Mô đun biến dạng được sử dụng trong tính toán độ lún của nền là mô đun được xác định bằng phương pháp bàn nén... Đây là giá trị không cố.[r]
(1)51 S¬ 36 - 2019
Bàn luận kết thí nghiệm nén đất phịng để dự báo độ lún móng
Discussion on results of soil compression in laboratory tests for the correction estimation of settlements of foundations
Phạm Đức Cường
Tóm tắt Bài báo bàn luận việc xác định sử dụng mô đun biến dạng đất vào mục đích dự báo độ lún móng cơng trình bằng phương pháp cộng lún lớp.
Từ khóa: mơ đun biến dạng, mơ đun nén, tính lún
Abstract This papers discussing of definion and use of the modulus of deformation of the soil for the purpose of calculating settlement of the foundation by method sum of sublayers. Key words: module deformation, compression module, settlement.
TS Phạm Đức Cường
Bộ môn Địa kỹ thuật Khoa Xây Dựng
Email: phdcuong77@gmail.com ĐT: 0936035025
Ngày nhận bài: 06/06/2018 Ngày sửa bài: 14/06/2018 Ngày duyệt đăng: 22/10/2019
1 Đặt vấn đề
Trong năm 70 kỷ 20 bất cập kết thí nghiệm nén trục khơng nở hông trở thành chủ đề quan tâm người làm công tác khảo sát thiết kế móng nhà khoa học lĩnh vực địa kỹ thuật Ngay từ năm có nhiều đề xuất đưa hệ số điều chỉnh kết thí nghiệm nén khơng nở hơng để phù hợp với thực tế có nở hơng đất Một đề xuất dựa vào mối tương quan thí nghiệm phịng với thí nghiệm nén tĩnh ngồi trường hệ số mk Để tính tốn biến dạng lún, cách tiếp cận khác
là sử dụng kết thí nghiệm trục với giá trị áp lực ngang xác định, thí nghiệm trục có vấn đề xác định áp lực ngang đất móng cho việc mô trạng thái ứng suất mẫu đất phịng thí nghiệm, chưa kể tới u cầu chi phí cao Nhưng phức tạp bao trùm lên tất biến dạng lún phụ thuộc vào tải trọng yếu tố liên quan đến hình thành biến đổi trạng thái ứng suất ban đầu cấu trúc, địa hình, địa mạo Do đó, chưa có thống cao kết thí nghiệm nén trục khơng nở hơng trục để tính tốn biến dạng lún Với mục đích sáng tỏ quy trình thí nghiệm tính tốn xử lý số liệu thí nghiệm làm sở cho việc lựa chọn hợp lý thông số đất khơng cịn thiết cần thiết nhiều trường hợp đánh giá nguyên nhân hư hỏng, cố, thiết kế nâng cấp sửa chữa…
Mô đun biến dạng E số thông số cần thiết để thiết kế cơng trình Mơ đun sử dụng để tính tốn độ lún ổn định móng theo phương pháp cộng lún lớp phân tố [1] Cho đến việc xác định xác giá trị trường hợp cụ thể tính tốn độ lún cịn vấn đề phức tạp cho nhà thiết kế
Các thông số dùng để xác định biến dạng giá trị tiêu chuẩn Biến dạng cơng trình xác định theo TCVN 9362:2012 với cơng thức tính tốn độ lún móng có khơng kể đến ảnh hưởng móng bên cạnh:
1 n
i i i p h S
E
β ×
= ×∑
(1)
trong đó:
S – độ lún ổn định móng; β - hệ số đặc trưng cho biến dạng ngang đất lấy 0,8; n – số lớp chia theo độ sâu tầng chịu nén nền; hi – chiều dày
lớp đất thứ i; Ei – mô đun biến dạng lớp đất thứ i; pi – áp lực thêm trung bình
lớp đất thứ i, nửa tổng áp lực thêm p0z giới hạn lớp có
hoặc khơng kể đến ảnh hưởng móng lân cận
Sơ đồ tính phương pháp trình bày hình
Như trình bày cơng thức (1) để tính tốn độ lún theo phương pháp cộng lún lớp không cần biết mô đun biến dạng (E) mà ứng suất tải trọng trọng lượng thân đất gây Công thức (1) sử dụng trường hợp áp lực đáy móng khơng vượt q cường độ tính tốn tiêu chuẩn đất Do để tính tốn độ lún sử dụng công thức (1) cần phải xác định đặc trưng đất đến chiều sâu khơng nhỏ chiều sâu chịu nén Hc (hình 1)
2 Xác định mô đun biến dạng từ kết thí nghiệm nén phịng
(2)52 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY DẳNG KHOA HC & CôNG NGHê
qu o nộn nở (hình 2a,b) ta nhận giá trị mô đun biến dạng khác mẫu đất
Thí nghiệm trường cho kết mô đun biến dạng khác Hầu hết giá trị nhận đưa với thí nghiệm nén trịn phẳng Thí nghiệm trường với phương pháp khác cho kết không tương đương giá trị Từ ta thấy vấn đề lớn xác định mô đun biến dạng cách dùng giá trị tính tốn độ lún móng
Theo lý thuyết đàn hồi, đất coi môi trường đồng tuân theo định luật Hook [7]:
1 ,
E
ε = σ
(2)
ε - biến dạng đường thẳng tương đối; σ - ứng suất; E – mơ đun biến dạng
Từ phương trình (2) mô đun biến dạng hệ số tỷ lệ thuận quan hệ biến dạng với ứng suất tìm từ thí nghiệm, thường dùng dạng:
1 ,
E
ε σ
∆ = ∆
(3)
trong ∆ε - gia số biến dạng đường thẳng; ∆σ - gia số ứng suất
Từ hình 2c ta thấy mối quan hệ ứng suất – biến dạng đường thẳng Ứng suất tăng mơ đun biến dạng nhỏ Mô đun cát tuyến E50 50%
cường độ phá hoại mẫu xác định nhánh OA Mô đun đàn hồi (mô đun Young) xác định đất trang thái đàn hồi tang góc nghiêng hợp đường CB với phương ngang thường ký hiệu E Mô đun đàn hồi E lớn mô đun tổng biến dạng E0 xác định
theo nhánh từ 0B
Như mô đun biến dạng hệ số tỷ lệ biểu thức (2, 3) kể với mức độ biến dạng lớn hay dỡ tải sinh biến dạng dư Giá trị thay đổi phụ thuộc vào độ lớn ứng suất tác động, giảm dần tăng ứng suất Nó gọi mô đun biến dạng, gọi mô đun tổng biến dạng mô đun cát tuyến Cách ký hiệu tên gọi khác tùy thuộc vào mục đích sử dụng Trong TCVN 9362:2012 ký hiệu E gọi mơ đun biến dạng
Mô đun biến dạng sử dụng tính tốn độ lún mơ đun xác định phương pháp bàn nén Nó phép xác định thí nghiệm phịng Trong điều kiện nén khác nhau, từ số liệu thí nghiệm tìm mơ đun biến dạng nén Ek (hình 3a) odomet
Eoed
Theo [2] mô đun biến dạng xác định trạng thái ứng suất – biến dạng có nở hơng có liên quan tới hệ số nở hông μ hệ số áp lực hông ξ, tức xét tới β:
0 1 e ,
E
a β
+
= ×
(4)
,
k v
E
m β
⇔ =
(5) đó: β - hệ số phụ thuộc vào hệ số biến dạng ngang lấy theo loại đất; a – hệ số nén lún; e0 – giá trị
hệ số độ rỗng ban đầu; mv – hệ số nén tương đối
Theo kết đo biến dạng nén trực tiếp với mức độ áp lực pháp tuyến khác xây dựng mối quan hệ biến dạng ứng suất, tìm mơ đun biến dạng đô met:
.
oed
E σ
ε
∆ =
∆
(6)
Hình Sơ đồ tính lún theo phương pháp cộng lớp phân tố
h - độ sâu đặt móng kể từ cao trình quy hoạch (đắp thêm vào san ủi bớt đi);
h’ - độ sâu đặt móng kể từ cao trình bề mặt địa hình thiên nhiên;
p - áp lực thực tế trung bình đáy móng;
pđ - áp lực thiên nhiên đất đáy móng trọng
lượng đất phía (đến cao trình địa hình thiên nhiên) gây ra;
pđz - áp lực thiên nhiên độ sâu z đáy móng (hay
ở độ sâu h’+z cách bề mặt địa hình thiên nhiên); p0= p-pđ - áp lực thêm thẳng đứng đất đáy
móng; p0z áp lực thêm đất độ sâu z kể từ
(3)53 S¬ 36 - 2019
Mơ đun biến dạng xác định có kể đến ứng suất tải trọng thân σzg tải trọng σzp lên chiều sâu định
trước đế móng Sự thay đổi ứng suất phạm vi ∆σ xác định thay đổi ứng suất thêm ∆σzp phạm
vị tính tốn
Từ cơng thức (3) (5) ta có mối quan hệ mô đun biến dạng nén ôđômet
.
k oed
E = ×β E (7)
Mô đun biến dạng nén Ek giá trị sử dụng
để tính tốn độ lún mà mơ đun biến dạng tính tốn tương đương giá trị với bàn nén trường:
.
k k
E m E= ×
(8)
Giá trị hệ số chuyển đổi mk lấy theo bảng tra phụ
lục A [2] cơng trình cấp II-IV cho đất sét, sét pha, cát pha khơng có số liệu tính tốn Đây giá trị không cố
định cho loại đất mà có thay đổi theo vùng kiến tạo địa chất, khí hậu [4]
Vì ứng suất thêm σzp không
biết đến trình thí nghiệm nên giá trị mơ đun biến dạng đưa tất phạm vi áp lực pháp tuyến (thí nghiệm nén) ứng suất thẳng đứng (thí nghiệm nén trục), với ứng suất thêm lớp đất xem xét Báo cáo khảo sát địa chất nước ta đưa giá trị mô đun biến dạng nén khoảng áp lực pháp tuyến 1-2 kg/cm2.
Nói chung mô đun biến dạng xác định máy nén ba trục nhỏ so với xác định bàn nén không nhiều so với mô đun biến dạng xác định máy nén trục Việc tính tốn mơ đun biến dạng Ect tiến hành
vùng tăng cấp áp lực 0,1 MPa (Hình 3b)
Phân tích giá trị mơ đun biến dạng Ect nhận thấy có mối liên hệ với ứng
suất ngang σ2,σ3 [8] Mối quan hệ
này đất cát pha dẻo mềm, dẻo cứng mô tả Ect hàm bậc
nhất σ2 Như dựa vào hàm số
này việc xác định mô đun biến dạng Ect
sẽ dễ dàng 3 Kết luận – kiến nghị
Trên sơ phân tích đưa kết luận sau:
- Kết xác định mơ đun biến dạng E có giá trị thay đổi tùy thuộc phương pháp thí nghiệm Độ lớn phụ thuộc vào mức độ ứng suất thêm cơng trình;
- Mơ đun đàn hồi tìm từ kết thí nghiệm nén ba trục Kết dùng để tính độ lún móng phương pháp cộng lớp phân tố
- Mô đun biến dạng nén ôđômet cần phải đưa tới mơ đun tính tốn sử dụng phép thử so sánh với thí nghiệm bàn nén cần phải sử dụng hệ số chuyển đổi mk cho mục đích
- Hệ số chuyển đổi khác với loại đất khu vực không trùng với giá trị đề xuất [2, 4] Việc xác định xác cần phải có nghiên cứu nghiêm túc thí nghiệm nén trường trục nhằm đưa giá trị cụ thể Việt Nam./
Hình Xác định mơ đun biến dạng điều kiện nén trục:
a – quỹ đạo nén; b – quỹ đạo nở; c – quan hệ ứng suất – biến dạng
Hình Sơ đồ thí nghiệm đất thiết bị nén đất trục (a) và nén ba trục (b)
T¿i lièu tham khÀo
1 TCVN 9362:2012 Tiêu chuẩn thiết kế nhà cơng trình; 2 TCVN 4200:2012 – Đất xây dựng – Phương pháp xác định tính
nén lún phịng thí nghiệm
3 TCVN 10304:2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế;
4 Trần Xuân Thọ, Nguyễn Lê Du Đặc trưng mô đun biến dạng đất sét pha cát từ kết thí nghiệm phịng trường Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 12 11/2012. 5 Viện nghiên cứu khoa học cơng trình ngầm mang tên N.M
Ghéc Xê Va Nốp Chỉ dẫn thiết kế nhà cơng trình Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội 2007;
6 Болдырев Г.Г Методы определения механических свойств грунтов Пенза: ПГУАС, 2008 (Bolđưrev G.G Phương pháp xác định tính chất học đất Penda: PGYAS, 2008).
7 Болдырев Г.Г , Малышев М.В Механика грунтовю Основания и Фундаменты (И впросах и ответах) Пенза 2009 (Bolđưrev G.G., Ma lư sev M.V Cơ học đất Nền móng (trong câu hỏi và trả lời));