Tiểu luận Các phương pháp thí nghiệm nền móng công trình

Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 GIỚI THIỆU CHUNG Nền móng công trình là một trong những yếu tố quan trọng hàng đầu quyết định đến chất lượng của công trình. Chính vì nắm bắt được ý nghĩa về tầm quan trọng của việc nghiên cứu nền móng em đã chọn môn học “Các phương pháp thí nghiệm nền móng công trình” là môn tự chọn cho học kì cuối. Nhằm tạo điều kiện cho các học viên cao học ngành xây dựng nắm bắt và hiểu rõ hơn về các phương pháp thí nghiệm đất phục vụ cho việc tính toán nền móng công trình, thầy PGS - TS.Võ Phán đã bố trí cho các lớp được tiến hành thực tập thí nghiệm tại bộ môn Địa cơ nền móng, thông qua các phương pháp thí nghiệm, cơ bản nhất để xác định các chỉ tiêu cơ học của đất phục vụ cho việc tính toán nền móng công trình. Các phương pháp thí nghiệm bao gồm: Bài 1: Thí nghiệm xác định trọng lượng riêng của đất trong phòng thí nghiệm. Bài 2: Thí nghiệm xác định giới hạn Atterberg. Giới hạn chảy và giới hạn dẻo trong phòng thí nghiệm. Bài 3: Thí nghiệm cắt trực tiếp – máy cắt phẳng. Bài 4: Thí nghiệm nén ba trục. Bài 5: Thí nghiệm nén cố kết. Ý nghĩa, nội dung cùng các kết quả số liệu tính toán sẽ được trình bày cụ thể qua từng bài ở các trang sau. HVTH: Trần Minh Đông Trang 1 Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 BÀI 1: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TRỌNG LƯỢNG RIÊNG CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM. 1. Mục đích Thí nghiệm này xác định của mẫu đất ở trạng thái tự nhiên. 2. Cơ sở lý thuyết Trọng lượng riêng của mẫu đất đươc tính từ khối lượng riêng tự nhiên của mẫu đất. Khối lượng riêng của mẫu đất ký hiệu là ρ xác định bởi tỷ số khối lượng M và thể tích V của mẫu đất. M V ρ = Vì vậy để xác định khối lượng riêng của mẫu đất tự nhiên, ta cần phải biết thể tích V và khối lượng của mẫu đất M ở trạng thái tự nhiên. Thí nghiệm trong phòng với đất dính chỉ có cỡ hạt mịn có thể sử dụng phương pháp dao vòng, đã biết thể tích V, cắt vào mẫu đất nguyên dạng, gọt cho thật phẳng các mặt trên dưới, đem cân để biết khối lượng M. Trong trường hợp đất dính có hạt sỏi sạn, không thể sử dụng phương pháp dao vòng được, mà phải xác định thể tích bằng cách nhúng mẫu đất, đã cân khối lượng M vào paraffin nóng chảy để bọc kín mẫu đất và cân lại trong nước suy ra thể tích V của mẫu đất. Từ đó ta tính được trọng lượng riêng của mẫu đất γ bằng tích số khối lượng riêng ρ và gia tốc trọng trường g = 10m/s 2 . .g γ ρ = 3. Dụng cụ thí nghiệm Dao vòng, cao 2cm, đường kính 6,3cm. Cân điện tử, độ chính xác 0,01g. Thước kẹp. Đĩa thuỷ tinh. HVTH: Trần Minh Đông Trang 2 Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 4. Các bước thí nghiệm Dùng thước kẹp xác định đường kính trong của dao vòng là 6,3cm; chiều cao của dao vòng là 2cm. Từ đó tính được tiết diện dao vòng là 31.172cm 2 và thể tích V của dao vòng là 62.344cm 3 . Xác định khối lượng của dao vòng bằng cân điện tử. Dùng dao vòng ấn sâu vào mẫu đất theo chiều thẳng đứng, cho đất vào đầy dao vòng, chú ý phải giữ cho dao vòng luôn luôn thẳng đứng. Dùng dao cắt phẳng đất ở hai đầu dao vòng. Xác định khối lượng của dao vòng và đất. 5. Ghi nhận, tính toán số liệu và báo cáo kết quả. Khối lượng riêng tự nhiên của mẫu đất: A B V ρ − = Trong đó: ρ: Khối lượng riêng tự nhiên của mẫu đất (g/cm 3 ). A: Là khối lượng mẫu đất và dao vòng (g). B: Là khối lượng dao vòng (g). V: Thể tích dao vòng hoặc thể tích mẫu đất (cm 3 ). Từ đó tính được trọng lượng riêng của mẫu đất: HVTH: Trần Minh Đông Trang 3 Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 .g γ ρ = Trong đó: γ: Trọng lượng riêng của mẫu đất (kN/m 3 ). ρ: Khối lượng riêng tự nhiên của mẫu đất (g/cm 3 ). g: Gia tốc trọng trường (m/s 2 ). Trong thí nghiệm buổi đầu (thí nghiệm nén ba trục) nhóm đã không dùng dao vòng mà đã dùng trực tiếp mẫu để xác định khối lượng riêng tự nhiên. Đường kính mẫu tại các vị trí: - Đầu là D 1 = 3,95cm = 39,5mm - Cuối là D 2 = 3.90cm =39,0mm → Đường kính trung bình của mẫu đất là: D = 39,25mm Chiều cao mẫu: h = 8.73cm = 87,3mm Từ đây ta sẽ tính được thể tích của mẫu đất là: 2 2 3 3 39,25 3.14 87,3 105575,52 105,58 4 4 D V h mm cm π = = × × = ≈ Và khối lượng của mẫu cân được là: 156,40M g= Bảng: Kết quả tính toán trọng lượng riêng của ba mẫu đất trong phòng thí nghiệm Loại đất V(cm 3 ) A(g) B(g) ρ(g/cm 3 ) γ(kN/m 3 ) 1 105,58 156,40 0 1,481 14,81 2 62,344 227,36 106,59 1,937 19,37 3 62,344 224,00 106,82 1,879 18,79 6. Nhận xét, ứng dụng vào thiết kế nền móng Trọng lượng riêng là một trong những thông số vật lý cơ bản của đất là các tính chất để xác định trạng thái vật lý của nó. Góp phần quan trọng trong thiết kế nền móng. Trọng lượng riêng là mối quan hệ giữa khối lượng và thể tích và cũng là số đo quan trọng về trạng thái của đất. HVTH: Trần Minh Đông Trang 4 Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 HVTH: Trần Minh Đông Trang 5 Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 BÀI 2: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN ATTERBERG GIỚI HẠN CHẢY VÀ GIỚI HẠN DẺO TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 1. Mục đích Xác định các giới hạn chảy W L và giới hạn dẻo W P tức là xác định các giá trị độ ẩm ở các giới hạn chảy và dẻo, từ đó xác định được trạng thái và tên của đất dính. Trên cở sở đó tính được các thông số: + Chỉ số chảy: P L L P W W I W W − = − + Chỉ số dẻo: P L P I W W= − 2. Cơ sở lý thuyết Giới hạn dẻo của đất: là độ ẩm tương ứng khi đất loại sét chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo. Ký hiệu W P . Được xác định bằng cách nhào trộn đất đều với nước và lăn thành que có đường kính 3mm, khi que bắt đầu rạn nứt và đứt thành các đoạn ngắn có chiều dài khoảng 3-10mm, dừng lại đem mẫu đất xác định độ ẩm, độ ẩm lúc này chính là giới hạn dẻo của đất. Giới hạn chảy của đất: là độ ẩm tương ứng khi đất loại sét chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy. Ký hiệu W L . Có 2 phương pháp xác định giới hạn chảy chính hiện nay: + Phương pháp “tĩnh” – phương pháp dùng chùy Vaxiliev, có xét đến độ bền của đất. + Phương pháp “động” – phương pháp Casagrande, xét đến độ nhớt của đất. Công thức chuyển đổi từ Casagrande với Vaxiliev: ( ) 1 V L L W W b a = + Trong đó: a = 0.73 b = 6.47% HVTH: Trần Minh Đông Trang 6 Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 W L : Giới hạn chảy được xác định theo Casagrande. W v L : Giới hạn chảy được xác định theo Vaxiliev. 3. Dụng cụ thí nghiệm - Dụng cụ Casagrande. - Dao cắt rãnh. - Kính nhám 40cm x 60cm. - Rây có kích thước lỗ 1mm - Cối sứ và chày bọc cao su. - Cân kỹ thuật độ chính xác 0.01g. - Lò sấy điều chỉnh được t o . - Dao để nhào trộn. 4. Các bước thí nghiệm 4.1. Chuẩn bị mẫu thử Nếu mẫu đất đã được hông khô trong điều kiện tự nhiên, dùng phương pháp chia tư để lấy khoảng 300g cho vào chày có đầu bọc cao su để nghiển nhỏ. Cho đất đã nghiền qua rây 1mm và loại bỏ phần trên rây. Đem đất đã lọt qua rây đựng vào bát, rót nước cất vào bát đựng đất, dùng dao trộn đều cho đến trạng thái như hồ đặc. Sau đó đặt mẫu thí nghiệm vào bình thủy tinh, đậy kính trong khoảng thời gian >2h trước khi thí nghiệm. 4.2. Tiến hành thí nghiệm 4.2.1. Xác định giới hạn chảy theo Casagrande • Dùng dao trộn đều, tạo độ ẩm thấp hơn giới hạn chảy HVTH: Trần Minh Đông Trang 7 Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 • Dùng dao cho đất đã nhào trộn vào đĩa khum để tránh bọt khí lưu giữ trong mẫu. Không cho đất vào đầy đĩa mà để một khoảng ở phần trên chỗ tiếp xúc với mốc treo chừng 1/3 đường kính của đĩa, đảm bảo độ dày của cả lớp đất >10mm. • Dùng que gạt chuyên dùng để rạch đất trong đĩa thành 1 rãnh dài khoảng 40mm, vuông góc với trục quay. • Quay đập với tốc độ 2vòng/s và đếm số lần đập cần thiết để phần dưới của rãnh đất vừa khép lại 1 đoạn dài 13mm. • Lấy đất trong đĩa ra, nhào lại với đất còn dư trong bát. Sau đó lặp lại như trên để xác định lần thứ hai. • Lấy khoảng 10g đất xung quanh rãnh đã khép kín cho vào hộp nhôm để xác định độ ẩm. • Cứ tiếp tục thí nghiệm với lượng nước thay đổi theo chiều tăng lên. Xác định ít nhất 3 lần xác định độ ẩm ứng với số nhát đập từ 10-40 • Căn cứ vào số liệu thí nghiệm, vẽ trục tung ứng với độ ẩm, trục hoành logarit biểu diễn số lần đập. Quan hệ giữa chúng là đường thẳng. Độ ẩm ứng với số nhát đập là 25 chính là giới hạn chảy Casagrande HVTH: Trần Minh Đông Trang 8 Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 Biểu đò xác đinh giới hạn chảy W L 4.2.2. Xác định giới hạn dẻo • Sử dụng phần đất còn lại của thí nghiệm tìm giới hạn nhão. • Lấy 1 ít đất và lấy mặt phẳng trong lòng bàn tay hoặc các đầu ngón tay lăn nhẹ nhàng trên kính nhám co đến khi thành que có đường kính bằng 3mm • Nếu với đường kính đó, que đất vẫn còn giữ liên kết và tính dẻo, thì đem vê nó thành hòn và tiếp tục lăn đến khi đạt đường kính 3mm bắt đầu rạng nứt và tự gãy thành những đọan nhỏ dài 3-10mm • Nhặt các đoạn que vừa đứt, bỏ vào hộp nhôm đậy nắp lại cho đất khỏi bị khô • Ngay sau khi đất trong hộp đạt tối thiểu 10g, tiến hành xác định độ ẩm của đất trong hộp (%) với độ chính xác đến 0,1% HVTH: Trần Minh Đông Trang 9 Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 • Đối với mỗi mẫu đất, phải tiến hành không ít hơn 2 lần thí nghiệm song song để xác định giới hạn dẻo. • Lấy giá trị trung bình cộng hai lần thí nghiệm làm giới hạn dẻo của mẫu đất. Sai lệch cho phép vể độ ẩm trong các lần xác định song song <2% 5. Ghi nhận, tính toán số liệu và báo cáo kết quả Bảng kết quả tính toán giới hạn chảy,giới hạn dẻo của đất loại 1 Loại đất 1 Đơn vị Giới hạn chảy Giới hạn dẻo Số hiệu lon 2 15 16 17 10 Số lần rơi (N) lần 16 25 28 A - trọng lượng đất ẩm + lon g 21.23 20.11 23.38 15.58 15.78 B - trọng lượng đất khô + lon g 16.81 15.96 18.16 14.46 14.24 C - trọng lượng lon g 12.20 11.36 12.41 11.96 11.00 Độ ẩm 100% A B W B C − = × − % 95.9 90.2 90.8 44.8 47.5 1.0 1.2 1.4 1.6 88 90 92 94 96 98 log N W(%) Nhìn vào đồ thị trên tại N = 25 ta được độ ẩm tương ứng là W L = 90.20% đây chính là giới hạn chảy của loại đất 1 theo phương pháp Casagrande. Còn giới hạn dẻo của mẫu đất 1 là W P = 44.8 47.5 2 + = 46.15% Loại đất 2 Đơn vị Giới hạn chảy Giới hạn dẻo Số hiệu lon 17 15 2 4 11 HVTH: Trần Minh Đông Trang 10 [...]... như: - Thí nghiệm cắt trực tiếp với hộp cắt Casagrande - Thí nghiệm nén đơn - Thí nghiệm cắt đơn - Thí nghiệm nén ba trục Trong các thí nghiệm xác định các thơng số chống cắt thì thí nghiệm nén ba trục là thí nghiệm tin cậy nhất Vì nó mơ phỏng xác thực mẫu đất trong những điều kiện chịu tải trong đất nền gánh đỡ các loại cơng trình khác nhau Mặt khác thí nghiệm ba trục cũng có thể mơ phỏng các điều... thốt nước khác nhau của đất nền, cũng như xác định các thơng số biến dạng đất nền đồng thời với thơng số chống cắt Có ba sơ đồ thí nghiệm chính: HVTH: Trần Minh Đơng Trang 19 Bộ mơn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 2.1 Sơ đồ thí nghiệm khơng cố kết, khơng thốt nước (UU) Đây là sơ đồ thí nghiệm đơn giản, vận hành nhanh, giá thành rẻ và thơng dụng nhất của thí nghiệm 3 trục Kết quả sức... – Nền móng HVTH: Trần Minh Đơng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 Trang 30 Bộ mơn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 6 Nhận xét, ứng dụng vào thiết kế nền móng Phương pháp nén ba trục có ưu điểm là kết quả thu được cho gần đúng với thực tế Còn có khuyết điểm là thí nghiệm phức tạp, cần chun gia tay nghề cao, đắt tiền Một số ứng dụng của thí nhiệm nén ba trục Một số ứng dụng của phương pháp. .. cả mẫu ngun dạng) để thí nghiệm HVTH: Trần Minh Đơng Trang 22 Bộ mơn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 Dụng cụ dùng để chế bị mẫu nén 3 trục HVTH: Trần Minh Đơng Trang 23 Bộ mơn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 Hình dạng ngồi của mẫu nén 4.2 Trình tự thí nghiệm Mẫu đất thí nghiệm được bọc kín bằng màng cao su mỏng đàn hồi và 1 (hoặc cả 2 đầu) có các đệm đá thấm, rồi... – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 6 Nhận xét, ứng dụng vào thiết kế nền móng Ưu điểm của phương pháp cắt trực tiếp là đơn giản dễ thực hiện hơn phương pháp nén ba trục Nhưng bên cạnh đó nó có khuyết điểm là do mặt cắt cố định trước nên đất bị cắt theo mặt phẳng này, mà mặt phẳng này chưa chắc là yếu nhất nên khơng chính xác Các giá trị (c, ϕ) dùng để tính tốn các thơng số sau đây trong nền móng: ... cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 Bài 3: THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP – MÁY CẮT PHẲNG 1 Mục đích Thí nghiệm xác định sức chống cắt của đất nhằm xác định các đại lượng đặc trưng cho chỉ tiêu cơ học của đất c, ϕ rất quan trọng cho việc tính tốn khả năng chịu tải của đất nền, ổn định mái dốc, đập chắn,… 2 Cơ sở lý thuyết Vào năm 1776, Coulomb là người đầu tiên đưa ra lí thuyết và một phương trình. .. phẳng 50cm x 50cm, dao vòng với các thơng số: + Chiều cao: 2 cm + Đường kính trong: 6.31 cm + Diện tích: 31.172 cm2 + Trọng lượng: 107.55 g + Thể tích chứa: 62.344 cm3 HVTH: Trần Minh Đơng Trang 15 Bộ mơn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 4 Các bước thí nghiệm 1 Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ thí nghiệm: + Mẫu đất được lấy khơng xáo trộn từ ống lấy mẫu đất + Các mảnh đồng và hộp nén được... đất nền: R= HVTH: Trần Minh Đơng m1m2 ( Abγ + Bγ ' h + Dc ) K tc Trang 18 Bộ mơn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 Bài 4: THÍ NGHIỆM NÉN BA TRỤC 1 Mục đích Thí nghiệm nén ba trục xác định các chỉ tiêu về sức chống cắt (c,ϕ), áp lực nước lổ rỗng u, đồng thời xác định mođun đàn hồi E và hệ số poisson µ của đất 2 Cơ sở lý thuyết Trong tự nhiên một mẫu đất hình lăng trụ chịu tác dụng bởi các. .. khơng thốt nước của lõi của lõi khơng kịp thay đổi sét đầm chặt của đập Móng nơng thi cơng nhanh trên nền sét Sức chịu tải phụ thuộc ứng suất chống cắt khơng thốt nước HVTH: Trần Minh Đơng Trang 31 Bộ mơn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 Bài 5: THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT 1 Mục đích Thí nghiệm nén cố kết để xác định các đại lượng: hệ số nén lún a, hệ số thay đổi thể tích mv, chỉ số nén Cc,... tròn ứng suất Mohr Đường tiếp tuyến chung của ba vòng tròn Mohr là đường chống cắt Mohr-Coulomb Từ đó xác định các thơng số (c,ϕ) của mẫu đất HVTH: Trần Minh Đơng Trang 20 Bộ mơn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009 Ngồi ra ta có thể dùng phương pháp bình phương cực tiểu để xác định các thơng số (c,ϕ) trong nén ba trục của mẫu đất: n ϕ  tg 2  450 + ÷ = 2  n n n∑ σ 1σ 3 − ∑ σ 1 ∑ σ 3 1 . Dụng cụ Bao gồm: dao, giấy thấm, keo, vaselin, giẻ lau, thau chứa nước sạch, ba mảnh đồng nhám, cân kỹ thuật, thước kẹp, kính phẳng 50cm x 50cm, dao vòng với các thông số: + Chiều cao: 2 cm +. tiêu cơ học của đất phục vụ cho việc tính toán nền móng công trình. Các phương pháp thí nghiệm bao gồm: Bài 1: Thí nghiệm xác định trọng lượng riêng của đất trong phòng thí nghiệm. Bài 2: Thí. khối lượng riêng ρ và gia tốc trọng trường g = 10m/s 2 . .g γ ρ = 3. Dụng cụ thí nghiệm Dao vòng, cao 2cm, đường kính 6,3cm. Cân điện tử, độ chính xác 0,01g. Thước kẹp. Đĩa thuỷ tinh. HVTH: Trần