BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT TRƯƠNG TUẤN ĐÔN ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC ĐẤT N M 0,8m h1=3,5m hm = 1,5m h2=10m b a Đề bài: Đáy móng có kích thước chịu tải trọng ( tổ hợp bản, tải trọng tiêu chuẩn) cho bảng sau: Đáy móng Kích thước b x a (m) 2,4 x 4,0 Tải trọng N (kN) M (kNm) 695 59 Chiều sâu chôn móng hm (m) 1,5 Số liệu tiêu lý B (Bảng 1) Nền đất có tiêu lý bảng 2: (trang 2) Chiều sâu mực nước h’ = 0,8 m Chiều dày lớp: Lớp : h1 = 3,5 m Lớp : chưa tắt phạm vi lỗ khoan h2 = 10 m Yêu cầu: Xác định tên, trạng thái lớp đất theo tiêu chuẩn Việt Nam USCS Tính vẽ biểu đồ ứng suất tổng cộng σz đất ( trọng lượng thân tải trọng gây ra) Kiểm tra ứng suất ( tải trọng ) tác dụng lên lớp đất Xác định độ lún móng theo phương pháp: cộng lún lớp, lớp tương đương, Iegorov So sánh kết dự đoán cho nhận xét Tính độ nghiêng móng Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết Vẽ biểu đồ phân bố ứng suất hữu hiệu xác định mức độ ổn định lún đất thời điểm t = thaùng, t2 = thaùng, t3 = 12 tháng sau thi công Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT LỚP ĐẤT 19,1 100 PHÂN TÍCH CỢ HẠT ĐẤT % Mịn (mm) 4,76 2,00 0,42 0,074 100 98 86 53 88 85 73 45 0,002 16 γ (kM/m3 ) 17,8 19,5 Δ 2,76 2,68 W (%) Wnh (%) Wd (%) 26 18,5 34 35 20 20 C (kM/m2 ) 12 31 φ0 11 15 kt (cm/s) 2.10-6 3.10-6 Thí nghiệm nén ε1 (2,5) 0,728 0,624 ε2 (5) 0,719 0,612 ε3 (10) 0,684 0,595 ε4 (20) 0,646 0,557 (Bảng 2) Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết Bài làm Xác định tên, trạng thái đất lớp đất theo tiêu chuẩn Việt Nam Dựa vào bảng tiêu lý lớp đất ta thấy lớp đất có hệ số dính c nên để xác định trạng thái đất ta dựa vào số dẻo A Chỉ số dẻo A1 lớp đất 1: A1 = W1nh – W1d = 34 – 20 = 14 7≤ A1≤17 → lớp dất sét Độ sệt B1 cửa lớp đất 1: W1 − W1d 26 − 20 W − W 1d ≈ 0,43 B1 = = = A1 14 W nh − W d 0,25≤ B1≤0,5 → đất trạng thái dẻo Vậy lớp đất có tên sét trạng thái dẻo Chỉ số dẻo A2 lớp đất 2: A2 = W2nh – W2d = 35 – 20 = 15 7≤ A1≤17 → lớp dất sét Độ sệt B2 cửa lớp đất 2: W − W 2d 18,5 − 20 W − W 2d ≈ −0,1 B2 = = = A2 15 W nh − W d B2 < → đất trạng thái rắn Vậy lớp đất có tên sét trạng thái rắn 1.1 Xác định tên, trạng thái đất lớp đất theo tiêu chuẩn USCS LỚP ĐẤT 19,1 100 PHÂN TÍCH CỢ HẠT ĐẤT % Mịn (mm) 4,76 2,00 0,42 0,074 100 98 86 53 88 85 73 45 0,002 16 W (%) Wnh (%) Wd (%) 26 18,5 34 35 20 20 a)Xác định tên, trạng thái đất lớp 1: Dựa vào tiêu lý ta có % mịn hạt có đường kính D=0,074 mm lớn 50% đất hạt mịn, lớp đất đất vô với Wnh< 50%, theo tiêu chuẩn USCS ta có loại đất đất sét với số dẻo A=14, Wnh = 34 ta thấy loại đất nằm đường cấp phối A khu vực CL dựa vào tiêu chuẩn USCS ta có lớp đất lớp đất sét có tính dẻo thấp b)Xác định tên, trạng thái đất lớp 2: Dựa vào tiêu lý ta có % mịn hạt có đường kính D=0,074 mm nhỏ 50% với W nh < 50% đất hạt thô Dựa vào bảng tiêu lý ta thấy có 100% hạt đất lọt qua rây có đường kính D=4,76mm với 45% hạt đất lọt qua rây dó đường kính D = 0,074 nên lớp đất cát bụi, cát bụi-cát sét cát sét, lớp đất lẫn sét nên theo tiêu chuẩn USCS ta có loại đất đất cát sét Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết Tính vẽ biểu đồ ứng suất tổng cộng σz đất Lớp đất thứ có hệ số rỗng: e0 = ∆.γ n (1 + 0,01W ) 2,67.10(1 + 0,26) −1 = − = 0,89 γw 17,8 trọng lượng riêng đẩy nổi: (∆ − 1) γ n (2,67 − 1)10 γñn = + e = + 0,89 = 8,836 Lớp đất thứ có hệ số rỗng: e0 = ∆.γ n (1 + 0,01W ) 2,68.10(1 + 0,185) −1 = − = 0,63 γw 19,5 trọng lượng riêng đẩy nổi: (∆ − 1) γ n γñn = + e = (2,68 − 1)10 = 10,3 + 0,636 p Bieåu đồ đường cong nén e-p 0,9 0,89 0,8 0,728 0,7 0,63 0,6 0,719 0,624 0,612 0,684 0,646 0,595 0,557 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 e 10 Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn 15 20 25 Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết 2.1 Ứng suất tải trọng thân gây ra: Độ sâu (m) 0,8 1,5 2,1 2,7 3,3 3,5 3,9 4,5 5,1 5,7 6,3 bt Ứng suất trọng lượng thân σ z (kN/m2) 14,24 20,43 25,73 31,03 36,33 38,1 42,22 48,4 54,58 60,76 66,94 2.2 Ứng suất tải gây ra: N M p0 = γ tb h + F ± W γtb : trọng lượng riêng trung bình vật liệu móng đất đắp móng thường lấy γtb = 20 kN / m h : độ sâu đặt móng F, W : diện tích môđun chống uốn tiết diện đáy móng 695 59 ± p0 = 20.1,5 + 9,6 6,4 p0max = 111,6 kN / m p0min = 93,2 kN / m p0tb = 102,4 kN / m Ứng suất gây lún đáy móng: p = p0 – γh pmax = 111,6 – (17,8.0,8 + 8,836.0,7) = 91,2 kN / m pmin = 93,2 – (17,8.0,8 + 8,836.0,7) = 72,8 kN / m 91,2 + 72,8 ptb = = 82 kN / m 2 Ứng suất gây lún điểm nằm trục O tính với ứng suất gây lún đế móng phân bố ptb = 82 kN / m Chia móng thành diện tích móng dùng hệ số kg để tính, chia gốc O nằm vị trí đáy móng Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết Điểm Độ sâu (m) l = b 1,2 z z = b 1,2 kg σ p = 4k g P z 0,6 1,2 1,8 2,0 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 0,5 1,0 1,5 1,67 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0,25 0,2376 0,1964 0,1485 0,1359 0,1122 0,0849 0,0657 0,0472 0,0416 82 77,93 64,42 48,71 44,58 36,8 27,85 21,55 15,48 13,64 σ bt z 20,43 25,73 31,03 36,33 38,1 42,22 48,4 54,58 60,76 66,94 σp z bt σz 2,6 3,03 2,08 1,34 1,17 0,87 0,575 0,395 0,25 0,2 Biểu đồ ứng suất 20,43 82 77,93 25,73 31,03 64,42 36,33 38,1 48,71 42,22 48,4 54,58 60,76 66,94 Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn 44,58 36,8 27,85 21,55 15,48 13,64 Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết Kiểm tra ứng suất ( tải trọng ) tác dụng lên lớp đất: Áp lực tiêu chuẩn lớp đất: Lớp đất thứ với φ =110 tra bảng ta coù A = 0,205; B = 1,835; D = 4,295 tra bảng trị số m1, m2 ta có m1 = 1,2; m2 = 1,0; hệ số ktc = 1,0 mm R 1tc = (A.bγ + Bh m γ '+ D.c) k tc 1,2.1,0 0,8.17,8 + 0,7.8,836 (0,205.2,4.8,836 + 1,835.1,5 + 4,295.12) 1,0 1,5 = 112,04kN / m Lớp đất thứ hai với φ = 150 tra bảng ta có A = 0,275; B = 2,3; D = 4,845 tra bảng trị số m1, m2 ta có m1 = 1,2; m2 = 1,0; hệ số ktc = 1,0 mm tc R = (A.b y γ + Bh m + z γ '+ D.c) k tc = by = Fy + a − a N tc Fy = p ; Ntc = N + F.hm.γtb = 695 + 4.2,4.1,5.20 = 983 kN σ z=H N tc 983 Fy = p = = 12 σ z=H 82 l − b − 2,4 a= = = 0,8 2 by = Fy + a − a = 12 + 0,8 − 0,8 = 2,76 mm tc R = (A.b y γ + Bh m + z γ '+ D.c) k tc 1,2.1,0 0,8.17,8 + 2,7.8,836 (0,275.2,76.10,3 + 2,3.3,5( ) + 4,845.31) 1,0 3,5 = 294,76kN / m Ứng suất tác dụng lên lớp đất 1: σz = p0tb = 102,4 kN / m Ứng suất tác dụng lên lớp đất 2: σz = 17,8.0,8 + 2,7.8,836 + 4.0,1359[102,4 – (0,8.17,8 + 0,7.8,836)] = 82,67 kN / m So sánh ta thấy :  Áp lực tác dụng lên lớp thứ σz = 102,4 kN / m < áp lực tiêu chuẩn R 1tc = 112,04 kN / m = Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết  Áp lực tác dụng lên lớp thứ hai σz = 82,67 kN / m < áp lực tiêu chuẩn tc R = 294,76 kN / m Vậy đất đảm bảo chịu tải trọng ổn định ta xác định độ lú đất phương pháo thường dùng Xác định độ lún móng theo phương pháp: cộng lún lớp, lớp tương đương, Iegorov So sánh kết dự đoán cho nhận xét a) Xác định độ lún móng theo phương pháp cộng lún lớp: b 2,4 = 0,6 ta có = 4 ta chia đất đáy móng thành nhiều lớp phân tố có chiều dày h=0,6 m Biểu đồ ứng suất ta có câu là: 20,43 23,08 25,73 79,965 42,22 48,4 54,58 60,76 33,68 64,42 56,565 37,215 36,33 38,1 77,93 71,175 28,38 31,03 66,94 82 46,645 40,16 45,31 48,71 44,58 36,8 40,69 32,325 27,85 51,49 57,76 63,85 24,7 21,55 18,515 15,48 14,56 13,64 Sinh vieân thực hiện: Phạm Tuấn Pôn Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết Ta có chiều sâu vùng chịu nén H = 4,8 m kể từ đáy móng Kết tính toán: Lớp đất Lớp phân tố hi (m) P1i kN / m Pi kN / m P2i = P1i+ Pi kN / m I 0,6 0,6 0,6 0,2 23,08 28,38 33,68 37,215 79,965 71,175 56,565 46,645 103,045 99,555 90,245 83,86 II 0,4 0,6 0,6 0,6 0,6 40,16 45,31 51,49 57,76 63,85 40,69 32,325 24,7 18,515 14,56 80,85 77,635 76,19 76,275 78,41 e1i e2i 0,74 0,72 0,72 0,72 0,61 0,61 0,61 0,60 0,60 0,68 0,68 0,69 0,69 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 S= e1i − e 2i h i (m) + e1i 0,01966 0,01494 0,01183 0,00336 0,00396 0,00409 0,00298 0,00224 0,00149 Vaäy ΣS = 0,06455 m = 6,455 cm b) Xác định độ lún móng theo phương pháp lớp tương đương: l = 1,67 lấy μ = 0,3 tra bảng ta có: với = b 2,4 Aω0 = 1,735 chiều dày lớp tương đương : hs = Aω0.b = 1,735.2,4 = 4,164 m Biểu đồ phân bố ứng suất gây lún đế móng theo phương pháp lớp tương đương xem phân bố tam giác, tương đương với diện tích p.h s Tam giác có đáy p, chiều cao 2hs Phạm vi chịu lú theo phương pháp lớp tương đương 2hs=2.4,164=8,328 m ng suất gây lún đáy móng lấy trị số trung bình 82 kN / m , biểu đồ ứng suất gây lún hình vẽ Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn 10 Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết 20,43 82 29,265 72,15 38,1 70,69 62,3 31,15 z1=7,328m z2=3,164m 103,28 Lớp đất Chiề u dày (m) zi kể từ đỉnh biểu p1i=σbtz pi=σgl p2i = p1i + pi Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn e1i e2i a0 = e1i − e 2i (p 2i − p1i )(1 + e1i ) 11 Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết đồ σgl 2,0 6,328 7,328 3,164 29,265 70,69 72,15 31,15 101,415 101,84 0,72 0,60 0,68 0,59 0,0003453 0,00022 S = a o1h 1p1 + a o h p = 0,0003453.2.72,5 + 0,00022.6,328.31,15 = 0,05 + 0,0434 = 0,0934m = 9,34cm c) Xác định độ lún móng theo phương pháp Iêgôrôv: Ta chọn chiều sâu chịu nén phương pháp cộng lún lớp Hchịu nén = 4,8m Bề mặt lớp thứ ứng với z = Đáy lớp thứ ứng với z = m Bề mặt lớp thứ hai ứng với z = Đáy lớp thứ hai ứng với z = 4,8 m Vì Iegorov thành lập bảng trị số k cho trường hợp μ = 0,3 nên ta chọn gần cho lớp đất với μ = 0,3 Tra bảng ta hệ số k Lớp thứ l z Ứng với bề mặt: = 1,67 ; = tra bảng ta có k = b b z l = 0,83 tra baûng ta có k = 0,674 Ứng với đáy: = 1,67 ; = b 2,4 b Lớp thứ hai z l = 0,83 tra bảng ta có k = 0,674 Ứng với bề mặt: = 1,67 ; = b 2,4 b z 4,8 l = tra bảng ta có k = 0,739 Ứng với đáy: = 1,67 ; = b 2,4 b Trị số áp lực lún p = 82 kN / m Xác định môđun biến dạng E Tính β: Đối với lớp đất thứ ta chọn μ = 0,3: 2µ 2.0,32 β =1− =1− = 0,743 1− µ − 0,3 Đối với lớp đất thứ hai ta chọn μ = 0,25: Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn 12 Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết 2µ 2.0,25 β =1− =1− = 0,833 1− µ − 0,25 Lớp đất I II Lớp phân tố P1i Pi hi (m) kN / m 0,6 0,6 0,6 0,2 0,4 0,6 0,6 0,6 0,6 23,08 28,38 33,68 37,215 40,16 45,31 51,49 57,76 63,85 kN / m P2i = P1i+ Pi 79,965 71,175 56,565 46,645 40,69 32,325 24,7 18,515 14,56 kN / m e1i e2i 0,740 0,727 0,725 0,724 0,617 0,614 0,611 0,609 0,607 0,683 0,684 0,691 0,695 0,601 0,603 0,603 0,603 0,602 103,045 99,555 90,245 83,86 80,85 77,635 76,19 76,275 78,41 a= e1 − e pi 0,000713 0,000604 0,000601 0,000622 0,000393 0,000340 0,000324 0,000324 0,000343 E= + e1 β a 1813,2 2124,4 2132,6 2059,4 3427,4 3954,3 4141,9 4136,7 3890,6 Trị số Etb 2032,4 kN / m 3910,2 kN / m Tính C: C1 = E1 E2 2032,4 3910,2 = = 2233,4 vaø C = = = 4296,9 2 1− µ − 0,3 1− µ − 0,3 Vậy độ lún móng: n S = p.b∑ i =1 k i − k i −1 0,674 − 0,739 − 0,674 = 82.2,4( + ) = 0,0624m = 6,24cm Ci 2233,4 4296,9 Nhận xét: Ta nhận thấy kết tính toán độ lún phương pháp lớp tương đương không xác ta tính toán độ lún đất có lớp đất nên việc ta đưa trở thành lớp để tính toán trở nên không xác Còn với phương pháp Iegorov kết tính toán lún không tin tưởng bảng tra hệ số k ta có tra hệ số k với μ = 0,3 nên việc tra bảng hệ số k không xác dẫn đến việc tính toán độ lún không xác Ở việc tính toán độ lún với phương pháp cộng lún lớp kết tính toán xác tin tưởng 91,2 5.Tính độ nghiêng móng 82 Để tính độ nghiêng móng ta tính lún mép móng độ 72,8 nghiêng móng tính công thức: θ ≈ tgθ = S − S1 b Tính lún mép trục M1, M2 : M1 Ptg Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn M2 13 Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết Pmax Pmin Điểm z (m) 0,6 1,2 1,8 2,0 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 Ñieåm z (m) 0,6 1,2 1,8 2,0 2,4 3,0 3,6 l b 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 l = = 3,33 b 1,2 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 z b 0,5 1,0 1,5 1,67 2,0 2,5 3,0 z b 0,5 1,0 1,5 1,67 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 kg σ p = 2k g 72,8 σ p max = 2k g 91,2 0,25 0,2391 0,2038 0,1649 0,1532 0,1329 0,1085 0,0895 0,0748 0,0630 36,4 34,8 29,67 24,0 22,0 19,35 15,8 13,03 10,89 9,17 45,6 43,6 37,17 30,1 27,94 24,24 19,8 16,32 13,64 11,49 kT σ ptg = 2k T 18,4 σ M1 = σ p max − σ ptg σ M = σ p + σ ptg 0,25 0,175 0,119 0,090 0,0838 0,0714 0,0594 0,0514 9,2 6,44 4,38 3,312 3,084 2,628 2,186 1,89 36,4 37,16 32,79 26,788 24,856 21,56 17,614 14,43 45,6 41,24 34,05 27,312 25,384 21,98 18,0 14,92 Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn 14 Bài tập lớn học đất 4,2 4,8 3,33 3,33 3,5 4,0 GVHD: Trịnh Bạch Tuyết 0,0438 0,0364 1,612 1,34 12,028 10,15 12,5 10,51 Biểu đồ ứng suất trục M1 Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn M2 15 Bài tập lớn học đất Lớp đất lớp phân I II ∑S GVHD: Trịnh Bạch Tuyết Chiều dày h 0,6 0,6 0,6 0,2 0,4 0,6 0,6 0,6 0,6 = 0,031952m = 3,1952cm ; Độ nghiêng móng: θ ≈ tgθ = p1 = σ bt e1 23,08 28,38 33,68 37,215 40,16 45,31 51,49 57,76 63,85 0,740 0,727 0,725 0,724 0,617 0,614 0,611 0,609 0,607 ∑S p2 59,86 63,36 63,47 63,035 63,36 64,9 67,51 71,0 74,94 Treân truïc M1 e2 0,712 0,710 0,710 0,710 0,607 0,607 0,606 0,605 0,604 S1 0,009655 0,005906 0,005217 0,001624 0,002474 0,002602 0,001862 0,001492 0,001120 p2 66,5 66,025 64,36 63,565 63,84 65,31 67,95 71,47 73,35 Trên trục M2 e2 0,707 0,708 0,709 0,710 0,607 0,607 0,606 0,605 0,603 S2 0,011379 0,006601 0,005652 0,001624 0,002474 0,002602 0,001862 0,001492 0,001493 = 0,035179m = 3,5179cm S − S1 3,5179 − 3,1952 = = 0,00080675rad b 400 Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn 16 Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết Vẽ biểu đồ phân bố ứng suất hữu hiệu xác định mức độ ổn định lún đất thời điểm t1 = tháng, t2 = tháng, t3 = 12 tháng sau thi công Hệ số nén tương đối: n a om = ∑a oi h izi 2h s = 0,0003453.2.7,328 + 0,00022.6,328.3,164 2.4,164 = 0,000273m / kN = 0,00273cm / N Hệ số thấm: 2h 2.4,164 km = n s = = 2,6784.10 −8 m / s = 0,845 h 6,328 m/naêm = 84,5cm/naêm ∑ k i 2.10 −8 + 3.10 −8 i Hệ số cố kết trung bình: k 84,5 C vm = m = = 3,1.10 cm2/năm a om γ n 0,00273.0,01 Vì thoát nước lên xuống ta xem thuộc trường hợp toán cố kết thấm chiều, chiều dài đường thấm h = hs = 4,164 m Với thời gian t = tháng = 1/3 năm, thừa số thời gian: π C vm 3,14 3,1.10 N= t= = 14,7 4h s2 4.416,4 tra baûng ta giá trị N bảng N = 14,7 lớn Thực tế lớp đất có hệ số thấm k lớn nên đất cố kết sau thi công ta có ứng suất hữu hiệu u = Vậy độ lún thời điểm sau tháng, tháng, 12 tháng sau thi công độ lún đất đất hoàn toàn cố kết 17 ... thực hiện: Phạm Tuấn Pôn Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết Bài làm Xác định tên, trạng thái đất lớp đất theo tiêu chuẩn Việt Nam Dựa vào bảng tiêu lý lớp đất ta thấy lớp đất có hệ số dính... lớp đất lẫn sét nên theo tiêu chuẩn USCS ta có loại đất đất cát sét Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết Tính vẽ biểu đồ ứng suất tổng cộng σz đất Lớp đất. .. sau thi công Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Pôn Bài tập lớn học đất GVHD: Trịnh Bạch Tuyết CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT LỚP ĐẤT 19,1 100 PHÂN TÍCH CỢ HẠT ĐẤT % Mịn hôn (mm) 4,76 2,00 0,42 0,074