CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ Lí THUYẾT TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT XIMĂNG
3.2 Quy trỡnh chế bị mẫu
3.2.6 Kết quả thớ nghiệm nộn đơn trục khụng hạn chế nở hụng
Sau khi tiến hành thớ nghiệm nộn đơn trục khụng hạn chế nở hụng cho mẫu đất trộn xi măng D50x100mm qua bốn cấp độ bảo dưỡng 7, 14, 28, 90 ngày tiếp tục xử lý, tớnh toỏn số liệu, kết quả được trỡnh bày cụ thể thụng qua cỏc biểu đồ như sau:
Hỡnh 3.11: Biểu đồ quan hệ giữa qu(kPa) và (%) ở 28 ngày tuổi và dung trọng
Nhận xột:
- Dựa vào cỏc kết quả bờn trờn ta thấy rằng cường độ khỏng nộn đơn trung bỡnh
của mẫu đất trộn xi măng từ lỳc chế bị cho đến 90 ngày tuổi tăng tuyến tớnh theo hàm lượng xi măng khi trộn. Rừ nhất là từ 07 – 14 ngày tuổi giỏ trị qu(kPa) tăng khỏ nhanh, cụ thể ở 14 ngày tuổi giỏ trị qu(kPa) trung bỡnh khoảng 1,434 lần so với ở 07 ngày tuổi, sau đú cú xu hướng tăng ổn định khi đến 28 và 90 ngày tuổi. Giỏ trị qu(kPa) của đất tự nhiờn tăng lờn lần lượt khoảng 89, 128 lần sau khi được gia cố ở 28 và 90 ngày.
- Sau khi chế bị dung trọng của mẫu giảm đỏng kể, ở 7 - 14 ngày tuổi giảm 1,625% so với dung trọng của đất tự nhiờn, sau đú đến 90 ngày tuổi dung trọng của mẫu hầu như khụng biến đổi nhiều so với 7 ngày tuổi. Về độ ẩm của mẫu thỡ khi đạt 07 ngày tuổi thỡ độ ẩm đó giảm khoảng 12,97% so với khi bắt đầu chế bị. Đến 90 ngày tuổi độ ẩm trong mẫu giảm đỏng kể khoảng 28,39% so với ban đầu chủ yếu là do quỏ trỡnh ninh kết diễn ra đồng thời trong giai đoạn 14 – 28 ngày tuổi độ ẩm giảm khụng đỏng kể. Tại hỡnh (3.11) khi mẫu trộn ở 28 ngày tuổi khi qu(kPa) đạt qult (từ 6% - 20%) thỡ biến dạng dọc trục tương đối của mẫu cú xu hướng giảm nhẹ khi hàm lượng xi măng trong mẫu tăng lờn.
Hỡnh 3.14: Biểu đồ quan hệ giữa qu(kPa) và (%) ở 28 ngày tuổi và dung trọng
Nhận xột:
- Dựa vào cỏc kết quả bờn trờn ta thấy rằng cường độ khỏng nộn đơn trung bỡnh của mẫu đất trộn xi măng từ lỳc chế bị cho đến 90 ngày tuổi tăng tuyến tớnh theo hàm lượng xi măng khi trộn. Khoảng thời gian từ 07 – 14 ngày tuổi cường độ của mẫu trộn tăng khỏ nhanh ở 14 ngày tuổi cường độ khỏng nộn đơn trung bỡnh khoảng 1,451 lần so với ở 07 ngày tuổi), cú xu hướng tăng chậm lại khi đến 90 ngày tuổi. Cường độ khỏng nộn đơn của đất tự nhiờn tăng lờn lần lượt khoảng 137, 169 lần khi được gia cố ở 28 và 90 ngày tuổi. Đối với dung trọng của mẫu tăng nhanh ở giai đoạn 14 ngày sau đú ổn định dần khi đến 90 ngày tuổi ổn định hơn so với thớ nghiệm 1. Nhưng với biến dạng dọc trục tương đối của mẫu thỡ tỷ lệ nghịch khi tăng hàm lượng xi măng khi chế bị.
- So sỏnh thớ nghiệm ban đầu và thỡ ở thớ nghiệm này, xột thấy rằng khi hàm lượng nước giảm 40% khi chế bị thỡ giỏ trị sức khỏng nộn đơn khụng hạn chế nở hụng qu(kPa) của mẫu sẽ tăng 35% lần ở 28 ngày tuổi.
Hỡnh 3.17: Biểu đồ quan hệ giữa qu(kPa), (%) ở 28 ngày tuổi và dung trọng
Nhận xột:
- Dựa vào cỏc bảng tổng hợp kết quả và cỏc biểu đồ của cỏc hỡnh bờn trờn xột thấy rằng từ 07 – 14 ngày tuổi cường độ của mẫu trộn tăng khỏ nhanh so với hai thớ nghiệm ban đầu cụ thể ở 14 ngày tuổi cường độ khỏng nộn đơn trung bỡnh khoảng 1,52 lần so với ở 07 ngày tuổi, tương tự cũng cú xu hướng tăng chậm lại khi đến 90 ngày tuổi. Giỏ trị qu(kPa) tăng lờn đỏng kể so với thớ nghiệm 1 và 2, cụ thể tăng lờn lần lượt khoảng 211, 265 lần ở 28 và 90 ngày tuổi khi được gia cố bằng giải phỏp trụ đất - xi măng.
- Khi mẫu trộn ở 28 ngày tuổi khi cường độ khỏng nộn đơn đạt qult (tỷ lệ từ 6% - 20%) tăng lờn khỏ cao đạt trung bỡnh khoảng 5,87Mpa kộo theo đú quỏ trỡnh nộn cũng được kộo dài dẫn đến độ biến dạng dọc trục tăng lờn khoảng 2,34%. So với thớ nghiệm 1, 2 (W/C=1,4 và W/C=1) thỡ ở thỡ nghiệm này (W/C=0,8) sức khỏng nộn đơn ở 28 và 90 lớn hơn rừ rệt so với thớ nghiệm 1(W/C=1,4), 2(W/C=1) do ảnh hưởng của hàm lượng nước khi chế bị. Cụ thể ở 28 ngày tuổi tăng trung bỡnh 55,71% so với thớ nghiệm 1(W/C=1,4), 32,06% so với thớ nghiệm 2 (W/C=1).
- Dung trọng của mẫu ở thớ nghiệm này lớn hơn nhiều so với 2 thớ nghiệm ban đầu tăng lần lượt khoảng 9,33% và 2,05% so với thớ nghiệm 1, 2 ở 90 ngày tuổi.
Hỡnh 3.20: Biểu đồ quan hệ giữa qu(kPa) và (%) ở 28 ngày tuổi và dung trọng
Nhận xột:
- So với thớ nghiệm 1, 2, 3 (W/C=1,4; 1; 0,8) thỡ ở thỡ nghiệm này (W/C=1a nước tại vớ trớ lấy mẫu) sức khỏng nộn đơn khụng hạn chế nở hụng ở 28 ngày tuổi giảm đỏng kể kộm 1,83% so với khi thớ nghiệm 1 pha trộn với tỷ lệ W/C=1,4; thấp hơn 36,79% so với thớ nghiệm 2 (W/C=1), giảm 57,82% so với thớ nghiệm 3 (W/C=0,8). Dung trọng của mẫu cú sự thay đổi khụng ổn định do ảnh hưởng của chất lượng nước. Giỏ trị qu (kPa) tăng tuyến tớnh theo hàm lượng xi măng khi đến 90 ngày tuổi.
- Qua thớ nghiệm 4 (trộn nước tại vị trớ lấy mẫu) ta thấy rằng sự ảnh hưởng lớn của chất lượng nước đến độ bền và chất lượng của cọc đất - xi măng. Hỗn hợp đất xi măng khi trộn mẫu trực tiếp với nước tại vi trớ lấy mẫu khu vực Duyờn Hải – Trà Vinh, sẽ làm giảm đỏng kể cường độ của cọc xi măng đất, từ đú ta thấy rằng khụng thể ỏp dụng cụng nghệ trộn khụ ở khu vực này được vỡ cú sự tham gia trực tiếp của nước nhiễm mặn trong quỏ trỡnh thủy húa của xi măng. Nguyờn nhõn chủ yếu là do ăn mũn clorua và tấn cụng sun-phỏt 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.
3.2.7 Thớ nghiệm cắt trực tiếp mẫu đất trộn xi măng [5]
Sau khi gia cụng mẫu, xỏc định kớch thước, khối lượng của mẫu cú kớch thước D60x20mm, ta đặt mẫu đất trộn xi măng vào trong hộp casagrande trong sau đú dựng đỏ nhỏm ấn nhẹ cho mẫu đất trộn xi măng nằm gọn trong hộp. Khúa hộp casagrande bằng hai chốt khúa giữ cho phần trờn và phần dưới của hộp casagrande thẳng trực khụng để xờ dịch. Đặt hộp casagrande vào mỏy cắt trực tiếp với cỏc cấp ỏp lực thẳng đứng lần lượt là 2, 4, 8kg sau đú tỏc động lực cắt bằng cỏch cho quay vũng ỏp lực với vận tốc 0,5 (vũng/giõy) đọc trị số trờn vũng ỏp lực lỳc mẫu bị cắt đứt (trị số cực đại của vũng ỏp lực).
Hỡnh 3.21: Thớ nghiệm cắt trực tiếp mẫu đất trộn xi măng
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