BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA XÂY DỰNG VÀ CƠ HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN: CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG 2014 BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT GVHD: Thầy NGUYỄN SỸ HÙNG SVTH: Hồ Thái Duy MSSV: 12149019 5/19/2014 BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT I SỐ LIỆU: Cơng trình: Tải trọng tính tốn chân cơng trình cốt mặt đất: N0 = 51.6 (T) M0= 6.3 (Tm) Nền đất: Lớp đất Số hiệu Chiều dày (m) 59 4.2 16 2.7 99 6.3 Chiều sâu mực nước ngầm tính từ mặt đất: Hnn= 6.3m II YÊU CẦU: Lập trụ địa chất (xác định tên trạng thái đất), chọn chiều sâu đặt móng Xác định kích thước đáy móng (bxl) theo điều kiện bền ptb < [p] - Áp lực tiếp xúc trung bình đáy móng ptb: - Tải trọng cho phép [p] Tính vẽ biểu đồ ứng suất hữu hiệu phân bố do: - tải trọng thân - tải trọng Dự báo độ lún ổn định tâm móng Page BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT CÂU 1:  Xác định tên – trạng thái đất: Bảng 1: BẢNG SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT 59 (Lớp 1) 16 (Lớp 2) 99 (Lớp 3) Độ ẩm tự nhiên W(%) 30,9 36,8 13,12 Giới hạn nhão Wnh(%) 48,8 37,4 - Giới hạn dẻo Wd(%) 27,6 33,7 - Dung trọng tự nhiên γ(T/m3) 1,91 1,71 1,96 Tỷ trọng hạt ∆ 2,73 2,66 2,64 Góc ma sát φ 16o40 9o40 36o10 Lực dính c (Tg/m2) 3,3 - Số hiệu địa chất Kq thí nghiệm nén ép e-p với áp lực nén p (KPa) 50 0,835 50 1,063 - 100 0,810 100 1,012 - 200 0,787 200 0,972 - 400 0,768 400 0,940 - Kết xuyên tĩnh qc(MPa) 2,59 1,10 16,10 Kết xuyên tiêu chuẩn N 18 33 Bảng 2: THÀNH PHẦN % ỨNG VỚI ĐƯỜNG KÍNH CỠ HẠT (MM) – SỐ HIỆU 99 2-1 15,5 1-0,5 23 0,5-0,25 19 0,25-0,1 16,5 0,1-0,05 12 Page 0,05-0,01 0,01-0,002 6,5 17 17≥A>7 7≥A≥1  Trạng thái đất xác định dựa vào độ sệt B: B (1.2) W  Wd A Bảng 4: Tiêu chuẩn đánh giá trạng thái đất dính Tên đất trạng thái Rắn Á cát Dẻo Chảy Rắn Nửa rắn Dẻo Á sét sét Dẻo mềm Dẻo chảy Chảy Page Độ sệt B 100  Đất tốt BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT Lập hình trụ địa chất: Đất sét, trạng thái nửa rắn  γ=1,91(T/m3)  Nspt=18  ∆=2,73  Qc=2,59 MPa  B=0,156  φ=16040 Lớp 1: đất tốt cho xây dựng Đất cát, trạng thái dẻo  γ=1,71(T/m3)  Nspt=6  ∆=2,66  Qc=1,1 MPa  B=0,84  φ=9040 Lớp 2: có tính chất xây dựng tương đối Đất cát vừa, trạng thái chặt  γ=1,96(T/m3)  Nspt=33  ∆=2,64  Qc=16,1 MPa  φ=36010 Lớp 3: lớp đất tốt cho xây dựng Hình : Trụ cắt địa chất Page BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT  Chọn chiều sâu đặt móng (hm):  Thơng số đầu vào: lớp lớp đất có tính chất xây dựng tương đối tốt – dày 4.2m, bên lớp đất yếu (dày 2.7m) mực nước ngầm độ sâu 6.3m Tải trọng M0 = 6.3 Tm N0 = 51.6 T  Nguyên tắc sở: o Móng nơng: hm ≤ 3m o Nên đặt vào đất tốt sâu tối thiểu 0.2m Trong trường hợp lớp đất bên lớp đất đặt móng lớp đất yếu nên chọn hm cho ảnh hưởng tải trọng cơng trình lên lớp đất yếu bên nhỏ o Ngoài ra, nên đặt mực nước ngầm tối thiểu 0.5m  Chọn hm=1m (đặt lớp đất 1) Hình : Chiều sâu đặt kích thước móng Page BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT CÂU 2: Chọn kích thước đáy móng (bxl):  Tải trọng tính tốn chân cột: M0 = 6.3 Tm N0 = 51.6 T Chọn b=1.5m Cường độ tính tốn đất nền:  Đất sét có B≤0.5 nên m1=1.2; Giả sử cơng trình nhà gia đình có kết cấu cứng m2=1  Với φ=1604 tra bảng nội suy ta có A=0.36, B=2.43, D=5  ktc=1 R   p   m1m2 ( Ab  Bh  Dc ) ktc Rtc   p   1, 1 (0,36 1,5 1.91  2, 43  1 1,91   3,3)  26,61 (T/m2) Diện tích sơ đáy móng: F   b2  N0 51,5   2,1 (m2) R   1hm 26,61  1,911  Ta có: eM N  0,122 suy [(1+e);(1+2e)] = [1,12;1,24] Chọn α đoạn [(1+e);(1+2e)] =>   l b  1, Chọn KF=1,2 đoạn 1,1 – 1,5 Vậy b KF F  1,4 (thỏa chọn b ban đầu b=1.4m) Chọn b=1.5m l=1.8m Page BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT Kiểm tra ứng suất đáy móng: Để đảm báo móng làm việc tốt theo kích thước chọn ta tiến hành kiểm tra điều kiện sau: ptb  Rtc  26, 61 (T/m2) pmax  1, Rtc  31,92 (T/m2) pmin  (T/m2) Với: W bl 1,5 1,82   0,81 (m3) ta có: 6  ptb  N No 51,    hm     21,11  26,61 (T/m2) F bl 1,5x1,8  pmax  ptb  M 6.3  21,11   28,89  31,92 (T/m2) W 0.81  pmin  ptb  M 6.3  21,11   13,33  (T/m2) W 0,81 KẾT LUẬN: Móng với bxl=1.5x1.8 đảm bảo khả làm việc tốt (có thể xem lún bên đáy móng với áp lực quan hệ tuyến tính tính lún) Kiểm tra điều kiện kinh tế: Nhầm giúp tiết kiệm chi phí cách tối ưu ta phải chọn móng cho an tồn cho cơng trình với mức chi phí thấp Ta có: 1, Rtc  pmax  9.5%  10% 1, Rtc KẾT LUẬN: đảm bảo khả tiết kiệm chi phí Page 10 BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT Tải trọng cho phép đất nền: Tải trọng giới hạn đất tính theo công thức: 1  pgh 1  N b.   Nqq3  Ncc 2  Trong đó: - Pgh: sức chịu tải đất γ = 1,91: dung trọng lớp đất đặt móng (T/m3) q = γ *hm = 1,91: trọng lượng trung bình lớp đất phía c =3,3 T/m2: lực dính lớp đất đặt móng α=l/b = 1,8/1,5 = 1,2; α1=1-0,2/ α=0,83;α2=1+0,2/ α=1,67 - Nγ Nq Nc hệ số tra bảng dựa vào góc ma sát φ lớp đất đặt móng lên φ 150 φ =16o40 nội suy 200 Nγ 2,5 3,33 5,0 Nq 4,4 5,4 7,4 Nc 12,9 14,5 17,7 Vậy: 1  p gh  0,83   3,33.1, 5.1, 91  5, 4.1,91  2, 67  14,5.3, 3  70,1(T / m ) 2  Hệ số an toàn là: Fs  Pgh Ptx Page 11  70,1  3,3 21,11 BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT CÂU 3+4: Tính vẽ biều đồ ứng suất hữu hiệu phân bố đất tải trọng thân-σ, tải trọng cơng trình-∆σ  Để tính tốn xác đảm bảo biến dạng đất lực tác dụng quan hệ tuyến tính ta cần chia đất thành lớp nhỏ-phân tố với chiều dày lớp hi ≤ b/4 (tính tốn theo mơ hình cộng lún phân tố)  Yêu cầu: o Mỗi phân tố phải nằm hoàn toàn lớp đất o Mỗi lớp phân tố phải nằm hoàn toàn trên, hoàn toàn mực nước ngầm o Chia lớp phân tố nhỏ xác cao  Với b/4=0,375 nên ta chọn hi=0,3 (việc chọn chiều dày lớp phân tố cần ý cho tránh phải nội suy) Có thể thay đổi chiều dày lớp phân tố thay đổi cần thiết cho tiện lợi tính tốn cần phải đảm bảo hợp lý cho không dày  Thông thường tắt lún độ sâu 3b, nhiên dừng độ sâu có o ∆σ=0,2σ đất tốt o ∆σ=0,1σ đất yếu o Nếu sau 3b mà khơng thỏa ta cần tính thêm số lớp  Độ lún cho phép 8cm  Ứng suất hữu hiệu đất tải trọng thân:  z'   i  hi Trong đó: - σ’z ứng suất đất độ sâu z γi dung trọng tự nhiên lớp, trường hợp lớp đất nằm bên mực nước ngầm  z'   z  u z - hi chiều dày lớp đất Page 12 BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT  Ứng suất tăng thêm đất tải trọng cơng trình gây ra:   K0  pgl Trong đó: - Áp lực gây lún pgl tính: pgl  ptx  'hm  21,111,91.119,20(T / m2) Với γ’ dung trọng riêng trung bình phần đất bị lấy - Lớp đất K0 tra bảng nội suy theo z/b l/b Bảng: bảng tính ứng suất đất trọng lượng thân tải trọng cơng trình Tại đáy lớp phân tố Tại tâm lớp phân tố STT Độ sâu l/b K0 z1i/b Ứng Ứng Ứng Ứng Ứng lớp phân tính từ tra bảng suất suất suất suất suất tố mặt đất thân tăng thân tăng tổng z0i(m) lớp Lớp 2 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1.3 1.6 1.9 2.2 2.5 2.8 3.1 3.4 3.7 4.2 4.3 4.6 4.9 5.2 5.5 5.8 6.1 6.3 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.13 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 3.20 3.40 3.53 1.2 0.968 0.830 0.651 0.496 0.379 0.294 0.232 0.187 0.153 0.127 0.114 0.107 0.091 0.079 0.069 0.060 0.053 0.047 0.044 Page 13 σ (T/m2) thêm P1i=σ ∆σ (T/m2) (T/m2) 1.91 19.20 2.48 18.59 2.20 3.06 15.94 2.77 3.63 12.50 3.34 4.20 9.52 3.92 4.49 4.78 7.28 5.06 5.35 5.65 5.92 4.45 5.63 6.49 3.59 6.21 7.07 2.94 6.78 7.64 2.44 7.35 8.02 2.19 7.83 8.11 8.19 2.05 8.45 8.71 1.75 9.22 1.52 8.96 9.73 1.32 9.48 10.25 1.15 9.99 10.76 1.02 10.50 11.27 0.90 11.01 11.44 11.61 0.84 thêm ∆σ (T/m2) 18.89 17.26 14.22 11.01 8.40 6.46 5.05 4.02 3.26 2.69 2.31 2.12 1.90 1.63 1.42 1.24 1.08 0.96 0.87 P2i=(σi+ ∆σi) (T/m2) 21.09 20.03 17.56 14.93 12.89 11.52 10.68 10.23 10.04 10.04 10.14 10.23 10.35 10.59 10.90 11.23 11.59 11.97 12.32 BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT  Dự báo độ lún ổn định tâm móng (tính theo phương pháp cộng lún phân tố) S   Si   e1i  e2 i hi  e1i Trong đó: - e1i độ rỗng đất tải trọng P1 e2i độ rỗng đất tải trọng P2  Tính độ rỗng đất dựa vào biểu đồ e-p vẽ từ thí nghiệm nén lún: ♠ Lớp 1: p Biều Đồ e-p lớp 0.835 0.81 0.787 0.768 0.84 Độ rỗng e Lớp e 50 100 200 400 e = -0.032ln(p) + 0.96 0.82 0.8 0.78 0.76 100 200 300 400 500 Tải trọng P ♠ Lớp 2: Biểu đồ e-p lớp Lớp e 1.063 1.012 0.972 0.94 1.08 1.06 1.04 Độ rỗng e p 50 100 200 400 e= -0.059ln(P) + 1.2889 1.02 0.98 0.96 0.94 0.92 100 200 300 Tải trọng P Page 14 400 500 BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT Bảng :Tính lún đất Lớp đất lớp Lớp STT lớp phân tố Chiều dày lớp phân tố hi(m) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.2 0.1 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 Độ sâu tính từ mặt đất z0i(m) Độ sâu tính từ đáy móng z1i(m) 1.3 1.6 1.9 2.2 2.5 2.8 3.1 3.4 3.7 4.2 4.3 4.6 4.9 5.2 5.5 5.8 6.1 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3.2 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 Tại tâm lớp phân tố e1i Ứng Ứng Ứng (ứng với suất suất suất P1i) tăng tổng thân thêm P2i=(σi P1i=σ ∆σ +∆σi) (T/m2) (T/m2) (T/m2) 2.20 18.89 21.09 0.935 2.77 17.26 20.03 0.927 3.34 14.22 17.56 0.921 3.92 11.01 14.93 0.916 4.49 8.40 12.89 0.912 5.06 6.46 11.52 0.908 5.63 5.05 10.68 0.905 6.21 4.02 10.23 0.902 6.78 3.26 10.04 0.899 7.35 2.69 10.04 0.896 7.83 2.31 10.14 0.894 8.11 2.12 10.23 1.165 8.45 1.90 10.35 1.163 8.96 1.63 10.59 1.160 9.48 1.42 10.90 1.156 9.99 1.24 11.23 1.153 10.50 1.08 11.59 1.150 11.01 0.96 11.97 1.147 e21 (ứng với P2i) 0.862 0.864 0.868 0.873 0.878 0.882 0.884 0.886 0.886 0.886 0.886 1.152 1.151 1.150 1.148 1.146 1.144 1.142 Si (cm) 0.000 1.122 0.986 0.829 0.670 0.530 0.414 0.323 0.252 0.199 0.158 0.087 0.063 0.166 0.137 0.115 0.096 0.081 0.069 Tại lớp phân tố thứ 18   0,96  0,1  1,101 nên ta dừng tính lún Độ lún đất S=6,296 < cm THỎA Page 15 BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT Hình: Ứng suất đất (ứng suất thân, ứng suất gây lún, ứng suất tổng) Page 16