuỳ thuộc vào trị số của tải trọng tác dụng và có thứ nguyên: kG/cm2.

Nếu biểu diễn kết quả thí nghiệm nén trên đồ thị e=f(logp) như hình (III-2), ta sẽ được hai đoạn thẳng: Đoạn đầu ss có độ dốc nhỏ, đoạn sau tt có độ dốc lớn, hai đoạn thẳng này nối nhau bởi một đoạn cong và chúng gặp nhau ở điểm k, điểm này tương ứng với áp lực nén pc mà ta gọi là áp lực tiền cố kết. Tức là trước đây, trong lịch sử của nó, mẩu đất đã được nén đến pc. Như vậy đoạn ss có độ dốc nhỏ vì nó ứng với chu trình nén thứ cấp, còn đoạn tt có độ dốc lớn vì nó ứng với chu trình nén sơ cấp. Dựa vào vị trí (độ sâu h) của mẩu đất lấy tại hiện trường về làm thí nghiệm hay dựa vào hệ số quá cố kết là OCR(Overconsolidation Ratio) (tức là Rc=pc/po); po - ứng suất bản thân của đất tại hiện trường, người ta phân biệt thành 3 trường hợp sau:

pc< γh: Đất dưới cố kết, nghĩa là đất chưa lún xong dưới tác dụng của trọng lượng bản thân các lớp đất đè lên, tức là OCR<1.

pc= γh: Đất cố kết bình thường, đất đã lún xong dưới tác dụng của các lớp đất đè lên nó, tức là OCR=1.

pc> γh: Đất quá cố kết, trong lịch sử tồn tại nó đã từng bị nén lún bởi một áp lực lớn hơn áp lực hiện đang đè lên nó, tức là OCR>1. Trên đồ thị e=f(logp) trên hình (III-2) ta dễ dàng xác định được chỉ số nén:

Khi p1, p2 nằm trong đoạn ss ta có chỉ số nén tái cố kết Cr, còn khi p1, p2 nằm trong đoạn tt ta có chỉ số nén sơ cấp Cc; e1, e2 là các hệ số rỗng ứng với các áp lực nén p1 và p2.

Ngoài hệ số nén lún a trên đây để mô tả biến dạng lún của đất, trong Cơ học

đất còn thường dùng một số chỉ tiêu khác nữa là: Môđun biến dạng E0, Hệ số nén lún tương đối (ao hay mv), Mô đun biến dạng không nở hông (M), Mô đun thoát nước (E’), Mô đun không thoát nước (Eu).

Môđun biến dạng E0 khác với môđun đàn hồi E ở chỗ nó xét đến cả biến dạng đàn hồi và biến dạng dư của đất, trong khi môđun đàn hồi E chỉ xét đến các biến dạng thuần tuý đàn hồi mà thôi.

Đối với các đất sét cứng, để xác định môđun biến dạng E0, không cần nén các mẫu đất này dưới tải trọng trùng phục, mà chỉ cần nén chúng một lần, sau đó tính E0 theo công thức:

Trong đó : λz là tỷ số giữa biến dạng toàn bộ S và chiều cao ban đầu h của mẫu đất, tức là: λz =S/h (III-10)

Đối với các đất sét dẻo và đất cát lẫn hạt nhỏ thì để xác định môđun biến dạng E0, cần phải thí nghiệm các đất này dưới tải trọng trùng phục trong thiết bị nénkhông cho nở hông. Lúc này, vì các áp lực hông óx và óy không phải bằng không,mà có một giá trị nhất định, nên độ lún đàn hồi tương đối ëz xác định theo biểu thứcquen thuộc trong sức bền vật liệu là:

Trong điều kiện nén đất không cho nở hông, ta có σx = σy = £σz với £ là hệ số nén hông.

Thay các giá trị óx và óy này vào (III-11) và giải ra cho giá trị của E0 như sau:

Có thể biến đổi biểu thức này, bằng cách biểu diễn hệ số nén hông £ quan hệ số poatxong à của đất. Tương tự như biểu thức (III-11) có thể viết cho σx như sau :

Vì trong điều kiện nén của đất không cho nở hông nên ëx = 0 và như trên đã

biết σx = σy = £σz nên:

Từ đây rút ra

Từ thí nghiệm nén đất không nở hông ta có

Thay £ ở (III-14) và λz ở (III-15) vào (III-12), sẽ được biểu thức xác định môđun biến dạng E0 trong thí nghiệm nén đất không cho nở hông:

Hệ số nở hông ɱ và hệ số nén hông £ gắn liền với nó bởi công thức (III-14) là những đại lượng xác định được bằng thí nghiệm. Như nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy à và î thay đổi tùy theo loại đất, và trong cùng một loại đất thì phụ thuộc vào hệ số rỗng, lượng chứa nước và điều kiện tăng tải. Khi không có số liệu thí nghiệm ɱ và £ có thể lấy theo bảng sau :

Bảng III-1:Hệ số nén hông và nở hông của đất.

Loại đất

Hệ số nén hông £

Hệ số nở hông ɱ

Đất cát

0,33 ~ 0,43

0,25 ~ 0,30

Đất sét cứng

0,28 ~ 0,40

0,20 ~ 0,30

Đất sét pha

0,49 ~ 0,59

0,33 ~ 0,37

Đất sét dẻo

0,61 ~ 0,82

0,30 ~ 0,45

Hệ số nén lún tương đối (hay hệ số nén thể tích ký hiệu là ao (hay mv) là:

Mô đun biến dạng không nở hông là M (hay Es):

Mô đun thoát nước (E’): thu được bằng cách thí nghiệm trong điều kiện cho thoát nước:

Trong đó: ɱ ‘ , M’ hệ số nở hông, mô đun biến dạng không nở hông thu được trong điều kiện thoát nước.

Mô đun không thoát nước (Eu) thu được bằng cách thí nghiệm trong điều kiện không cho thoát nước:

Trong đó: ɱu- hệ số nở hông trong điều kiện không thoát nước; ɱu=0,5 (bằng của nước).

Tuỳ theo từng trường hợp cụ thể, khi tính toán độ lún của nền đất trong thực tế mà ta có thể sử dụng mô đun biến dạng của đất khác nhau cho phù hợp với sơ đồ tính toán. Thông thường khi tính lún không nở hông áp dụng cho trường hợp móng bè, còn tính lún nở hông áp dụng cho tất cả các trường hợp khác. Tuy vậy, ở Việt Nam ta lâu nay vẫn sử dụng bài toán không nở hông cho mọi trường hợp. Kết quả

này có sai nhưng cũng có thể chấp nhận được vì hệ số β ≈ 0,8 xấp xỉ với 1. h nén lún của đất:

Độ lún của nền đất gồm ba phần: đó là lún tức thời (Stt), lún cố kết thấm (Sc) và lún từ biến (St), nghĩa là:

S = Stt+Sc+St (III-21)

Độ lún tức thời là khi nước chưa kịp thoát đi, đất biến dạng như vật thể đàn hồi.

Độ lún cố kết là do sự giảm thể tích lỗ rỗng khi nước thoát dần ra ngoài.

Độ lún từ biến là do biến dạng của bản thân hạt đất.

Việc phân biệt rõ ràng ba độ lún nêu trên là điều khó khăn, tuỳ theo loại đất và tính chất của nó mà người ta có thể phân biệt được như sau:

Đối với đất sét: Ba độ lún nêu trên là rõ ràng và có thể tách biệt được. Những nghiên cứu mới nhất cho thấy như sau:

Độ lún tức thời nhỏ, có khi không phải là quá nhỏ mà có thể bỏ qua. Trong một số trường hợp chúng có thể chiếm tới 10% tổng độ lún. Độ lún tức thời được tính qua mođun đàn hồi không thoát nước (Eu).

Độ lún cố kết (thấm) là phần chủ yếu, thường chiếm trên 90% độ lún tổng.

Tuy vậy trong một số trường hợp nó chỉ chiếm khoảng 50% độ lún tổng.

Độ lún từ biến không nhỏ, nhất là đối với đất sét yếu và rất yếu. Đôi khi chúng có thể chiếm tới 40ữ50% độ lún tổng.

Đối với đất cát: Do tính thấm quá nhanh, do đó không thể tách rời lún tức thời và lún cố kết được, vì vậy tổng độ lún sẽ là:

Trong đó : Stt+c : Là độ lún tức thời và cố kết, được tính qua mođun biến dạng Ett+c , thường cũng ký hiệu E0, nếu không lấy được mẫu đất nguyên dạng về thí nghiệm, khi đó trị số E0 sẽ được xác định qua thí nghiệm hiện trường.

Độ lún từ biến là độ lún do biến dạng bản thân của hạt đất được tính từ sau khi kết thúc quá trình cố kết thấm của đất và được tính theo biểu thức lý thuyết sau:

Trong đó: t1 - thời gian của thời điểm kết thúc cố kết thấm.

t2 - tại thời gian tính toán độ lún từ biến .

Cαe - chỉ số nén từ biến cải biên và được tính:

Cαe - là chỉ số nén từ biến tính từ đồ thị e = f(p).

Thông thường Cαe =(0,015 - 0,032). Cc : với đất than bùn và hữu cơ thì Cαe khoảng 0,065Cc , thậm chí cao hơn.

Riêng đối với đất cát theo Schimertmann cho rằng:

CHƯƠNG I: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT VÀ PHÂN LOẠI ĐẤT

CHƯƠNG II BẢNG TRA GIÁ TRỊ HỆ SỐ CỦA CƠ HỌC ĐẤT

CHUƠNG III : BIẾN DẠNG VÀ ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT

CHUƠNG IV: CUỜNG ĐỘ VÀ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẤT

CHUƠNG V: TÍNH TOÁN ÁP LỰC ĐẤT LÊN LUNG TUỜNG CHẮN.

CTY TNHH THIẾT KẾ GIÁM SÁT XÂY DỰNG PHƯƠNG NAM Thiet ke nha dep Xuat nhap khau Giao trinh thiet ke
Địa chì: 131/85B Nguyễn Thái Sơn, Phường 7, Qu. Gò Vấp, Tp.HCM Cầm xe hơi, ô tô Tell: 08. 35886184 Hotline: 0908 491 408
TGĐ: Lê Hoàng Nam Giam sat thi cong Cầm nhà Thietkenhadep.us
Email:hoangnam@kientrucsaigon.net