THIẾT LẬP QUAN HỆ GIỮA MÔ ĐUN BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ HIỆN TRƯỜNG

Dương Việt Hà Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 122(08): 67 - 71 THIẾT LẬP QUAN HỆ GIỮA MÔ ĐUN BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG VÀ HIỆN TRƯỜNG Dương Việt Hà*, Chu Văn Tâm, Ma Văn Ngọc Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp - ĐH Thái Ngun TĨM TẮT Hiện nay, tính tốn biến dạng đất tác dụng tải trọng cơng trình hầu hết dựa vào kết thí nghiệm phòng khơng xét đến nở hơng đất Do đó, kết tính tốn dự báo lún cơng trình nhiều tranh luận độ xác Để có số liệu tin cậy, nhóm tác giả tiến hành thí nghiệm trường số cơng trình Thái Ngun theo phương pháp thí nghiệm bàn nén để xác định mơ đun biến dạng trường sử dụng tính tốn biến dạng đất móng cơng trình Kết nghiên cứu thiết lập mối quan hệ mô đun biến dạng đất từ thí nghiệm phòng trường Đất sét pha trạng thái dẻo cứng với hệ số rỗng trung bình e = 0,85 kE = ÷ 3,8 Đất sét pha trạng thái nửa cứng với hệ số rỗng trung bình e = 0,75 kE = 2,7 ÷4,5 Từ khóa: mơ đun biến dạng, thí nghiệm, trường, độ lún, đất sét pha ĐẶT VẤN ĐỀ* Ngày nay, nhiều cơng trình nhà cao tầng xây dựng khu vực thành phố Thái Ngun nên cần phải tính tốn xác biến dạng đất để đảm bảo cường độ, ổn định cho cơng trình Trong giai đoạn thiết kế ban đầu có số liệu từ kết thí nghiệm phòng q trình tính tốn độ biến dạng khác biệt nhiều so với thực tế Vì vậy, việc xây dựng mối quan hệ mơ đun biến dạng từ kết thí nghiệm phòng trường cần thiết Từ đó, giúp cho người thiết kế dựa vào kết thí nghiệm phòng để điều chỉnh tính tốn biến dạng móng cơng trình xác phù hợp với thực tế đất cơng trình Thái Ngun PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM Thí nghiệm nén cố kết Nguyên lý thí nghiệm thiết bị gây chuyển vị đứng Chuyển vị đứng đo đồng hồ biến dạng có độ xác đến 0,01mm gắn trực tiếp lên nắp gia tải Cách thí nghiệm Tùy theo tải trọng cơng trình mà cấp tải tác dụng chọn khác nhau, theo chiều sâu dựa vào tải trọng thân cột đất Tải trọng nén thí nghiệm P tăng dần cấp, cấp sau gấp đôi cấp trước Theo dõi biến dạng nén đồng hồ biến dạng cấp tải trọng sau 15 giây tăng tải Dưới cấp tải trọng, độ lún theo dõi đạt đến ổn định quy ước ( thường sau 24h lún không 0,01mm) Thời gian theo dõi biến dạng khôi phục đất cát pha sét pha phép giảm bớt hai lần so với lúc tăng tải Đối với đất sét tiêu chuẩn ổn định biến dạng khơi phục lấy biến dạng nén lún Mẫu đất làm thí nghiệm có dạng hình trụ với chiều cao lớn gấp 1,5 - 2,0 lần đuờng kính Đối với đất loại sét đất loại cát, đường kính mẫu cho phép khơng nhỏ 50mm Đối với đất có lẫn sỏi sạn, đường kính mẫu khơng nên nhỏ 70mm Tải trọng nén chiều phân bố mẫu đất * Tel: 0982 096160, Email: hami.hakien@gmail.com Hình Sơ đồ thí nghiệm nén cố kết 67 Dương Việt Hà Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ Kết quả: Hệ số nén : a  en 1  en Pn  Pn 1 (1) en-1 ,en: Hệ số rỗng cấp tải trọng thứ n-1 n P n-1 ,P n: Áp lực nén cấp thứ n-1 n(KN/m2) µ: hệ số Poisson Mô đun biến dạng: En 1, n  (1    en 1 )( )   an , n 1 (2) Thí nghiệm trường bàn nén Nguyên lý thí nghiệm thiết bị Sử dụng nén (tấm cứng đáy phẳng hình vng) đặt vị trí dự định đặt móng truyền qua nén vào đất bên tải trọng thay đổi tăng dần đạt mục đích Thí nghiệm nhằm xác định mơ đun biến dạng đất phạm vi chiều dầy gấp 2-3 lần đường kích nén Mơ đun biến dạng E xác định theo biểu đồ liên hệ độ lún nén với áp lực tác dụng lên nén Thiết bị thí nghiệm bàn nén tĩnh gồm bàn nén hay nén, thiết bị chất tải, neo giữ, kích thủy lực, đồng hồ đo biến dạng mơ tả Hình Cách thí nghiệm: Để đáy nén thật khít với đất, phải xoay nén khơng vòng theo hướng quanh trục thẳng đứng Sau đặt phải kiểm tra mức độ nằm ngang nén Mặt đất phạm vi đặt nén phải san phẳng Hố đào có độ sâu tối thiểu 40cm, kích thước ngang phải lớn đường kích cạnh nén khơng 10cm Khi cần phải gia cố vách hố đào Sau đặt nén, tiến hành lắp thiết bị chất tải, thiết bị neo hệ thống neo Võng kế kiểm tra lắp hệ mốc chuẩn Dây võng kế kiểm tra gắn vào mốc khơng di động đặt ngồi thành thí nghiệm Tăng tải trọng lên nén thành cấp ΔP tùy theo loại đất thí nghiệm trạng thái đất Tổng số cấp gia tải chọn phụ thuộc vào loại tải trọng dự kiến cơng trình truyền xuống, khơng lần kể từ giá trị tương ứng với cấp áp lực trọng 68 122(08): 67 - 71 lượng thân đất cao trình thí nghiệm Giá trị tải trọng lớn chọn Pmax = (1.5 ÷ 2) sức chịu tải thiết kế cho móng nơng Giữ cấp gia tải đến ổn định biến dạng quy ước đất theo TCXDVN Thời gian giữ cấp gia tải tiếp sau khơng thời gian giữ cấp trước Ghi số đọc biến dạng kế cấp tải Duy trì thí nghiệm đất thơi lún Kết quả: Họ đường cong quan hệ độ lún – thời gian mối cấp gia tải đường cong quan hệ tải trọng –độ lún cuối E  (1   )d P S (3) ∆P: Gia số áp lực lên nén (Mpa) ∆S: Gia số độ lún nén(cm); d: kích thước cạnh bàn nén vng đường kính bàn nén tròn; µ: hệ số Poisson; µ =0,42 đất sét; : hệ số hình dạng bàn nén; = 0,88 bàn nén vng; = 0,79 bàn nén tròn 1.Tấm nén; 2.Kích thủy lực; Dầm định vị dọc; cọc neo vít Hình Sơ đồ thiết bị thí nghiệm đất hố đào gia tải tĩnh THIẾT LẬP MỐI QUAN HỆ MƠ ĐUN BIẾN DẠNG TỪ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VÀ TRONG PHỊNG Nhóm tác giả tiến hành thí nghiệm cơng trình thuộc khu vực thành phố Thái Nguyên nhận thấy đất sét pha gặp cơng trình Kết thí nghiệm phòng Thực thí nghiệm nén cố kết có tiêu lý mẫu đất phòng Kết thí nghiệm cơng trình tổng hợp theo bảng 1, biểu đồ quan hệ ứng suất – áp lực nén thể hình Dương Việt Hà Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 122(08): 67 - 71 Bảng Kết thí nghiệm phòng tiêu lý đất số cơng trình khu trung tâm TPTN W  c s n Wch Wd Id Is  C % g/cm3 g/cm3 g/cm3 % % % % % độ kG/cm2 30.2 1.88 1.44 2.70 0.875 47 39.9 24.5 15.4 0.4 12o08' 0.180 30.2 1.88 1.44 2.70 0.873 47 39.9 24.5 15.4 0.4 14o10' 0.190 30.3 1.89 1.47 2.68 0.811 45 37.1 21.2 16.0 0.4 11o51' 0.196 28.0 1.90 1.48 2.70 0.828 45 37.7 23.2 14.5 0.3 13o47' 0.204 Trường CĐ KT-Tài 25.2 1.91 1.52 2.71 0.773 44 35.6 22.4 13.2 0.2 18o05' 0.230 24.2 1.91 1.53 2.71 0.732 43 37.3 24.0 13.3 0.0 19o35' 0.237 Sở Tài nguyên môi trường 24.5 1.91 1.54 2.71 0.751 43 37.4 23.4 13.9 0.1 17o06' 0.223 22.2 1.84 1.51 2.70 0.775 44 32.7 18.8 13.9 0.2 16o23 0.256 Trường Chính trị TN 26.6 1.90 1.50 2.71 0.809 44 35.7 22.3 13.4 0.3 14o17' 0.201 28.1 1.91 1.49 2.72 0.822 45 36.0 20.9 15.1 0.5 17o38 0.219 Cơng trình TT thương mại TN Ban QLDA Sở GTVT eo 0,85 Hệ số rỗng e Hệ số rỗng e 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0.7 0.65 10 20 40 ¸p lùc P(T/m2) 0,8 80 10 20 40 ¸p lùc P(T/m2) 0,7 0.65 10 20 40 áp lực P(T/m2) 80 Hệ số rỗng e 0,75 80 0,85 0,85 Hệ số rỗng e Hệ số rỗng e 0,8 0,75 0.6 Loi t Sột pha dẻo cứng dẻo cứng dẻo cứng dẻo cứng nửa cứng nửa cứng nửa cứng nửa cứng dẻo cứng dẻo cứng 0,8 0,75 0,8 0,75 0,7 0,7 0.65 0.65 10 20 40 ¸p lùc P(T/m2) 80 10 20 40 ¸p lùc P(T/m2) 80 Hình Quan hệ e-P thí nghiệm nén cố kết Kết thí nghiệm trường Kết thí nghiệm bàn nén tĩnh trường biểu diễn thông qua cấp áp lực nén độ lún tương ứng hình Mối quan hệ mơ đun biến dạng từ thí nghiệm trường phòng Xác định biến dạng cơng trình đòi hỏi độ xác cao biến dạng móng ảnh hưởng đến độ ổn định cơng trình Chính phải tiến hành xây dựng mối quan hệ mô đun biến dạng trường mơ đun biến dạng phòng kE = Etp/Eht để xác định biến dạng thực tế cơng trình cách xác.Kết xây dựng mối quan hệ mô đun biến dạng trường mô đun biến dạng phòng kE tổng hợp bảng 2,3,4,5 ứng với cấp áp lực nén cho cơng trình thực nghiên cứu Kết mơ đun biến dạng từ thí nghiệm phòng trường có khác biệt lớn ngun nhân mẫu đất trường có tượng nở hơng q trình nén mẫu đất phòng thí nghiệm nén cố kết khơng nở hơng Tổng hợp kết thu nhận so sánh mô đun biến dạng thu từ thí nghiệm nén cố kết thí nghiệm trường ứng với sét pha, trạng thái dẻo 69 Dương Việt Hà Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ cứng e = (0,809÷0,875) kE = 3÷3,8 sét pha, trạng thái nửa cứng e = (0,732÷0,775) kE = 2,7 ÷ 4,5 ¸p lùc P(T/m2) 40 20 60 80 122(08): 67 - 71 Bảng Mối quan hệ kE cơng trình: Trường Cao đẳng Kinh tế - Tài Cấp nén P Mô đun biến dạng(T/m2) Nén cố Bàn kết(Etp) nén(Eht) kE  Etp Eht 0,01 10 20 40 80 §é lón S(m) 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 20 ¸p lùc P(T/m2) 40 80 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 ¸p lùc P(T/m2) 40 Cấp nén P 0,04 0,05 ¸p lùc P(T/m2) 40 20 80 ¸p lùc P(T/m2) 40 20 80 0,01 0,02 §é lón S(m) 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,03 0,04 Mô đun biến dạng(T/m2) Nén cố kết Bàn nén (Etp) (Eht) Cấp nén P kE  Etp Eht Mô đun biến dạng(T/m2) Nén cố Bàn kết(Etp) nén(Eht) kE  Etp Eht 10 20 40 80 Mô đun biến dạng(T/m2) Nén cố Bàn kết(Etp) nén(Eht) 900 1523 2970 6182 7934 10845 3393 5666 10841 21142 26420 34704 kE  Etp Eht 3.77 3.72 3.65 3.42 3.33 3.2 1100 2470 3678 5754 8935 13668 4774 10226 13020 18701 26805 37450 4.34 4.14 3.54 3.25 3.0 2.74 Bảng Mối quan hệ kE cơng trình: Trường Chính trị Thái Nguyên 0,06 1200 4488 3.74 1723 6341 3.68 10 2170 7465 3.44 20 3182 9896 3.11 40 6934 21357 3.08 80 9845 29732 3.02 Bảng Mối quan hệ kE cơng trình: Ban quản lý dự án Sở Giao thông vận tải Cấp nén P 10 20 40 80 0,05 Hình Kết thí nghiệm bàn nén tĩnh trường Bảng Mối quan hệ kE cơng trình: Trung tâm thương mại Thái Nguyên 70 4.5 4.24 4.36 3.75 2.7 Bảng Mối quan hệ kE cơng trình: Sở Tài nguyên Môi trường 80 0,03 8100 10854 14728 22936 37256 31503 0,06 §é lón S(m) 20 §é lón S(m) §é lón S(m) 1800 2560 3378 5734 9935 11668 Cấp nén P Mô đun biến dạng(T/m2) Nén cố Bàn kết(Etp) nén(Eht) 10 20 40 80 1570 2580 3478 5634 9845 12578 5966 9469 12347 18254 29732 37734 kE  Etp Eht 3.8 3.67 3.55 3.24 3.02 3.0 KẾT LUẬN - Đối với sét pha trạng thái dẻo cứng với hệ số rỗng trung bình e = 0,85 chênh lệch mô đun biến dạng từ thí nghiệm trường thí nghiệm phòng kE từ đến 3,8 lần - Đối với sét pha trạng thái nửa cứng với hệ số rỗng trung bình e = 0,75 chênh lệch mơ đun biến dạng từ thí nghiệm trường thí nghiệm phòng kE từ 2,7 đến 4,5 lần - Đối với cấp áp lực lớn chênh lệch giảm Dương Việt Hà Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ TÀI LIỆU THAM KHẢO Cơng ty tư vấn Xây dựng Thái nguyên, 2012, Các báo cáo khảo sát địa chất cơng trình xây dựng John Willey & Sons, 1997, Basic soil mechanics, New York Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 12 122(08): 67 - 71 Phan Hồng Quân, 2006, Cơ học đất, nhà xuất xây dựng Trung tâm Kiểm định chất lượng Xây dựng Thái Nguyên, 2011, Các báo cáo khảo sát địa chất công trình xây dựng TCVN 9354:2012, Đất xây dựng – Phương pháp xác định mô đun biến dạng trường nén phẳng, Nxb Xây dựng, Hà nội SUMMARY ESTABLISHING A RELATIONSHIP BETWEEN DEFORMATION MODULE OF SOILS FROM THE RESULTS OF LABORATORY AND FIELD- TEST Duong Viet Ha*, Chu Van Tam, Ma Van Ngoc College of Technology – TNU Currently, most designs are usually based on the results of laboratory experiments to calculate the deformation of the soil Therefore, the calculated results have much trouble accuracy The authors carried out a field - test in a number of works in Thai Nguyen, the authors use a static compression test method for determining the deformation field module The research results have established the relationship between soil deformation modulus from laboratory experiments and field-test Clay, hard plastic state, with e = 0.85 ÷ 3.8  kE = ÷ 3,8 Clay, semi-hard state, with e = 0,75  kE = 2,7 ÷ 4,5 Keywords: deformation module, laboratory, field-test, subsidence, clay Ngày nhận bài:16/7/2014; Ngày phản biện:30/7/2014; Ngày duyệt đăng: 25/8/2014 Phản biện khoa học: ThS Lại Ngọc Hùng – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐHTN * Tel: 0982 096160, Email: hami.hakien@gmail.com 71 ... Hình Quan hệ e-P thí nghiệm nén cố kết Kết thí nghiệm trường Kết thí nghiệm bàn nén tĩnh trường biểu diễn thông qua cấp áp lực nén độ lún tương ứng hình Mối quan hệ mơ đun biến dạng từ thí nghiệm. .. mơ đun biến dạng từ thí nghiệm trường thí nghiệm phòng kE từ đến 3,8 lần - Đối với sét pha trạng thái nửa cứng với hệ số rỗng trung bình e = 0,75 chênh lệch mô đun biến dạng từ thí nghiệm trường. .. gia tải tĩnh THIẾT LẬP MỐI QUAN HỆ MÔ ĐUN BIẾN DẠNG TỪ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VÀ TRONG PHỊNG Nhóm tác giả tiến hành thí nghiệm cơng trình thuộc khu vực thành phố Thái Ngun nhận thấy đất sét pha