Đồ án môn học Cơ Học ĐấtNền Móng

MỞ ĐẦU Đất nước ta đang có những bước chuyển biến lớn về mặt kinh tế – xã hội . Cùng với nó là việc cần thiết phải phát triển các công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng phục vụ cho phát triển kinh tế và dân sinh . Ngày nay trong xây dựng việc tính toán thiết kế kiến trúc bên dưới các công trình cũng không kém phần quan trọng so với tính toán thiết kế kiến trúc bên trên các công trình . Bởi lẽ móng và bản thân nền có ổn định thì công trình bên trên mới tồn tại và sử dụng một cách bình thường . Trong khi ngày nay các kỹ sư thiết kế về nền móng không hiểu rỏ về đất nền cung như các kỹ sư địa chất công trình không hiểu rỏ về thiêt kế móng . Trên cơ sở đó các thầy trong bộ môn địa chất công trình đã giao cho chúng em đồ án môn học “ Cơ Học ĐấtNền Móng“ nhằm giúp cho chúng em hiểu rõ hơn về việc thiét kế móng công trình , cũng như điều kiện làm việc của đất nền , đề ra phương án tính toán , thiết kế và xử lý Nền – Móng đảm bảo yêu cầu về mặt kỹ thuật cũng như đảm bảo về tính kinh tế . Trong chương trình đào tạo của trường Đại học MỏĐịa chất đối với sinh viên ngành Địa chất công trình –Địa kỹ thuật, ngoài việc học trên lớp giáo trình Nền và Móng còn có đồ án môn học, nó giúp cho mỗi sinh viên : • Củng cố các kiến thức đã học và vận dụng nó vào các công việc cụ thể. • Biết các bước thực hiện việc thiết kế và kiểm tra móng. • Làm cơ sở giúp cho sinh viên hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp sau này Với mục đích như vậy thầy giáo đã giao cho mỗi sinh viên một đề tài với những yêu cầu và nhiệm vụ khác nhau. Sau một thời gian làm việc nghiêm túc với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Phóng, tôi đã hoàn thành đồ án môn học với nội dung sau : •Mở đầu •Đề bài •Chương I : Thiết kế móng •Chương II: Xác định tải trọng giới hạn •Chương III: Tính độ lún cuối cùng •Kết luận. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế và thiếu kinh nghiệm thực tế nên trong đồ án còn nhiều sai sót. Rất mong được sự nhận sét, đánh giá và góp ý của thầy Đề bài: Đề số I Cho một cột nhà công nghiệp có kích thước 60x60cm, đặt trên một nền đất gồm 2 lớp •Lớp 1: sét pha dày 6m •Lớp 2: cát pha dày vô tận Tải trọng tác dụng lên móng bao gồm: Trọng lượng cột tac dụng đúng tâm trọng lượng xà ngang tác dụng lệch tâm một khoảng e =0.5m so với trọng tâm cột.

1 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG MỞ ĐẦU Đất nước ta có bước chuyển biến lớn mặt kinh tế – xã hội Cùng với việc cần thiết phải phát triển công trình xây dựng công nghiệp dân dụng phục vụ cho phát triển kinh tế dân sinh Ngày xây dựng việc tính toán thiết kế kiến trúc bên công trình không phần quan trọng so với tính toán thiết kế kiến trúc bên công trình Bởi lẽ móng thân có ổn định công trình bên tồn sử dụng cách bình thường Trong ngày kỹ sư thiết kế móng không hiểu rỏ đất cung kỹ sư địa chất công trình không hiểu rỏ thiêt kế móng Trên sở thầy môn địa chất công trình giao cho chúng em đồ án môn học “ Cơ Học Đất-Nền Móng“ nhằm giúp cho chúng em hiểu rõ việc thiét kế móng công trình , điều kiện làm việc đất , đề phương án tính toán , thiết kế xử lý Nền – Móng đảm bảo yêu cầu mặt kỹ thuật đảm bảo tính kinh tế Trong chương trình đào tạo trường Đại học Mỏ-Địa chất sinh viên ngành Địa chất công trình –Địa kỹ thuật, việc học lớp giáo trình Nền Móng có đồ án môn học, giúp cho sinh viên : • Củng cố kiến thức học vận dụng vào công việc cụ thể • Biết bước thực việc thiết kế kiểm tra móng • Làm sở giúp cho sinh viên hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp sau Với mục đích thầy giáo giao cho sinh viên đề tài với yêu cầu nhiệm vụ khác Sau thời gian làm việc nghiêm túc với hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Văn Phóng, hoàn thành đồ án môn học với nội dung sau : •Mở đầu •Đề •Chương I : Thiết kế móng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG •Chương II: Xác định tải trọng giới hạn •Chương III: Tính độ lún cuối •Kết luận Tuy nhiên kiến thức hạn chế thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án nhiều sai sót Rất mong nhận sét, đánh giá góp ý thầy Đề bài: Đề số I Cho cột nhà công nghiệp có kích thước 60x60cm, đặt đất gồm lớp •Lớp 1: sét pha dày 6m •Lớp 2: cát pha dày vô tận Tải trọng tác dụng lên móng bao gồm: -Trọng lượng cột tac dụng tâm -trọng lượng xà ngang tác dụng lệch tâm khoảng e =0.5m so với trọng tâm cột Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG tc P1 tc 0,5m P 0,6x0,6m Sét pha Cát pha 4m Các tiêu lý lớp lớp cho theo bảng sau: Khối Khối Độ lượng lượng ẩm thể riêng tích tn Góc ma Hệ số rỗng ứng với cấp sát áp lực P = 1;2;3;4 kG/cm2 tron g Lực Hệ số dính thấm kết w s (T/ (T/ ) Sét ph 1.80 ) 2,7 W (% ) 22 0,808 0.75 0,72 0.70 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 φ (độ) 22 C (kG/ cm² ) K (cm/s) 0,25 1,8 10-7 MSSV:1321020416 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG a Cát ph 1,86 a 18 0,68 2,7 0,63 0,60 0,58 9,0.10-5 Tải trọng tác dụng lên móng gồm: trọng lượng cột P = 48(T), tác dụng tâm trọng lượng xà ngang P2 = 7(T), tác dụng lệch tâm khoảng e = 0,5m so với trọng tâm cột Nhiệm vụ thiết kế : Thiết kế móng tường nhà công nghiệp Xác định tải trọng giới hạn đất tâm hai mép móng theo lý thuyết cân giới hạn Tính độ lún theo thời gian móng NỘI DUNG CHÍNH Chương I.Thiết Kế Móng 1.1, Xác định kích thước móng: Gọi h chiều sâu đặt móng, b chiều rộng móng cần thiết kế Trước hết ta lựa chọn sơ kích thước móng Chiều sâu móng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: ảnh hưởng tải trọng kiến trúc công trình; ảnh hưởng cấu trúc địa chất địa chất thủy văn; ảnh hưởng điều kiện phương pháp thi công móng; ảnh hưởng khí hậu địa lý tự nhiên…Sau xem xét điều kiện giả thiết với yêu cầu thiết kế, chọn h=1,5m, chiều cao móng hm=0,4m Để phù hợp với điều kiện truyền tải trọng, ta thiết kế móng theo tỷ lệ: = =1 Vì a = b = Khi b tính theo phương trình bậc : b3 + K1b2 – K2 = (1) Trong : K1 = M1.h + – M3 () Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG K2 = M3 () Chọn m = 1, γtb = 2,2 T/m3 Với ta tra bảng giá trị: M1 = 5,64 ; M2 = 9,9 ; M3 = 1,64 Thay giá trị vào công thức (),( ta : K1= 19.24 ,K2= 50,09 Thay vào phương trình ( 1), ta có : b3 + 19,24b2 – 50,09 = Giải phương trình kết hợp với điều kiện móng chịu lực lệch tâm ta tìm giá trị thõa mãn b= 1,56 Do móng chịu tải trọng tác dụng lệch tâm nên chọn b = 1,8m Với b = 1,8m ta có tgαtk = (bm-bc )/2.hm = 1,5 Điều kiện góc cứng thiết kế (1≤ tgαtk ≤2) thõa mãn b= 1,8 1.2 Kiểm Tra Móng Xác định sức chịu tải đất ( Rtc) : Rtc = m( A.b + B.h ) + D.c Chọn m = Các hệ số A, B, D phụ thuộc vào góc ma sát φ đất Từ , ta có bảng sau : (Bảng 1) (Độ) 22 • A 0,61 B 3,44 D 6,04 Rtc(T/m2) 25,15 Kiểm Tra điều kiện chịu lực đất móng: tc σ max Ptc + G M tc ∑ = + ≤ 1,2.R tc F w P1tc + P2tc + γ tb.h.b.a P2tc.e = + F w =+ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG = 26,99 (T/m2) ≤ 30,08 (T/m2) = 1,2.Rtc (Chọn γtb = 2,2 T/m3) tc σ Ptc + G M tc ∑ = − ≥0 F • w P1tc + P2tc + γ tb.h.b.a P2tc.e = − F w = ≥ = 13,55 (T/m2) tc σ tb tc tc σm ax + σ = ≤ R tc = = 20,27 ≤ 25,15 = Rtc Các điệu kiện thỏa thỏa mãn nên chọn a = b = 1,8m Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG Ptc M 1100 200 tk 1500 400 G 13,55 26,99 1800 600 600 1800 Hình 1: Sơ đồ tính toán kiểm tra kích thước móng 1.3.Tính khối lượng bê tông cốt thép • Xác định chiều cao làm việc bêtông (h0): Chiều cao làm việc bêtông h0 phải đủ lớn để chịu lực cắt đảm bảo an toàn ∑P : h0 ≥ 2.(ac + bc).m.Rcp = = 0,26 m Trong đó: ac , bc – kích thước tiết diện cột m- hệ số điều kiện làm việc móng, lấy 1,0 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG R cp- cường độ kháng cắt cho phép bêtông, chọn bêtông mac 150 Rcp= 105T/m2 Chọn h0 = 0,36m, chiều dày lớp bảo vệ cốt thép 4cm • Tính cốt thép MôMen uốn phản lực gây tính theo công thức sau : Ma = Mb = (σ +σi ) (a − ac )2(2b + bc ) max 24 (σ + σ ) (b − bc )2(2a + ac ) max 24 Trong đó: =∑ σmax, σmin P+ G M ± F w ΣP = n.ΣPtc , M =n.Mtc (n hệ số vượt tải = 1,2) σi -ứng suất tiêu chuẩn cho phép mép cột phía có σmax σ i = σmin + (σ max − σmin )(1− hm.tgα ) a Thay: a =b =1,8m; ac =bc =0,6m; hm=0,4m tgα =1,5 vào công thức tìm được: na nb : Số lượng cốt thép bố trí theo chiều a, b đáy móng Fa Fb : Tổng diện tích tiết diện ngang cốt thép bố trí theo chiều a, b đáy móng fa fb : Tiết diện ngàng cốt thép bố trí theo chiều a ,b đáy móng (Sử dụng cốt thép có Ф10, diện tích tiết diện thép theo bảng ) Ra : Cường độ chịu kéo cốt thép ( Ra =18000T/m2 ứng với thép CT-O ) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG +) Số lượng thép theo cạnh a, b: na = nb = Faa faa Fab fab 9,85.10−4 = = 12,5 π.Φ 8,92.10−4 = = 11,36 π.Φ => Lấy 13 => Lấy 12 Ma = 6,38 Tm Mb = 5,78 Tm Từ giá trị momen, tính số lượng cốt thép theo chiều cạnh Sử dụng loại thép CT-O, Ra =18000kG/cm2, φ =10mm ta có: - Cạnh a: Faa = Ma 6,38 = = 9,85.10−4 m2 m.ma.Ra.ho 1.1.18000.0,36 - Cạnh b : Fab = Mb 5,78 = = 8,92.10−4 m2 m.mb.R b.ho 1.1.18000.0,36 +) Khoảng cách thép theo cạnh móng : ca = b − 2.e 1,8− 2.0,04 = = 14,33 cm na − 13− cb = b − 2.e 1,8− 2.0,04 = = 15,64 cm nb − 12 − Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 10 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG Ptc M 1100 1500 40  tk 360 400 G 40 13,55 26,99 24,13 150 140 1800 600 600 200 200 1800 Hình 2: Sơ đồ cấu tạo móng với bố trí cốt thép Chương II Xác định tải trọng giới hạn Xác định tải trọng giới hạn đất tâm mép móng theo lý thuyết cân giới hạn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 11 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG p Pgh q Pgh max y A b O B z Để xác định sức chịu tải áp dụng công thức Xôcôlôvxki: Pgh = PT(c + q.tgϕ ) + q ;(q = γw.h) Trong : PT – hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào Y T , tra bảng với: YT = γw y q.tgϕ + c Kết tính toán cho điểm : A (y=0), O (y=b/2) vµ B (y=b) theo bảng: (Bảng 2) Điểm y γw A O B 1,62 3,24 h (m) 1,5 q (T/m2) 2,7 (c+q.tgϕ ) 1,3408 YT Pgh(T/m2) PT 0,000 17,16 25,145 1,208 21,70 31,795 2,416 25,60 37,024 Min Max Chương III.Tính độ lún theo thời gian móng Xem tải trọng hình thang tải trọng phân bố với cường độ : Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 12 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG tc σ tb tc tc σm ax + σ = ≤ R tc =20,27 T/m2 Ứng suất điểm tâm móng tính theo công thức sau : σz = Ko.Pgl σbt = h.γw Pgl =σtctb-h γw =20,27 - 1,5.1,80 = 17,45 T/m2 Kết theo bảng đây: (Bảng 3) Độ sâu z(m) 1,50 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 σbt (z-1,5)/b a/b K0 σz 2,70 3,60 5,40 7,20 9,00 10,80 12,60 14,40 0,28 0,83 1,39 1,94 2,50 3,06 3,61 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,000 0,896 0,432 0,204 0,109 0,072 0,049 0,036 17.450 17,205 7,538 3,559 1,902 1,256 0,855 0,628 Tính độ lún cuối lớn móng theo phương pháp phân tầng lấy tổng +) Hệ số rỗng ban đầu: ε0 = -Lớp sét pha : ==0,780 ε0 = -Lớp cát phá: γ s.γ n.(1+ 0.01W) −1 γw γ s.γ n.(1+ 0.01W) −1 γw = 0,710 +) Đường cong nén lún với loại đất sét pha: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 13 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG +) Đường cong nén lún đất cát phá : +) Xác định ranh giới vùng hoạt động nén ép: Théo số liệu tính toán bảng , đồ thị ứng suất phụ thêm (σz), ứng suất thân (σbt) theo phương thằng đứng qua tâm móng độ sâu z = 5m ta có : σz = 1,836 ≤ 0,2.σbt = 0,2.9,40 = 1,88 Lấy ranh giới vùng hoạt động nén ép tới độ sâu 5m chia vùng thành lớp phân tố, lớp phân tố dày 0,5m ε1i −ε 2i +) Độ lún lớp tính theo công thức: h Si = 1+ε1i i Trong : ε1i , ε2i tương ứng hệ số rỗng ứng với áp lực lớp phân tố thứ i P1i = σbt (i) vµ P2i= σbt(i)+ σgl Kết tính toán theo bảng sau: (Bảng 4) Lớp Sét pha Cát pha ∑ Phân lớp hi(m) 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 3,5 P1i(T/m2) 3,29 4,23 5,17 6,11 7,05 7,99 8,92 ε1i 0,757 0,755 0,754 0,752 0,750 0.678 0.675 P2i(T/m2) 19,73 17,38 14,19 12,05 11,14 10,93 11,09 ε2i 0,686 0,699 0,718 0,730 0,735 0,667 0,666 Si(m) 0,0211 0,0165 0,0105 0,0064 0,0043 0,0033 0,0027 0,066 Độ lún cuối móng : S∞ = Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 Si ∑ i =1 = 0,066m = 6,6 cm MSSV:1321020416 14 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG Tính độ lún theo thời gian : Vì hệ số thấm đất tăng dần theo chiều sâu nên nước thoát theo chiều Do đó, độ lún theo thời gian tính theo trường hợp “0” với chiều dài đường thấm h = H/2 = 1,75m z 1,5m p =1,966 kG/cm2 h1 = 2,5 H = 3,5 z1 = 2,25 h2 = z2 = 0,5 n! r !( n − r ) ! (Bảng 5) Hệ số nén lún lớp sét asÐt = ε1( sÐt) − ε2( sÐt) = 0,055 P2 − P1 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 Hệ số nén lún lớp cát ac¸t = ε1( c¸t) − ε 2( c¸t) P2 − P1 = 0,047 MSSV:1321020416 15 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG a0( sÐt) = asÐt = 0,031 1+ ε0( sÐt) a0( c¸t) = ac¸t = 0,028 1+ ε0( c¸t)  Hệ số nén lún rút đổi trung bình : ∑ aoi hi zi = 0,031.2,5.2,25+ 0,028.1.0,5 = 0,031( cm2 / kG) aom = 2h2 2.1,752  Hệ số thấm trung bình : Km= = = 2,5.10-7 (cm/s)  Hệ số cố kết tương đương : Cvm=km/(aom.γnc)= 3.107= 241935=2,4.105 (cm2/năm)  Nhân cố kết : No = Cvm.t = 2,4.105.t = 19,31t Kết tính lún theo thời gian cho bảng sau: (Bảng 6) STT θt N0 t = 0,05N0 (n¨m) 0,10 0,25 0,50 0,75 0,85 0,90 0,95 0,02 0,12 0,49 1,18 1,69 2,09 2,80 0,003 6.10-3 0,0245 0,059 0,0845 0,1045 0,672 St = θt S∞(cm) 0,66 1,62 3,24 4,86 5,51 5,83 6,16 Từ kết tính lún theo thời gian , vẽ biểu đồ quan hệ St =f(t) sau: Kết Luận Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 16 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG Qua trình tiến hành đồ án môn học Cơ học đất Nền móng rút nhiều điều bổ ích cho kiến thức môn học học riêng cho Với toán thiết kế móng cột nhà công nghiệp đưa phương an thiết kế móng Do nhận thấy toán Cơ học đất , Nền móng có nhiều điều phức tạp cần nhiều kiến thức tổng hợp để giải toán cho có kết tốt hiệu Đơn cử trường hợp đơn giản: việc thiết kế móng đơn việc chọn chiều sâu chôn móng , từ tính chiều rộng chiều dài móng công việc đòi hỏi có kiến thức tổng hợp tải trọng công trình , đất thiên nhiên , yếu tố DCCT – DCTV , giá thành công trình , ý nghĩa công trình , điều kiện thi công , ảnh hưởng công trình xung quanh , quy phạm quy định,… Do mà tồn công việc phụ thuộc vào kinh nghiệm chuyên môn , giá trị sử dụng công trình, giá thành công trình ,… Tuy nhiên đồ án dừng lại mức làm tập làm quen với công việc mà không tranh khỏi thiếu sót , mong góp ý thầy cô bạn lớp Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Văn Phóng hướng dẫn hoàn thành đồ án ! Tài liệu tham khảo 1.Đồ án học đất - móng PGS.TS Tạ Đức Thịnh ThS Nguyễn Văn Phóng 2.Nền móng công trình PGS.TS Tạ Đức Thịnh ThS Nguyễn Văn Phóng PGS.TS Nguyễn Huy Phương GVC Nguyễn Hồng 3.Bài tập học đất Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 17 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG PGS.TS Tạ Đức Thịnh ThS Nguyễn Văn Phóng PGS.TS Nguyễn Huy Phương Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 ... biểu đồ quan hệ St =f(t) sau: Kết Luận Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Anh Lớp: ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 16 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG Qua trình tiến hành đồ án môn học Cơ học đất Nền móng. .. ĐCTT – ĐKT AK58 MSSV:1321020416 ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG Ptc M 1100 200 tk 1500 400 G 13,55 26,99 1800 600 600 1800 Hình 1: Sơ đồ tính toán kiểm tra kích thước móng 1.3.Tính khối lượng bê tông... riêng cho Với toán thiết kế móng cột nhà công nghiệp đưa phương an thiết kế móng Do nhận thấy toán Cơ học đất , Nền móng có nhiều điều phức tạp cần nhiều kiến thức tổng hợp để giải toán cho có kết