3.2.8 Kết quả thớ nghiệm cắt trực tiếp mẫu đất trộn xi măng
Sau khi tiến hành thớ nghiệm cắt trực tiếp mẫu đất trộn xi măng cho mẫu D60x20mm qua bốn cấp độ bảo dưỡng 7, 14, 28, 90 ngà tuổi. Ứng với cấp tải trọng để tạo ra ỏp lực nộn và số đọc trờn vũng ỏp lực ta tiến hành hiệu chỉnh số liệu của mỏy cắt trực tiếp. Trong đú để xỏc định được giỏ trị của lực dớnh C (kPa) và gúc ma sỏt trong (độ) ta tiến hành xỏc định dựa trờn biểu đồ mối quan hệ giữa ứng suất cắt (kPa)và ỏp lực nộn (kPa) , kết quả được trỡnh bày túm tắt theo bảng như sau:
Bảng 3-6 Bảng tổng hợp kết quả thớ nghiệm cắt trực tiếp ở tuổi 7,14, 28 và 90 ngày 6% 9% 12% 14% 17% 20% 7 137,13 184,61 288,17 327,47 392,28 418,01 14 184,16 282,76 404,10 433,91 408,18 498,72 28 208,90 350,22 435,01 555,58 535,15 647,11 90 294,13 347,24 428,17 577,88 561,54 588,48 6% 9% 12% 14% 17% 20% 7 49,06 75,15 228,31 239,41 241,51 267,05 14 93,22 154,44 267,51 297,68 325,51 399,52 28 117,20 209,24 316,43 448,31 450,46 457,36 90 161,64 205,60 331,31 465,09 464,79 503,76 6% 9% 12% 14% 17% 20% 0 1,74 1,74 1,74 1,74 1,74 1,74 7 21,84 20,22 11,73 14,01 14,44 15,63 14 20,53 17,34 14,76 12,98 12,05 10,86 28 17,13 14,63 12,34 8,61 7,21 11,09 90 16,08 13,18 10,12 8,96 8,22 6,40 6% 9% 12% 14% 17% 20% 0 7,4 7,4 7,4 7,4 7,4 7,4 7 49,06 75,145 228,31 239,41 241,51 267,05 14 93,218 154,435 267,506 297,678 325,509 399,524 28 116,89 208,979 316,207 448,162 450,336 457,167 90 161,352 205,368 331,134 464,928 464,641 503,648 NGÀY ỨNG SUẤT CẮT TRUNG BèNH NGÀY ỨNG SUẤT CẮT ĐƠN VỊ NGÀY GểC NỘI MA SÁT (độ) NGÀY LỰC DÍNH C (kPa) (kPa) 1( ) i kPa
Nhận xột:
Hỡnh 3.23: Biểu đồ đường mối tương quan của (độ) và C (kPa) theo thời gian
- Hai đặc trưng cơ bản của sức chống cắt là (độ) và C (kPa) của mẫu đất trộn xi măng được xỏc định dựa vào biểu đồ đường sức chống cắt của hai đại lượng
(kPa)
và (kPa).
- Qua cỏc bảng tổng hợp kết quả bờn trờn ta thấy rằng nếu ta đặt ỏp lực nộn (kPa) 1
cố định để xỏc định sức chống cắt theo hàm lượng thỡ ứng suất cắt đơn vị i1(kPa) tăng tuyến tớnh với hàm lượng xi măng. Điều này chỉ ra rằng sức chống cắt của đất chịu sự chi phối bởi ba thành phần chớnh là ỏp lực nộn, gúc nội ma sỏt và lực dớnh với tan( ) C . Khi mẫu đất ở trạng thỏi tự nhiờn thỡ lực dớnh trung bỡnh của mẫu khoảng 7,4 (kPa) sau khi được gia cố ở 28 ngày tuổi tăng trung bỡnh khoảng 45 lần so với đất nguyờn trạng. Hơn nữa ta thấy rằng ở thời điểm 28 và 90 ngày tuổi thỡ giỏ trị lực dớnh của mẫu ở tỷ lệ 6%, 9%, 12% thỡ rời rạc nhưng giỏ trị tương đối nhỏ, nhưng đối với tỷ lệ 14%, 17%, 20% thỡ giỏ trị gần như hội tụ khụng chờnh lệch nhau quỏ nhiều.
- Ở hỡnh (3.23) xột mối tương quan giữa gúc nội ma sỏt (độ) và lực dớnh C (kPa) ở 28 ngày tuổi bằng phần mềm Excel (phương phỏp bỡnh phương cực tiểu thụng qua đường trenline) ta tỡm được hệ số xỏc định R2 = 0,8753 qua đú ta thấy mối tương quan khỏ chặt chẽ của (độ) và C (kPa). Giỏ trị sức khỏng cắt của mẫu ở 28 ngày xem như là ổn định phự hợp cho quỏ trỡnh tớnh toỏn do đến 90 ngày tuổi hầu như giỏ trị (độ) và C (kPa) khụng thay đổi quỏ lớn.
Với 4 kết quả thớ nghiệm trong phũng với từng tỷ lệ nước khỏc nhau, chất lượng nước khỏc nhau ta thu được cỏc kết quả như bờn trờn để cỏc số liệu này trở nờn cú ý nghĩa và đỏng tin cậy hơn ta so sỏnh với kết quả nộn hiện trường [9] tỡm mối tương giữa và sự khỏc biệt giữa cỏc kết quả thớ
Nhận xột:
- Dựa vào hỡnh (3.24) xột thấy rằng với thớ nghiệm cựng một loại nước nhưng với tỷ lệ pha trộn khỏc nhau cho ta thấy kết quả khỏ chờnh lệch. Trong đú sức khỏng nộn đơn ở 28 ngày tuổi của thớ nghiệm 3 (W/C=0,8) cho giỏ trị cao nhất đạt khoảng 5886 (kPa) gấp 1,5 lần so với thớ nghiệm 2 (W/C=1), cao gấp 2,37 lần so với thớ nghiệm 1 và 4. Qua đõy cho ta thấy sức ảnh hưởng đỏng kể của hàm lượng và chất lượng của mẫu nước khi pha trộn mẫu đất xi măng. Dựa trờn cỏc kết quả và nhận định bờn trờn thỡ khi gia cố nền đất yếu khu vực Duyờn Hải – Trà Vinh bằng cụng nghệ trộn xi măng dưới sõu nờn chọn tỷ lệ w/c=0,8, hàm lượng xi măng 14% và nước đạt tiờu chuẩn về trộn trộn bờ tụng là hợp lý nhất, đảm bảo kinh tế - kỹ thuật và hiệu quả cho cụng tỏc triển khai thi cụng đại trà.
- Xột biểu đồ hỡnh cột khi so sỏnh giỏ trị sức khỏng nộn đơn trục khụng hạn chế nở hụng qu (kPa) trờn một tỷ lệ pha trộn xi măng nhất định là 14% (250kg/m3) cho kết quả như sau: Giỏ trị qu (kPa) lớn nhất ở 28 ngày tuổi ứng với tỷ lệ xi măng 14%, W/C= 0,8 là: 3493,06 kPa cao hơn thớ nghiệm nộn mẫu hiện trường khoảng 35,5% trong khi hiện trường thỡ giỏ trị qu (kPa) chỉ đạt là: 2252,27 kPa; đồng thời với W/C= 0,8 cho giỏ trị qu (kPa) cao hơn cỏc thớ nghiệm cũn lại W/C= 1; W/C= 1a (trộn nước vị trớ lấy mẫu); W/C= 1,4 lần lượt là: 35,67%; 53,81%; 51,68%.
3.2.10 Phõn tớch dữ liệu thớ nghiệm và lựa chọn kết quả dựa trờn phương trỡnh hồi quy tuyến tớnh: hồi quy tuyến tớnh:
Sau khi đó lựa chọn được hàm lượng tối ưu với hàm lượng xi măng là 14% và tỷ lệ nước/xi măng= 0,8. Để lựa chọn được cỏc giỏ trị đặc trưng của trụ đất xi măng dựa theo hàm lượng tối ưu nờu trờn, tỏc giả sử dụng phương trỡnh hồi quy tuyến tớnh trờn cơ sở của ứng dụng Data Analysis thuộc phần mềm Microsoft Excel, để tỡm được cỏc giỏ trị đặc trưng của mẫu đất xi măng như: lực dớnh, gúc ma sỏt trong, cường độ khỏng nộn đơn khụng hạn chế nở hụng của mẫu trụ đất xi măng sao cho đỏng tin cậy, hạn chế sai lệch và phải cú mối tương quan chặt chẽ phục vụ cho quỏ trớnh tớnh toỏn và mụ phỏng Plaxis 3D.
- Xỏc định giỏ trị sức khỏng nộn đơn khụng hạn chế nở hụng qu (kPa) dựa vào kết quả thớ nghiệm ở 28 ngày tuổi ta được bảng kết quả Summary Output như sau:
Bảng 3-7: Bảng kết quả phương trỡnh hồi quy thớ nghiệm nộn đơn trục
SUMMARY OUTPUT Regression Statistics Multiple R 0,999981169 R Square 0,999962338 Adjusted R Square 0,999871949 Standard Error 19,73548367 Observations 18 ANOVA df SS MS F Significance F Regression 12 51706681,53 4308890,127 11062,92254 3,06291E-10 Residual 5 1947,446578 389,4893156 Total 17 51708628,98
Coefficients Standard Error t Stat P-value Lower 95% Upper 95% Lower 95,0% Upper 95,0%
Intercept 58687,12583 118141,4683 0,496752975 0,640430364 -245005,1866 362379,4382 -245005,1866 362379,4382 Khối lượng -34,34603283 48,11203049 -0,713876186 0,507232846 -158,0219445 89,32987882 -158,0219445 89,32987882 Đường kớnh -3550,209812 4517,990946 -0,785793919 0,467574153 -15164,07527 8063,655647 -15164,07527 8063,655647 Chiều cao 116,9245724 162,7563563 0,718402494 0,504669023 -301,4539608 535,3031055 -301,4539608 535,3031055 Tỷ số H/D -526,0213337 3635,610868 -0,144685818 0,890610201 -9871,656594 8819,613926 -9871,656594 8819,613926 Dung trọng 5531,981207 7894,209848 0,700764397 0,514710671 -14760,73123 25824,69365 -14760,73123 25824,69365 Biến dạng nộn -188,0068635 2505,83539 -0,075027619 0,943102071 -6629,461801 6253,448074 -6629,461801 6253,448074 Biến dạng dọc trục 325201,7636 327792,0594 0,992097747 0,366703128 -517414,5503 1167818,077 -517414,5503 1167818,077
Diện tớch ban đầu 237,9437945 119,1325833 1,9973024 0,102291286 -68,2962601 544,1838491 -68,2962601 544,1838491
Diện tớch hiệu chỉnh -181,1756099 88,37458474 -2,050087256 0,095632228 -408,3497122 45,99849234 -408,3497122 45,99849234
Độ ẩm -32,86320106 488,7873565 -0,067234147 0,949001035 -1289,331101 1223,604699 -1289,331101 1223,604699
Gúc phỏ hoại 1,143975105 2,305097008 0,496280678 0,640740729 -4,781465394 7,069415604 -4,781465394 7,069415604
Tải trọng max 0,596997651 0,006289562 94,91880307 2,46052E-09 0,580829819 0,613165484 0,580829819 0,613165484
Với dữ liệu thớ nghiệm ta thiết lập được phương trỡnh hồi quy tuyến tớnh như sau:
Y(x) = Qui (kPa)= -(34,35 X1) - (3550,21 X2) + (116,92 X3) - (526,02 X4) +
(5531,98 X5) - (188,01 X6) + (325201,76 X7) + (237,94 X8) - (181,18 X9) - (32,86 X10) + (1,14 X11) + (0,6 X12) + 58687,13. Với: (3.2) X1 X2 X3 X4 X5 X6 Khối lượng (g) Đường kớnh (mm) Chiều cao (mm) Tỷ số H/D Dung trọng (g/cm3) Biến dạng nộn (mm) X7 X8 X9 X10 X11 X12 BD dọc trục (%) Diện tớch ban đầu (mm2) Diện tớch Si (mm2) Độ ẩm (%) Gúc phỏ hoại (độ) Tải trọng lớn nhất (N)
- Xỏc định giỏ trị gúc nội ma sỏt (độ) và lực dớnh C (kPa) dựa bảng tổng hợp kết quả thớ nghiệm ở 28 ngày tuổi ta được bảng kết quả Summary Output như sau:
Bảng 3-8: Bảng kết quả phương trỡnh hồi quy thớ nghiệm cắt trực tiếp SUMMARY OUTPUT SUMMARY OUTPUT Regression Statistics Multiple R 0.99991563 R Square 0.999831267 Adjusted R Square 0.727011958 Standard Error 2.662007524 Observations 18 ANOVA df SS MS F Significance F Regression 9 461889.1389 51321.01543 10863.45431 2.25224E-15 Residual 11 77.94912466 7.08628406 Total 20 461967.088
Coefficients Standard Error t Stat P-value Lower 95% Upper 95% Lower 95.0% Upper 95.0%
Intercept 12.84164275 51.00354365 0.251779422 0.805853617 -99.41639994 125.0996854 -99.41639994 125.0996854
Khối lượng (g) -85.94137123 47.25147827 -1.818808096 0.096243107 -189.9411737 18.05843123 -189.9411737 18.05843123
Đường kớnh D (mm) 0 0 65535 #NUM! 0 0 0 0
Chiều cao H (mm) 0 0 65535 #NUM! 0 0 0 0
Tỷ lệ H/D 0 0 65535 #NUM! 0 0 0 0 Khối lượng thể tớch (g/cm3) 5190.388255 2846.915843 1.823161815 #NUM! -1075.631267 11456.40778 -1075.631267 11456.40778 Độ ẩm -48.42377223 58.85087263 -0.822821652 0.428086735 -177.9536695 81.10612508 -177.9536695 81.10612508 Cấp tải trọng (kg) -17.95426051 152.8875075 -0.117434451 0.908632602 -354.4573956 318.5488746 -354.4573956 318.5488746 Áp lực nộn hiệu chỉnh 0.49592772 4.208164204 0.117848947 0.908311734 -8.766179244 9.758034685 -8.766179244 9.758034685 Chỉ số đọc đồng hồ 6.765127992 0.065269417 103.6492781 8.42483E-18 6.621470973 6.908785011 6.621470973 6.908785011
Với dữ liệu thớ nghiệm ta thiết lập được phương trỡnh hồi quy tuyến tớnh như sau: -
Y(x) = i (kPa)= (-85,94 X1) + (0 X2) + (0 X3) + (0 X4) + (5190,39 X5) + (-48,42 X6) - (17,95 X7) + (0,5 X8) + (6,77 X9) – 57,3. Với: (3.3) X1 X2 X3 X4 X5 Khối lượng (g) Đường kớnh (mm) Chiều cao (mm) Tỷ số H/D Dung trọng (g/cm3) X6 X7 X8 X9 Độ ẩm % Cấp tải trọng (kg) Áp lực nộn hiệu chỉnh (kPa) Chỉ số đọc đồng hồ
Nhận xột:
- Dựa vào bảng 3-7 và cụng thức 3.2 ta xột thấy rằng cỏc thụng số trong thớ nghiệm nộn đơn trục cú mối tương quan chặt chẽ mới nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến giỏ trị qu (kPa) của trụ đất xi măng, sai số trong khi thực hiện thớ nghiệm là thấp bằng chứng cụ thể là khi giỏ trị hệ số tương quan R= 0,99998~1 (trong bảng 3-7). Hơn nữa với giỏ trị hệ số tương quan này cho ta thấy khi tăng hoặc giảm một trong những nhõn tố liờn quan đến thớ nghiệm sẽ ảnh hưởng lớn đổi kết quả cuối cựng. Thụng qua phương trỡnh hồi quy tuyến tớnh (3.2) ứng với hàm lượng tối ưu ta tỡm được giỏ trị qu (kPa)= 3491,90 (kPa) nhỏ hơn 0,033% khi lựa chọn bằng phương phỏp trung bỡnh cộng số học.
- Tương tự dựa vào bảng 3-8 và cụng thức 3.3 ta xột thấy rằng cỏc thụng số trong thớ nghiệm cắt trực tiếp cú mối tương quan chặt chẽ mới nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến giỏ trị qu (kPa) của trụ đất xi măng, sai số trong khi thực hiện thớ nghiệm là thấp bằng chứng cụ thể là khi giỏ trị R2= 0,99992~1 (trong bảng 3-8). Thụng qua phương trỡnh hồi quy tuyến tớnh (3.3) ứng với hàm lượng tối ưu ta tỡm được giỏ trị gúc nội ma sỏt (độ) và lực dớnh C (kPa) lần lượt là: = 8,33(độ); C=444,124 (kPa) nhỏ hơn 0,9% khi lựa chọn bằng phương phỏp trung bỡnh cộng số học.
3.2.11 Nhận xột chương 3
Trờn cơ sở kết quả thớ nghiệm trong phũng với 04 thớ nghiệm khỏc nhau về việc xỏc định sự thay đổi về cường độ, độ ẩm, dung trọng, biến dạng và sực khỏng cắt của mẫu đất trộn xi măng và thớ nghiệm nộn mẫu hiện trường xỏc định sức khỏng nộn đơn của mẫu theo điều kiện địa chất tự nhiờn khu vực Duyờn Hải – Trà Vinh ta rỳt ra được một số kết luận quan trọng sau:
- Vựng đất yếu Duyờn Hải – Trà Vinh cú khả năng ứng dụng hiệu quả và kinh tế cụng nghệ trộn xi măng dưới sõu.
- Qua cỏc thớ nghiệm trong phũng bờn trờn ta thấy rằng cường độ khỏng nộn đơn và sức khỏng cắt của mẫu phỏt triển theo thời gian, tỷ lệ thuận với hàm lượng xi măng.
- Sự lựa chọn hàm lượng nước khi trộn sẽ quyết định đến độ bền và chất lượng của cọc đất - xi măng. Đối với khu vực Duyờn Hải – Trà Vinh khi sử dụng cụng nghệ trộn xi măng dưới sõu phải đặc biệt chỳ ý đến hàm lượng nước khi trộn, khụng nờn sử dụng tỷ lệ W/C > 1 sẽ làm giảm đỏng kể cường độ của cọc xi măng đất trung bỡnh 35,04% (khi thớ nghiệm W/C=1,4) song song nếu tỷ lệ W/C <0,5 thỡ gõy khú khăn đến quỏ trỡnh thi cụng hiện trường khi ở 28 ngày tuổi. Với tỷ lệ W/C = 0,8 cho giỏ trị qu(kPa) khỏ cao gấp 1,5 lần so với khi trộn W/C=1.
- Chất lượng của mẫu nước dựng cho trộn mẫu ảnh hưởng rất lớn đến độ bền và chất lượng của mẫu đất trộn xi măng. Khi sử dụng trực tiếp nước tại vị trớ lấy mẫu cho quỏ trỡnh trộn sẽ làm giảm đỏng kể khoảng 36,79% khi trộn với tỷ lệ tương tự nhưng bằng nước sinh hoạt. Kết luận của thớ nghiệm mẫu nước hiện trường tại vị trớ lấy mẫu cho thấy hàm lượng ion Sunfate SO42- là khỏ cao trung bỡnh khoảng 1772,608 mg/L gấp 3 lần mức cho phộp của mẫu nước trộn bờ tụng. Theo đú sẽ là xỳc tỏc mạnh cho quỏ trỡnh tấn cụng sunfate sản phẩm sự hỡnh thành ettringite (sulfoaluminate hydrate: 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O) và thạch cao (gypsum: CaSO4.2H2O) dẫn đến sự mềm húa của hồ xi măng, thay đổi vi cấu trỳc đến tăng độ rỗng và giảm cường độ của cọc đất xi măng.
- Khu vực đất yếu Duyờn Hải núi riờng, vựng đất ven biển ĐBSCL núi chung khuyến khớch khụng nờn sử dụng cụng nghệ trộn khụ mà nờn ứng dụng cụng nghệ trộn ướt dưới sõu với tỷ lệ tối ưu, thuận lợi cho quỏ trỡnh thi cụng và hiệu quả kinh tế cao khi W/C = 0,6 - 0,8 tựy cụng nghệ mỏy múc (chất lượng nước trộn mẫu đạt TCXDVN 302:2004) và tỷ lệ trộn xi măng trong khoảng 14 - 16% (hàm lượng này tương đương 250 – 270 kg xi măng/m3 đất tự nhiờn) sẽ cải thiện đỏng kể sức chịu tải của đất nền. Hơn nữa, khi ta sử dụng hàm lượng xi măng trong khoảng này thỡ giỏ trị qu (kPa) đạt đến giỏ trị khỏ cao đồng thời giỏ trị sức chống cắt của trụ đất xi măng gần như hội tụ khụng phỏt triển thờm với khi sử dụng hàm lượng xi măng lớn hơn 16%. Từ đú với khoảng hàm lượng tối ưu bờn trờn khụng chỉ đảm bảo được yờu cầu kỹ thuật mà cũn đỏp ứng được yờu cầu kinh tế, hạ thấp giỏ thành đầu tư là điều nhà đầu tư nào cũng mong muốn.
- Việc xử lý, gia cố nền đất yếu khu vực Duyờn Hải – Trà Vinh thỡ hàm lượng tối ưu với tỷ lệ tỷ lệ xi măng 14% (hàm lượng này tương đương 250 kg xi măng/m3 đất tự nhiờn) và tỷ lệ nước/xi măng = 0,8 (chất lượng nước trộn mẫu đạt TCXDVN 302:2004) cho kết quả khỏ cao khi thực hiện thớ nghiệm trong phũng cho thấy cường độ khỏng nộn đơn qu(kPa) đạt khoảng 3,5 Mpa gấp 230 lần so với đất nguyờn trạng qu(kPa)=0,015 Mpa. Bờn cạnh đú, sức khỏng cắt của đất nền sẽ tăng lờn khoảng 45 lần so với đất nguyờn trạng. Cựng tỷ lệ như trờn nhưng khi thực tế thi cụng hiện trường thỡ giỏ trị qu(kPa) đạt khoảng 2,25 Mpa gấp 150 lần so với đất nguyờn trạng chưa được gia cố.
- Kết quả sức khỏng nộn đơn khụng hạn chế nở hụng hiện trường cho ta thấy giỏ trị qu(kPa) thấp hơn so với thớ nghiệm trong phũng khoảng 35,5%. Do nhiều yếu tố ảnh hưởng nờn dẫn đến cú sự chờnh lệch như trờn điển hỡnh như: Điều kiện chế bị mẫu trong phũng gần như là lý tưởng, dễ kiểm soỏt được chất lượng, tỷ lệ pha trộn chớnh xỏc. Cũn đối với hiện trường kết quả cũn phải phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Cụng nghệ pha trộn, người quản lý, độ hiện đại và chớnh xỏc của hệ thống cơ giới, ảnh hưởng của điều kiện địa chất xung quanh khu vực gia cố nờn đó làm giảm hơn 1/3 giỏ trị sức khỏng nộn so với thớ nghiệm trong phũng. Từ đú ta sẽ rỳt ra được hệ số an toàn khi tớnh toỏn thiết kế trụ đất xi măng gia cố nền đất yếu dựa trờn kết quả thớ nghiệm trong phũng.