Công trình tác dụng tương hỗ với môi trường đất trong thời gian xây dựng và khai thác là khác nhau. Đa số ở các công trình áp lực bên của đất là một trong những tải trọng cơ bản, chỉ truyền lên tường ngăn hoặc một phần công trình. Tải trọng tác dụng lên công trình không chỉ phụ thuộc vào loại đất mà còn vào ý nghĩa công trình, giải pháp kết cấu, phương pháp xây dựng của chúng.
Mặc dù tải trọng do áp lực ngang của đất là tải trọng cơ bản đối với tường trong đất nhưng khi tính toán tất cả các tải trọng đều được khảo sát. Các dạng tải trọng có thể tác động lên công trình gồm:
- Do trọng lượng bản thân của công trình. - Do tác động của các ứng lực đặt trên mặt đất.
- Do một phần nhà trên mặt đất truyền trực tiếp lên công trình. - Do một phần nhà trên mặt đất truyền qua đất.
- Do áp lực đất lên mặt tường.
- Do áp lực nước dưới đất lên mặt tường.
- Các tải trọng tập trung do neo đất hoặc thanh văng
- Các tải trọng do các thiết bị công nghệ bố trí trực tiếp trong công trình.
Theo tiêu chuẩn các tải trọng và tác động, tải trọng tác động vào kết cấu thông thường chia làm 3 loại:
+ Tải trọng thường xuyên (cố định): là những tải trọng và tác động như trọng lượng bản thân của đất và công trình, thường xuyên tác dụng khi xây dựng và khai thác.
+ Tải trọng tạm thời: là những tải trọng chỉ tác động trong một thời kỳ như tải trọng động mặt sàn, ô tô, cần trục, tải trọng xếp đống vật liệu...
+ Tải trọng đặc biệt: bao gồm lực động đất, va chạm và các tác động khác tác dụng khi xây dựng và khai thác công trình như áp lực ngang khi dâng quá nhanh đáy kết cấu chắn giữ hoặc lở đất trong vùng áo sét.
Việc tính toán công trình được tiến hành với tổ hợp bất lợi nhất của tải trọng hoặc các ứng lực tương ứng với nó. Các tổ hợp này được thiết lập từ việc phân tích các phương án tác động đồng thời thực tế của các tải trọng khác nhau đối với giai đoạn làm việc được xem xét của công trình. Khi đó người ta phân ra:
+ Tổ hợp tải trọng cơ bản 1 lập từ các tải trọng thường xuyên, các tải trọng dài hạn.
+ Tổ hợp tải trọng cơ bản 2 lập từ các tải trọng thường xuyên, các tải trọng ngắn hạn.
+ Tổ hợp tải trọng đặc biệt lập từ các tải trọng thường xuyên, tải trọng dài hạn, ngắn hạn và một tải trọng đặc biệt
Bảng 2.1 Bảng tải trọng và tác động [ Nguồn 8,10,22]
Số TT Tải trọng và tác động Đơn vị đo Hệ số
Trong điều kiện thi công
1 Trọng lượng kết cấu (Tường, đáy ...) kN 1,1 (0,9) 2 áp lực bên (nằm ngang) của đất lên tường trong
trạng thái tĩnh kN
1,1 (0,9) 3 áp lực bên phụ lên tường do lớp đất nằm
nghiêng kPa (kG/cm2) 1,1 (0,9) 4
áp lực bên phát sinh trong đất khi đổ đầy hào bằng hỗn hợp bê tông và truyền lên tường qua đất khi đông cứng
kPa (kG/cm2)
1,1 (0,9)
5 áp lực bên phụ không đồng đều của đất lên tường tròn trên mặt bằng của phần ngầm gây ra
kPa
do sự không đồng nhất của đất trên mặt bằng 6 áp lực thủy tĩnh của nước ngầm lên tường (áp
lực bên) và đáy (áp lực đứng)
kPa (kG/cm2)
1,1 (0,9) 7 Lực ma sát giữa tường và đáy khi công trình nổi kN 1,0 8 Lực căng neo:
+ Để tiếp nhận áp lực bên của đất
+ Để tạo lực bổ sung chống đẩy nổi công trình
kN(kg) 1,1 1,0 Tác động ngắn hạn
9 áp lực bên phụ của đất lên tường gây ra bởi các tải trọng trên mặt đất
kPa
(kG/cm2) 1,0 10
áp lực bên chủ động (và bị động) của đất kPa
(kG/cm2) 1,1 11 Tải trọng lên nóc do chất tải và phương tiện
giao thông kN 1,1
12
áp lực thủy tĩnh của vữa sét trong vùng áo sét kPa (kG/cm2)
1,2 (0,8) 13 Sức cản của đất dưới đáy công trình kN
Trong điều kiện khai thác 14
áp lực phụ thêm của đất lên tường, gây ra bởi các tải trọng ngắn hạn, dài hạn, đặt trên mặt đất và các thiết bị khác kPa (kG/cm2) 1,2 (0,8) Đặc biệt
15 Lực quán tính động đất của đất lên tường kPa (kG/cm2) 16 Sức bền tính toán của đất yếu trượt kPa
(kG/cm2) 17 áp lực đất lên tường gây ra do biến dạng mặt
đất khi sử lý khu vực
kPa (kG/cm2)
Lưu ý: Giá trị hệ số vượt tải trong ngoặc được sử dụng khi tính kết cấu có chất tải, nổi, ổn định chống trượt cũng như các trường hợp khác khi chúng làm xấu điều kiện làm việc của kết cấu.
Khi tính toán kết cấu tường trong đất, áp lực chủ yếu tác dụng lên bề mặt tiếp xúc của kết cấu với đất là áp lực đất. Theo đặc điểm tác dụng tương hỗ của đất với tường chắn người ta chia ra các dạng áp lực bên sau đây của đất: chủ động, bị động và áp lực đất trong trạng thái tĩnh. áp lực chủ động và áp lực bị động là áp lực giới hạn của đất. Vùng áp lực đất chủ động ea ep Vùng bị động Vùng bị động Hình 2.1 Sơ đồ phân bố thực tế áp lực đất [8,22]
+ áp lực chủ động phát sinh khi xảy ra xoay hoặc dịch chuyển tường theo hướng từ đất ra, còn một phần đất (lăng thể trượt) làm dịch chuyển tường, truyền lên tường một áp lực (chủ động).
+ áp lực bị động phát sinh khi tường dưới tác dụng của ngoại lực bị xoay về phía đất (dịch chuyển về phía đất). Trong trường hợp này, tường chịu phản lực của đất (bị động) phụ thuộc vào trọng lượng đất bị đẩy trồi và hướng ngược với sự chuyển dịch của tường.
+ áp lực đất trong trạng thái tĩnh là áp lực bên tự nhiên, nhưng không xét đến sự phá hoại trạng thái ứng suất tự nhiên của khối đất gây ra do việc có tường chắn công trình. áp lực giới hạn này của đất nằm trong trạng thái cân bằng đàn hồi, được truyền bởi khối đất có cấu trúc không phá hoại khi không có dịch chuyển trên các kết cấu chắn giữ cứng bất động của công trình.
Tải trọng nằm ngang tác dụng lên kết cấu được cộng từ áp lực bên cơ bản của đất, áp lực chủ động hoặc áp lực bị động; một trong số áp lực bên phụ thêm của đất gây ra bởi tải trọng trên bề mặt, mặt trượt, lớp nằm nghiêng hay các nguyên nhân khác; và trong địa tầng ngâm nước thì có áp lực thủy tĩnh.
- áp lực đất chủ động vào lưng tường:
) 2 45 ( 2 ) 2 45 ( ) ( 2 0 0 q h tg ctg Pa (2.1) -áp lực đất bị động trước tường: ) 2 45 ( 2 ) 2 45 ( 0 0 2 xtg ctg Pb (2.2) Trong đó: - góc ma sát trong của đất c - lực dính của đất
- trọng lượng của đất sau tường h - chiều sâu tính toán
q - Tải trọng trên mặt đất - áp thủy tĩnh
Giá trị tiêu chuẩn của áp lực thủy tĩnh của nước ngầm lên tường (áp lực ngang) và lên đáy (thẳng đứng) được xác định như là tích của trọng lượng riêng của nước (w = 10kN/m3) với chiều sâu từ mực nước ngầm đến điểm khảo sát trong đất cát, á cát, á sét, bùn và các đất khác. Mực nước ngầm phải lấy cao nhất với những điều kiện làm việc đã biết của nhà. Khi có vài mực nước ngầm, áp lực thủy tĩnh xác định riêng với từng mực nước, còn khi có áp lực nước ngầm thì mực nước ngầm dâng lên tương ứng với áp lực nước.
w w w h
P (2.3)
Trong đó:
w- trọng lượng riêng của nước
hw - chiều sâu mực nước ngầm từ điểm tính toán