Lập trụ địa chất xác định tên và trạng thái đất, chọn chiều sâu đặt móng.. Tính và vẽ biểu đồ ứng suất hữu hiệu phân bố trong nền do: - tải trọng bản thân.. Lớp đất Số hiệu Chiều dày m..
Trang 1BỘ MÔN: CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG
BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT
GVHD: Thầy NGUYỄN SỸ HÙNG
SVTH: Hồ Thái Duy
MSSV: 12149019
Trang 2I 111Equation Chapter 1 Section 1SỐ LIỆU:
1 Công trình:
Tải trọng tính toán dưới chân công trình tại cốt mặt
đất:
N0 = 51.6 (T)
M0= 6.3 (Tm)
2 Nền đất:
Chiều sâu mực nước ngầm tính từ mặt đất:
Hnn= 6.3m
II YÊU CẦU:
1 Lập trụ địa chất (xác định tên và trạng thái đất), chọn chiều sâu đặt móng.
2 Xác định kích thước đáy móng (bxl) theo điều kiện bền ptb < [p].
- Áp lực tiếp xúc trung bình dưới đáy móng ptb:
- Tải trọng cho phép của nền [p]
3 Tính và vẽ biểu đồ ứng suất hữu hiệu phân bố trong nền do:
- tải trọng bản thân.
- tải trọng ngoài.
4 Dự báo độ lún ổn định tại tâm móng.
Lớp đất Số hiệu Chiều dày (m)
Trang 3CÂU 1:
Xác định tên – trạng thái đất:
Bảng 1: BẢNG SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT
Số hiệu địa chất (Lớp 1) 59 (Lớp 2) 16 (Lớp 3) 99
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
Góc ma sát trong φ 16o40 9o40 36o10
-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 quả xuyên tĩnh qc(MPa) 2,59 1,10 16,10 Kết quả xuyên tiêu chuẩn N 18 6 33
Bảng 2: THÀNH PHẦN % ỨNG VỚI ĐƯỜNG KÍNH CỠ HẠT (MM) – SỐ HIỆU 99
2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05-0,01 0,01-0,002 <0,002
Trang 4
Dựa vào dữ liệu đề bài ta thấy:
Lớp 1 & lớp 2 thuộc nhóm đất dính.
Cơ sở lý thuyết xác định tên & trạng thái từng nhóm đất:
- Nhóm đất dính:
Tên đất được xác định dựa vào chỉ số dẻo A:
212\* MERGEFORMAT (.) A Wnh Wd
Bảng 3: Tiêu chuẩn phân loại đất dính
Đất sét
Á sét
Á cát
A>17 17≥A>7 7≥A≥1
Trạng thái đất được xác định dựa vào độ sệt B:
313\* MERGEFORMAT (.)
B
A
Bảng 4: Tiêu chuẩn đánh giá trạng thái đất dính
Tên đất và trạng thái của nó Độ sệt
Á cát
Á sét và sét
Dẻo mềm 0,5<B≤0,75
Trang 5- Nhóm đất rời:
Xác định tên đất:
Bảng 5: Tiêu chí xác định tên đất (TCVN 9362:2012)
Loại đất hòn lớn và đất cát Phân bố của hạt theo độ lớn tính bằng phần
trăm trọng lượng của đất hong khô
A Đất hòn lớn
Đất tảng lăn (khi có hạt sắc cạnh gọi là địa
khối)
Đất cuội (khi có hạt sắc cạnh gọi Ià đất dăm)
Đất sỏi (khi có hạt sắc cạnh gọi là đất sạn)
Trọng lượng của các hạt lớn hơn 200 mm chiếm trên 50 %
Trọng lượng các hạt lớn hơn 10 mm chiếm trên 50
%
Trọng lượng các hạt lớn hơn 2 mm chiếm trên 50
%
B Đất cát
Cát sỏi
Cát thô
Cát thô vừa
Cát mịn
Cát bụi
Trọng lượng các hạt lớn hơn 2 mm chiếm trên 25
% Trọng lượng các hạt lớn hơn 0,5 mm chiếm trên 50
% Trọng lượng các hạt lớn hơn 0,25 mm chiếm trên
50 % Trọng lượng các hạt lớn hơn 0,1 mm chiếm trên 75
% hoặc hơn Trọng lượng hạt lớn hơn 0,1 mm chiếm dưới 75 % CHÚ THÍCH: Để định tên đất theo Bảng phải cộng dần phần trăm hàm lượng hạt của đất nghiên cứu: Bắt đầu từ các hạt lớn hơn 200 mm, sau đó là các hạt lớn hơn 10 mm, tiếp đến là các hạt lớn hơn 2 mm Tên đất lấy theo chỉ tiêu đầu tiên được thỏa mãn trong thứ tự tên gọi ở Bảng
Xác định trạng thái đất theo độ rỗng:
Bảng 6: Tiêu chí phân loại cát
Cát sỏi thô và thô vừa e<0,55 0,55≤e≤0,7 e>0,7
Trang 7Xác định tên & trạng thái từng lớp đất:
Dựa vào số liệu địa chất có được trên cơ sở lý thuyết đã có ta tiến hành xác định tên và trạng thái cho từng lớp đất.
Lớp 1:
Đây là lớp đất thuộc nhóm đất dính.
- Xác định tên đất: (dựa vào chỉ số dẻo A):
☺ Ta thấy A1>17 : đất sét
- Xác định trạng thái đất (dựa vào độ sệt):
(1) 1
(1) (1)
0,156
d
ch d
☺ Ta thấy: B1=0,156<0,25: trạng thái nửa rắn
Lớp 2:
Đây là lớp đất thuộc nhóm đất dính.
- Xác định tên đất (dựa vào chỉ số dẻo):
2 Wch(2) Wd(2) 37,4 33,7 3,7
☺ Ta thấy A2<7 : đất á cát
- Xác định trạng thái đất (dựa vào độ sệt):
(2) 2
(2) (2)
0,84
d
ch d
☺ Ta thấy: B2=0.84<1: trạng thái dẻo
Lớp 3:
Trang 8Đây là lớp đất thuộc nhóm đất rời.
- Xác định tên đất (dựa vào sự phân bố đường kính cỡ hạt):
Lượng hạt có đường kính d>2mm chiếm
0%<25%
Lượng hạt có đường kính d>0,5mm chiếm
15,5+23=38,5% < 50%
Lượng hạt có đường kính d>0.25mm chiếm:
15,5+23+19=57,5% > 50% => đất cát vừa.
- Xác định trạng thái đất cát (dựa và hệ số rỗng e):
0(1 W) 2.46 1 (1 0,132)
1 0,52 1,96
x x
Đất cát vừa có hệ số rỗng e<0,55 – trạng thái chặt
Đánh giá sơ bộ tính chất xây dựng của đất:
Đất được xem là có tính chất xây dựng tốt cần có một số tiêu chí cơ bảng sau:
- Chỉ số thí nghiệm xuyên động N SPT ≥ 5
- Sức kháng xuyên q c ≥ 500KPa (0,5MPa)
- Góc ma sát trong φ ≥ 10 0
(Ngoài ra tùy từng loại đất mà còn một số tiêu chí khác như hệ số rỗng,hệ số cấp
phối,dung trọng riêng, độ ẩm, khả năng chống cắt…)
Lớp 1
Đất sét trạng thái nửa rắn
γ = 1,91 T/m3
qc=2,59 > 0,5 MPa
N=18 > 5
φ=16040 > 100
Lớp 2
Đất á cát trạng thái dẻo
q c= 1,1 >0,5 MPa
N=6 > 5
φ=9 0 40 ≈ 10 0
Lớp 3
chặt
q c= 16,1 >0,5 MPa
N=33 > 5
φ=36 0 10 > 10 0
Trang 9
Lập hình trụ địa chất:
Hình : Trụ cắt địa chất
Đất sét, trạng thái nửa rắn
γ=1,91(T/m3)
Nspt=18
Qc=2,59 MPa
φ=16040
Lớp 1: đất tốt cho xây dựng
Đất cát vừa, trạng thái chặt
γ=1,96(T/m3)
Nspt=33
Qc=16,1 MPa
φ=36010
Lớp 3: là lớp đất tốt cho xây dựng
Đất á cát, trạng thái dẻo
γ=1,71(T/m3)
Nspt=6
Qc=1,1 MPa
φ=9040
Lớp 2: có tính chất xây dựng tương đối.
Trang 10 Chọn chiều sâu đặt móng (h m ):
Thông số đầu vào: lớp trên cùng là lớp đất có tính chất xây dựng tương
đối tốt – dày 4.2m, bên dưới là lớp đất yếu hơn (dày 2.7m) và mực nước ngầm ở độ sâu là 6.3m Tải trọng M0 = 6.3 Tmvà N0 = 51.6 T
Nguyên tắc cơ sở:
o Móng nông: hm ≤ 3m
o Nên đặt vào trong nền đất tốt sâu tối thiểu là 0.2m Trong trường hợp lớp đất bên dưới lớp đất đặt móng là lớp đất yếu thì nên chọn
hm sao cho ảnh hưởng của tải trọng công trình lên lớp đất yếu bên dưới là nhỏ nhất
o Ngoài ra, nên đặt trên mực nước ngầm tối thiểu 0.5m
Chọn h m=1m (đặt trên lớp đất 1).
Hình : Chiều sâu đặt và kích thước móng
Trang 11CÂU 2:
Chọn kích thước đáy móng (bxl):
Tải trọng tính toán dưới chân cột: M0 = 6.3 Tmvà N0 = 51.6 T
1 Chọn b=1.5m
2 Cường độ tính toán của đất nền:
Đất sét có B≤0.5 nên m1=1.2; Giả sử đây là công trình nhà ở gia đình có kết cấu cứng thì m2=1
Với φ=1604 tra bảng và nội suy ta có A=0.36, B=2.43, D=5
ktc=1
1 2
1 1
tc
m m
1, 2 1 (0,36 1,5 1.91 2, 43 1 1,91 5 3,3) 26,61 1
tc
(T/m2)
3 Diện tích sơ bộ đáy móng:
1
51,5
2,1 26,61 1,91 1
m
N
Ta có:
0,122
M
e N
suy ra [(1+e);(1+2e)] = [1,12;1,24]
Chọn α trong đoạn ra [(1+e);(1+2e)] => l b1, 2 Chọn KF=1,2 trong đoạn 1,1 – 1,5
Vậy
1,4
F
K F b
(thỏa vì chọn b ban đầu là b=1.4m)
Chọn b=1.5m và l=1.8m
Trang 124 Kiểm tra ứng suất dưới đáy móng:
Để đảm báo móng làm việc tốt theo kích thước đã chọn ta tiến hành kiểm tra các điều kiện sau:
26,61
p R (T/m2) max 1, 2 tc 31,92
p R (T/m2) min 0
p (T/m2)
Với:
2 1,5 1,82
0,81
bl
(m3) ta có:
51,6
2 1 21,11 26,61 1,5 1,8
o
N N
(T/m2)
max
6.3 21,11 28,89 31,92
0.81
tb
M
W
(T/m2)
min
6.3 21,11 13,33 0
0,81
tb
M
W
(T/m2)
KẾT LUẬN: Móng với bxl=1.5x1.8 đảm bảo khả năng làm việc tốt (có thể xem
lún bên dưới đáy móng với áp lực là quan hệ tuyến tính khi tính lún)
5 Kiểm tra điều kiện kinh tế:
Nhầm giúp tiết kiệm chi phí 1 cách tối ưu ta phải chọn móng sao cho an toàn cho công trình với mức chi phí thấp
Ta có:
max
1, 2
9.5% 10%
1, 2
tc tc
R
KẾT LUẬN: đảm bảo khả năng tiết kiệm chi phí.
Trang 13
Tải trọng cho phép của đất nền:
Tải trọng giới hạn của đất nền được tính theo công thức:
1 2
p N b N q N c
Trong đó:
- Pgh: sức chịu tải của đất nền
- γ = 1,91: dung trọng của lớp đất đặt móng (T/m3)
- q = γ *hm = 1,91: trọng lượng trung bình của các lớp đất phía trên
- c =3,3 T/m2: lực dính của 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 là các hệ số tra bảng dựa vào góc ma sát trong φ của lớp đất đặt móng lên
Vậy:
2
1
2
gh
Hệ số an toàn là:
70,1
3,3 21,11
gh s tx
P F P
Trang 14CÂU 3+4:
Tính và vẽ biều đồ ứng suất hữu hiệu phân bố trong đất nền do tải trọng bản thân- σ, tải trọng công trình-∆σσ
Để tính toán chính xác đảm bảo sự biến dạng trong đất nền và lực tác dụng là quan hệ tuyến tính ta cần chia đất thành từng lớp nhỏ-phân tố với chiều dày mỗi lớp h i ≤ b/4 (tính toán theo mô hình cộng lún từng phân tố)
Yêu cầu:
o Mỗi phân tố phải nằm hoàn toàn trong cùng một lớp đất
o Mỗi lớp phân tố phải nằm hoàn toàn trên, hoặc hoàn toàn dưới mực nước ngầm
o Chia lớp phân tố càng nhỏ thì sự chính xác sẽ càng cao
Với b/4=0,375 nên ta chọn h i =0,3 (việc chọn chiều dày lớp phân tố cần chú ý sao cho tránh phải nội suy) Có thể thay đổi chiều dày một lớp phân tố có thế thay đổi nếu cần thiết cho sự tiện lợi trong tính toán nhưng cần phải đảm bảo hợp lý sao cho không quá dày.
Thông thường sẽ tắt lún ở độ sâu 3b, tuy nhiên có thể dừng ở độ sâu có
o ∆σ=0,2σ đối với đất tốt
o ∆σ=0,1σ đối với đất yếu hơn
o Nếu sau hơn 3b mà vẫn không thỏa thì ta cần tính thêm một số lớp nữa.
Độ lún cho phép là 8cm.
Ứng suất hữu hiệu trong đất nền do tải trọng bản thân:
'
z i hi
Trong đó:
- σ’z là ứng suất của đất tại độ sâu z
- γi là dung trọng tự nhiên của từng lớp, trong trường hợp lớp đất
nằm bên dưới mực nước ngầm thì
'
- hi là chiều dày của mỗi lớp đất
Trang 15 Ứng suất tăng thêm trong đất nền do tải trọng công trình gây ra:
0 gl
K p
Trong đó:
- Áp lực gây lún pgl được tính:
' 21,11 1,91.1 19,20( / m )2
gl tx m
Với γ’ là dung trọng riêng trung bình phần đất bị lấy đi
Trang 16- K0 tra bảng và nội suy theo z/b và l/b
Bảng: bảng tính ứng suất trong đất nền do trọng lượng bản thân và tải trọng công trình
Dự báo độ lún ổn định tại tâm móng
(tính theo phương pháp cộng lún từng phân tố)
1 2 1
1
i
e
Trang 17♠ Lớp 1:
Lớp 1
♠ Lớp 2:
Lớp 2
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0.72
0.74
0.76
0.78
0.8
0.82
0.84
0.86
f(x) = − 0.03 ln(x) + 0.96
Biều Đồ e-p của lớp 1
Tải trọng P
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0.85
0.9
0.95
1
1.05
1.1
f(x) = − 0.06 ln(x) + 1.29
Biểu đồ e-p lớp 2
Tải trọng P
Trang 18Bảng :Tính lún trong đất
Tại tâm lớp phân tố Lớp
đất
STT
lớp
phân
tố
Chiều dày
1 lớp phân tố
hi(m)
Độ sâu tính từ mặt đất
z0i(m)
Độ sâu tính từ đáy móng
z1i(m)
Ứng suất bản thân
P1i=σ (T/m2)T/m2))
Ứng suất tăng thêm
∆σ (T/σ (T/m2)T/
m2))
Ứng suất tổng
P2)i=(T/m2)σi +∆σ (T/σi) (T/m2)T/m2))
e1i
(ứng với P1i)
e21
(ứng
với P2i)
Si (cm)
0 - 1 0 - - 0.000
lớp
1
1 0.3 1.3 0.3 2.20 18.89 21.09 0.935 0.862 1.122
2 0.3 1.6 0.6 2.77 17.26 20.03 0.927 0.864 0.986
3 0.3 1.9 0.9 3.34 14.22 17.56 0.921 0.868 0.829
4 0.3 2.2 1.2 3.92 11.01 14.93 0.916 0.873 0.670
5 0.3 2.5 1.5 4.49 8.40 12.89 0.912 0.878 0.530
6 0.3 2.8 1.8 5.06 6.46 11.52 0.908 0.882 0.414
7 0.3 3.1 2.1 5.63 5.05 10.68 0.905 0.884 0.323
8 0.3 3.4 2.4 6.21 4.02 10.23 0.902 0.886 0.252
9 0.3 3.7 2.7 6.78 3.26 10.04 0.899 0.886 0.199
10 0.3 4 3 7.35 2.69 10.04 0.896 0.886 0.158
11 0.2 4.2 3.2 7.83 2.31 10.14 0.894 0.886 0.087
Lớp
2
12 0.1 4.3 3.3 8.11 2.12 10.23 1.165 1.152 0.063
13 0.3 4.6 3.6 8.45 1.90 10.35 1.163 1.151 0.166
14 0.3 4.9 3.9 8.96 1.63 10.59 1.160 1.150 0.137
15 0.3 5.2 4.2 9.48 1.42 10.90 1.156 1.148 0.115
16 0.3 5.5 4.5 9.99 1.24 11.23 1.153 1.146 0.096
17 0.3 5.8 4.8 10.50 1.08 11.59 1.150 1.144 0.081
18 0.3 6.1 5.1 11.01 0.96 11.97 1.147 1.142 0.069
Tại lớp phân tố thứ 18 0,96 0,1 1,101 nên ta dừng tính lún tại đây.
Độ lún của đất nền là S=6,296 < 8 cm THỎA
Trang 19Hình: Ứng suất trong đất nền (ứng suất bản thân, ứng suất gây lún,
ứng suất tổng)