- ϕ: chu vi xung quanh cọc (chu vi của diện tích kín trong trường hợp cọc thép
d. Trường hợp 4:
3.4.3.1 Xác định loại vật liệu:
M.G.Khare và S.R.Gandhi ở học viện cơng nghệ Madras, Chennai, Ấn Độ đã tiến hành nghiên cứu trên bề mặt ma sát giữa cọc và đất thơ sử dụng bộ thiết bị cắt trực tiếp. Bề mặt cọc được mơ hình bằng khối thép mềm cĩ kích thước 8,5mm x 8,5mm x 2,8mm. Đất sử dụng trong nghiên cứu này cho như trong bảng.
Hình 21: Sơ đồ thí nghiệm cắt trực tiếp trên lớp thép cĩ sơn phủ và cát
Nghiên cứu được tiến hành đối với 2 loại vật liệu sơn phủ là Shalikote (T- 25 ) và bittum mác 30 – 40. Shalikote (T-25) cũng là loại sản phẩm từ bittum, nhưng cĩ độ nhớt thấp hơn.
Cát được chứa trong hộp này được làm chặt đến độ chặt tương đối là 70%. Tốc độ thí nghiệm cắt là 0,25mm/min.
Các mẫu được phủ lớp Shalikote (T-25) và bittum với chiều dài lần lượt là 2mm, 3mm, 5mm.
Hình 22: Biểu đồ ứng suất cắt
Kết quả :
Sự giảm ứng suất cắt trong các thí nghiệm này được xem như là ảnh hưởng của lớp sơn phủ đối với sự giảm của ma sát âm. Và kết quả thí nghiệm sức kháng cắt được đưa ra để đánh giá mức độ ảnh hưởng của lớp sơn phủ bằng Shalikote (T-25)TM và của bittum.
Các thí nghiệm trên Shalikote(T-25)TM cho thấy sự gia tăng ban đầu của ma sát bề mặt sau đĩ giảm đáng kể khi mẩu bị cắt.
Đối với bittum, ma sát bề mặt gia tăng khi các hạt cát xuyên vào trong lớp phủ, sau đĩ thì hầu như khơng đổi. Thí nghiệm cho thấy rằng, ma sát bề mặt được huy động đầy đủ tương ứng với dịch chuyển tương đối chỉ khoảng vài milimet.
Các kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, lớp phủ bittum đạt được độ giảm ứng suất cắt dư lớn nhất đối với mọi giá trị ứng suất pháp và chiều dài so với Shalikote(T- 25)TM.
Ở hình 3 tại ứng suất pháp bằng 25KN, ứng suất cắt trên các mẫu được phủ 1 lớp Shalikote (T-25)TM dày 1mm và 1,36mm cao hơn so với các mẫu khơng được phủ. Điều này cĩ thể là do thành phần lực dính của Shalikote (T-25). Tuy nhiên trong các mẫu được quét bittum, điều này hồn tồn khơng xảy ra.
Ở các mẫu phủ Shalikote (T-25)TM cho thấy một sự co ngĩt chiều dày lớp sơn phủ. Chiều dày sơn phủ ban đầu là 2mm, 3mm và 5mm. Sự co ngĩt này cĩ thể gây ảnh hưởng khơng tốt do cĩ thể phát sinh hiện tượng nứt nẻ lớp phủ. Shalikote (T-25)TM cĩ khả năng làm giảm ứng suất cắt khoảng từ 23% đến 60%.
Đối với bittum cho thấy khả năng làm giảm ứng suất cắt một cách đáng kể. Trên các mẫu phủ bittum, ứng suất cắt giảm từ 85% - 97% khi so sánh với các mẫu khơng phủ. Khi chiều dài lớp phủ từ 2mm – 5mm thì ứng suất cắt giảm đáng kể. Khi chiều dài là 3mm, ứng suất cắt giảm từ bằng hoặc lớn hơn 90%, và thích hợp với các trường hợp thực tế. Do đĩ chiều dài lớp phủ bằng bittum chỉ cần dày khoảng 3mm là cĩ thể đủ khả năng giảm lực ma sát.
Kết luận:
Trong nghiên cứu này, các nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành để so sánh giữa Shalikote(T-25)TM và bittum mac 30-40 với các chiều dày 2mm, 3mm và 5mm.
Shlikote(T-25)TM cĩ thể giảm ứng suất cắt từ 30% - 50%. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của nĩ là cĩ thể phát sinh các vết nứt do co ngĩt khi sơn phủ lên bề mặt cọc.
Bittum cĩ thể năng giảm ứng suất cắt lớn nhất. Ứng suất cắt cĩ thể giảm từ 80% đến 97%, phụ thuộc vào ứng suất pháp và chiều dày lớp sơn phủ. Chiều dày lớp sơn phủ được khuyên sử dụng là 3mm.
Ảnh hưởng của lớp sơn phủ đối với việc giảm ma sát âm phụ thuộc vào các đặt tính của cọc, đất và vật liệu sơn phủ. Như vậy, qua các thí nghiệm này, và cũng giống như theo ý kiến của các tác giả, vật liệu bao phủ cĩ độ nhớt, tính mềm càng lớn thì khả năng giảm ma sát âm càng cao ( điển hình là so sánh giữa 2 vật liệu là Shalikote(T-25) và bittum).
Nếu bittum sử dụng thì bittum cĩ độ kim lún càng cao thì khả năng giảm ma sát càng lớn. Với các thí nghiệm ở thực tế hiên trường và các thí nghiệm trong phịng (Johannesen et al. 1965; và 1969; Walken và Drawall. 1973, Clemente 1979 và 1981, và Fellenius 1975 và 1979) cũng đưa ra kết luận rằng, với chiều dày khơng lớn hơn 1/16 in ( bằng 1 – 2mm ), với các loại bittum cĩ độ kim lún bằng hoặc lớn hơn cấp 80/100, sẽ cĩ thể giảm đáng kể lực cắt giữa bề mặt cọc và đất tại các tốc độ chuyển dịch tương đối thực tế giữa đất và cọc.
Ngồi nguyên nhân giảm ma sát giữa đất và cọc, tính nhớt càng cao thì khả năng bám dính của vật liệu bao phủ bề mặt càng lớn, khả năng bị co ngĩt, nứt nẻ do ảnh hưởng thời tiết càng nhỏ.
Do đĩ, theo ý kiến của nhiều tác giả khuyên nên sử dụng loại bittum cĩ độ kim lún 80/100. Đây là loại vật liệu cĩ đặt tính phù hợp, đáp ứng dược yêu cầu và cĩ sẵn trên thị trường.