IV Chi phÝ x©y dùng
2.3Nghiên cứu thực nghiệm NeowebTM chịu tải trọng đứng
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN GIA CỐ NỀN ĐẤT BẰNG CƠNG
2.3Nghiên cứu thực nghiệm NeowebTM chịu tải trọng đứng
Han (2007) đã nghiên cứu thực nghiệm ơ ngăn hình mạng chịu tải trọng đứng để đánh giá sự tăng sức chịu tải và mô đun đàn hồi tương đương của lớp đất nền được gia cố [8]. Hình 2.9 cho thấy quan hệ giữa lực kéo và biến dạng của vật liệu chế tạo ơ ngăn hình mạng sử dụng trong thí nghiệm.
Hình 2.9. Quan hệ lực kéo-biến dạng của ơ ngăn NeowebTM [8]
Chiều cao của ơ ngăn là 50 mm, kích thước hai chiều dài và rộng tương ứng là 250 mm và 210 mm. Chiều dày của ô ngăn là 1,778 mm. Dựa trên kết quả thí nghiệm thì cường độ chịu kéo trung bình là 9,3 kN/m, độ cứng là 250 kN/m tương ứng với biến dạng 2%. Hộp thí nghiệm như trên hình 2.10. Kết quả thí nghiệm cho thấy, với mức chuyển vị 1,25 mm, sức chịu tải và độ cứng của đất nền tăng lên 65%.
Pokharel và các cộng sự (2009) [17] thực hiện thí nghiệm trong phịng để xác định các yếu tố ảnh hưởng với đất cát gia cường bằng ơ ngăn hình mạng. Ơ ngăn hình mạng có thể tạo ra sự ngăn cản dịch chuyển ngang và đứng, hiệu ứng màng và sự phân bố rộng hơn về ứng suất. Sơ đồ thí nghiệm được thực hiện như hình 2.11. Từ kết quả nghiên cứu, các tác giả đã đưa ra các kết luận sau: 1) Đất nền được gia cố bằng ơ ngăn có dạng hình trịn có sức chịu tải và độ cứng lớn hơn so với đất nền được gia cố bằng ô ngăn có dạng elip; 2) Sự làm việc của đất nền có gia cường bằng ơ ngăn phụ thuộc vào mơ đun đàn hồi của cuả vật liệu làm ô ngăn. Đất nền gia cố bằng ơ ngăn có mơ đun đàn hồi lớn hơn sẽ có sức chịu tải lớn hơn; 3) Hệ số giá cố đất nền từ 1, 5 đến 2,5 đối với sức chịu tải và từ 1,3 đến 2 đối với độ cứng.
lớp móng của kết cấu áo đường mềm nhờ các thiết bị đặt bên trong lớp để quan sát lâu dài. Thí nghiệm này được tiến hành vào tháng 8 – 2005 trong quá trình nâng cấp Đường K27 trong khu vực huyện Peine- Lower Saxony - Đức, (Meyer, 2005). [16]
Các kết cấu áo đường trong q trình thí nghiệm tại vị trí nghiên cứu:
Kết cấu gia cố NeowebTM
Kết cấu ở giữa đường Kết cấu cải tạo thông thường
Mặt cắt 1: NeowebTM PRS 330-
200
Mặt cắt 2:
Chỉ rải thảm thêm lớp bê tông nhựa
Mặt cắt 3: Lớp móng đá dăm dày
700mm
Hình 2.12: Các mặt cắt kết cấu áo đường với các phương pháp duy tu khác nhau [16]
Để xác định ứng suất dưới đất từ thí nghiệm bàn nén tĩnh hoặc từ tải trọng giao thông, người ta đã đặt 6 (DMD 1 – DMD 6) thiết bị đo ứng suất động trực tiếp bên dưới lớp NeowebTM và lớp móng thơng thường tại mặt cắt
kiểm tra (Xem hình 2.13 Mặt cắt đặc trưng của kết cấu áo đường thông thường và gia cố NeowebTM, và sơ đồ đặt thiết bị đo):
Hình 2.13: Mặt cắt đặc trưng của kết cấu áo đường thông thường và gia cố NeowebTM, và sơ đồ đặt thiết bị đo [16]
Xác định ứng suất thẳng đứng trong lớp nền đất: Kết quả thí nghiệm
tấm nén tĩnh xác định ứng suất thẳng đứng tại các vị trí nhất định trong từng loại kết cấu áo đường được thể hiện trong đồ thị hình 2.14 dưới đây.
Hình 2.14: Đồ thị Ứng suất - Thời gian theo kết quả của thiết bị đo (DMD 2 - đo tại kết cấu thông thường; DMD 3 – đo tại kết cấu gia cố)[16]
Từ kết quả thí nghiệm trên cho thấy ứng suất thẳng đứng giảm gần 50% với kết cấu gia cố NeowebTM với kết cấu không gia cố thông thường.
sau khi cải tạo.
Hình 2.15: Ứng suất thẳng đứng do xe nặng đi qua với tốc độ 5 km/h (DMD 2 - đo tại kết cấu thông thường; DMD 3 – đo tại kết cấu gia cố) [16]
Trong quá trình xe đi qua, ứng suất bên dưới nền được đo bởi các thiết bị đo đặt tại độ sâu 425 và 575mm. Ứng suất đo tại độ sâu 425mm (Hình 2.16). Kết quả cho thấy ứng trong kết cấu gia cố thấp hơn từ 23-28% so với kết cấu thông thường và kết quả thu được cũng tương tự khi xe kiểm tra chạy với tốc độ 40 km/h. Kết quả của sự tương tác giữa hệ thống ơ ngăn hình mạng NeowebTM với vật liệu chèn lấp, một lớp đất gia cố được tạo ra với các tính chất được cải thiện so với kết cấu không gia cố thông thường. Khả năng cải
thiện kết cấu có thể được xác định lại bằng việc sử dụng lý thuyết phân tích ứng suất đàn hồi.
Bảng 2.1: Mơ đun đàn hồi của các lớp đất nền [16]
Lớp nền Mô đun đàn hồi Ghi chú
Asphalt 35 , 0 3000 ] [ = = ν MPa
Eac Đo tại nhiệt độ 250C, tần số 10 Hz, thí nghiệm đơn trục Nền ( ) 35 , 0 0067 , 0 1 = + = ν ab ab b E h E Eb[MPa]≤700 ab h (mm) Đá răm ( ) 35 , 0 003 , 0 1 = + = ν sb sg sb E h E Eb[MPa]≤300 sb h (mm) Đáy ( ) 4 , 0 % 14 ] [ = × = ν CBR MPa Eac 2<CBR( )% <12 - Mơđun đàn hồi của lớp đất nền:
Esg = 14 x CBR [%] = 14 x 4.6 = 64.4 [MPa] - Môđun đàn hồi của lớp móng đá dăm dày 150mm:
Esb = Esg x (1+0.003 x hsb) = 64.4 x ( 1 + 0.003 x 150) = 93.4 [MPa]
Tính tốn xác định mơđun đàn hồi của lớp móng trên dày 250mm được thực hiện theo phương pháp thử dần (Hình 2.16 Lớp móng trên và mơđun đàn hồi của các lớp bên dưới thiết bị đo DM2).
- Ứng suất thẳng từ tấm nén đứng trên bề mặt lớp cấp phối là 411 [kPa]. - Ứng suất (σy) đo được từ thiết bị đo DMD 2 tại kết cấu thông thường là: 217 [kPa].
- Ứng suất (σy) đo được từ thiết bị đo DMD 3 tại kết cấu gia cố NeowebTM
Hình 2.16: Lớp móng trên và mơđun đàn hồi của các lớp bên dưới thiết bị đo DM2 [16]
Như vậy ứng suất thẳng đứng (σy) đo được tại kết cấu gia cố giảm đi 51% so với kết cấu thơng thường. Chương trình phân tích phần tử hữu hạn (Geo-Studio Sigma/W) được sử dụng để phân tích và mơ hình hố kết quả của 2 kết cấu trên.Việc phân tích đã xác định được mơđun đàn hồi của lớp móng thơng thường (dày 250 mm) là Esb = 100,000 [kPa].
Biểu đồ ứng suất thẳng đứng (σy) (Hình 2.17 Phân bố ứng suất thẳng đứng (σy) tại mặt cắt kết cấu thông thường và Hình 2.18 Phân bố ứng suất thẳng đứng (σy) tại mặt cắt kết cấu gia cố NeowebTM).
Kết quả phân tích cũng ra được mơđun đàn hồi của lớp móng gia cố NeowebTM là Esb = 500,000 [kPa] với sự phân bố ứng suất được biểu diễn trong Hình 2.18.
Như vậy qua kết quả thí nghiệm thực tế và phân tích tính tốn lại theo lý thuyết cho thấy việc gia cố hệ thống NeowebTM đã cải thiện môđun đàn hồi của lớp đó lên so với kết cấu thơng thường được đặc trưng bởi một hệ số gọi là hệ số gia cố, và trong trường hợp này hệ số gia cố bằng 5.
Hình 2.17: Phân bố ứng suất thẳng đứng (σy) tại mặt cắt kết cấu thơng thường
[16]
Hình 2.18: Phân bố ứng suất thẳng đứng (σy) tại mặt cắt kết cấu gia cố NeowebTM [16]