Chương 3 ứng suất dưới đáy móng và ứng suất trong nền đất

Trị số của ứng suất phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Trị số của lực tác dụng có thể là lực tập trung hay lực phân bố - Tọa độ của điểm xác định ứng suất - Phương của tiết diện mà trong đó

CHƯƠNG 3 ỨNG SUẤT DƯỚI ĐÁY MÓNG & TRONG NỀN ĐẤT

3.1 Khái niệm chung.

 Ứng suất: Trong vật thể giữa các phân tử có lực liên kết để giữ cho vật thể có hình dạng nhất định Nếu tác dụng lên vật thể một ngoại lực

thì lực liên kết sẽ tăng lên để chống lại biến dạng do ngoại lực gây ra Sự tăng đó của lực liên kết được gọi là ứng lực hay nội lực Cường độ phân bố ứng lực hay nội lực gọi là ứng suất Trị số của ứng suất phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Trị số của lực tác dụng (có thể là lực tập trung hay lực phân bố)

- Tọa độ của điểm xác định ứng suất

- Phương của tiết diện mà trong đó ứng suất tác dụng

KL: Ứng suất là một đại lượng véc tơ có trị số nhất định, tác dụng tại một điểm nhất định và có phương tác dụng trên tiết diện phân tố vẽ qua

điểm ấy dưới một góc nhất định

 Các loại ứng suất: Có nhiều nguyên nhân gây ra ứng suất trong đất Thường gặp là trọng lượng bản thân đất, sự thay đổi nước ngầm trong

đất, tải trọng công trình tác dụng lên đất thông qua móng

 Ứng suất do trọng lượng bản thân gây ra còn gọi là ứng suất thường xuyên có ảnh hưởng rất lớn đến các quá trình cơ học tiếp theo do tải trọng công trình gây ra, trọng lượng bản thân được coi là một dạng tải trọng Ứng suất do trọng lượng bản thân gây ra là ổn định, ngoại trừ trong trường hợp đặc biệt khi đất đang trong quá trình trầm tích hoặc có sự thay đổi mực nước ngầm vì các lý do bên ngoài hay bên trong

 Tải trọng từ công trình trong phần lớn trường hợp được truyền lên đất nền thông qua móng có độ cứng lớn hơn độ cứng của đất do đó quy

luật của sự phân bố tải trọng phụ thuộc lớn vào độ cứng của móng Một số trường hợp khác tải trọng tác dụng trực tiếp lên đất như tải trọng từ nền đường đắp lên nền đất tự nhiên

3.2 Một số lời giải của lý thuyết đàn hồi (về trạng thái ứng suất biến dạng của bán không gian và bán mặt phẳng đàn hồi) 3.2.1 Bài toán không gian - Boussinesq:

 Trường hợp lực tập trung thẳng đứng tác dụng trên nền đất đồng nhất

 Thành phần ứng suất thẳng đứng do một P gây ra tại điểm M

Trong đó: K là hệ số phụ thuộc vào tỷ số z/r (tra bảng)

r

Hình 3.1: Tải trọng P

 Thành phần ứng suất thẳng đứng do nhiều P tập trung gây ra tại điểm M.

3.2.2 Bài toán phẳng - Flamnt:

 Trường hợp tải trọng tập trung thẳng đứng

phân bố đều trên đường thẳng

Hệ số IL phụ thuộc vào tỷ số R/z tra bảng:

r

12

3

M

P3 P2 P1

Hình 3.2: các tải trọng P gây ƯS tại điểm M

Hình 3.3: Sơ đồ tải trọng phân bố đều trên đường thẳng

2 2 2

2

2 2 2

3

) (

*

*

2

z x

z x

P z

x

z

P

x z

+

= +

=

π

σ π

σ

222

2

) (

x z

3.2.4 Sự phân bố ứng suất bản thân:

Nền đồng nhất: Ứng suất thẳng đứng gây ra bởi trọng lượng bản thân của đất ( tại một điểm A ở độ sâu z bất kỳ kể từ mặt đất).

 Nền nhiều lớp:

 Trường hợp nền nhiều lớp không có nước ngầm:

- Tại điểm A đáy lớp 1:

- Tại điểm B đáy lớp 2:

- Tại điểm C đáy lớp 3:

 Trường hợp nền nhiều lớp có mực nước ngầm:

TH1: Các lớp đất phía dưới MNN thấm nước:

- Tại điểm A đáy lớp 1:

- Tại điểm B đáy lớp 2:

- Tại điểm C đáy lớp 3:

TH2: Lớp đất phía dưới MNN không thấm nước:

Tại điểm A + đáy trên lớp 1:

Tại điểm A - đáy dưới lớp 1:

Tại điểm B đáy lớp 2:

TH3: Cách 1 lớp đất phía dưới MNN không thấm nước:

- Tại điểm A đáy lớp 1:

- Tại điểm B trên đáy lớp 2:

- Tại điểm B dưới đáy lớp 2:

- Tại điểm C đáy lớp 3:

Hình 3.10: Biểu đồ ứng suất Bản thân của đất nền không đồng nhất cách

một lớp đát phía dưới MNN không thấm nước

2

(γ σ

σ B bt+ = bt A + − n

2 2

1 1

2 2

*

*

*

h h

h

bt A

bt

B

γ γ

γ σ

2 2

1 1

3 3

h

h

bt B

bt

C

γ γ

γ

γ σ

σ

+ +

=

+

= −

3.2.5 Tính ứng suất trong lòng đất do tải trọng ngoài gây ra:

 Trường hợp tải trọng phân bố đều trên diện hình chữ nhật.

TH1: M ở độ sâu z, nằm trên đường thẳng đứng

đi qua tâm diện chịu tải

K0 – Hệ số phụ thuộc vào tỷ số l/b và z/b (tra bảng)

+TH2: M ở độ sâu z, nằm trên đường

thẳng đứng đi qua chu vi diện chịu tải:

a

Hình 3.12: Điểm M nằm trên Chu vi HCN

TH3: M ở độ sâu z, nằm trên đường thẳng đứng

đi qua diện chịu tải

K0 – Hệ số phụ thuộc vào tỷ số l/b và z/b (tra bảng)

TH4: M ở độ sâu z, nằm trên đường

thẳng đứng đi qua ngoài chu vi diện chịu tải:

TH5: M ở độ sâu z, nằm trên đường

thẳng đứng đi qua ngoài chu vi diện chịu tải:

 Tải trọng phân bố tam giác trên diện HCN.

- Đối với những điểm nằm trên trục đi qua

góc tải trọng bằng 0

- Đối với những điểm nằm trên trục đi

qua góc tải trọng lớn nhất

Trong đó: KA = KT’, KB = KT – hệ số tra bảng

phụ thuộc vào l/b, z/b; P – Cường độ tải trọng lớn nhất

+ M nằm trên chu vi diện chịu tải

* Có 3 trường hợp cơ bản: + M nằm trong chu vi diện chịu tải

Chú ý: - Nếu là tải trọng phân bố hình thang trên diện hình chữ nhật ta có thể chia ra: ứng suất tải trọng phân bố đều P1 tương ứng với

cạnh bé nhất của hình thang và ứng suất do tải trọng tam giác P2 tương ứng với hiệu

của cạnh lớn nhất hình thang với cạnh

bé nhất (Pmax- P1) = P2;

- Nếu điểm M nằm ở tâm HCN dưới tải trọng

hình thang thì quy về tải trọng phân bố đều

 Tải trọng tác dụng phân bố đều trên hình tròn.

Ứng suất của những điểm nằm trên trục qua tâm

diện tròn chịu tải trọng phân bố đều:

 Tải trọng ngang tác dụng phân bố đều

trên diện HCN

Ứng suất của các điểm nằm trên trục AD

ngược đấu với ứng suất các điểm nằm trên trục BC

x Z

 Tải trọng là dải phân bố đều hình băng.

Các thành phần ứng suất

Các hệ số Kz, Ky, Kzy phụ thuộc vào tỷ số y/b; z/b

 Tải trọng hình băng phân bố theo hình Δ.

Tải trọng nằm ngang phân bố đều hình băng.

Các thành phần ứng suất

Tải trọng phân bố hình thang.

Ứng suất tại điểm bất kỳ là tổng ứng suất do tải trọng phân bố đều cường độ Pmin và ứng suất do tải trọng phân bố Δ cường độ P = Pmax – Pmin gây ra

Z

Y 0

3.3 Ứng suất trong đất dưới đáy móng công trình.

Áp lực công trình lên đất nền ( tải trọng tiếp xúc).

-Trường hợp móng chịu nén đúng tâm:

Tải trọng tác dụng lên đất nền dưới

đáy móng gọi là tải trọng tiếp xúc gồm:

Tải trọng của công trình P truyền xuống

Và trọng lượng Q lớp đất phủ trên móng,

Trọng lượng bản thân móng G

tx

P Q G P

γ; γbt - Là dung trọng của lớp đất phủ và dung trọng của bê tông làm móng, thường lấy giá trị trung bình của vật liệu móng với đất phủ

 Ứng suất gây lún và ứng suất trong đất dưới đáy công trình.

-Ứng suất gây lún: Là ứng suất trong đất do tải trọng gây lún gây ra (từ đáy móng trở xuống mới tồn tại ứng suất gây lún)

-Ứng suất trong đất dưới đáy công trình: Là tổng của 2 thành phần: ứng suất do trọng lượng bản thân đất với mặt giới hạn là mặt đất tự

nhiên và ứng suất gây lún do tải trọng công trình gây ra với mặt giới hạn là mặt đáy móng

Chú ý: Sự thay đổi ứng suất trong đất do ảnh hưởng của việc xây dựng công trình làm 2 giai đoạn Giai đoạn trước khi xây dựng công

trình gọi là (trạng thái ban đầu) và giai đoạn sau khi xây dựng công trình (gọi là trạng thái ổn định)