BÀI TẬP LƠN: CƠ HỌC ĐẤT

5/19/2014

2014BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCMKHOA XÂY DỰNG VÀ CƠ HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN: CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG

GVHD: Thầy NGUYỄN SỸ HÙNG

SVTH: Hồ Thái Duy

MSSV: 12149019

BÀI TẬP LỚN: CƠ HỌC ĐẤT 2014

I. 111Equation Chapter 1 Section 1SỐ LIỆU:

1. Công trình:

Tải trọng tính toán dưới chân công trình tại cốt mặt đất:

N0 = 51.6 (T)M0= 6.3 (Tm)

2. Nền đất:

Chiều sâu mực nước ngầm tính từ mặt đất:

Hnn= 6.3m

II. YÊU CẦU:

1. Lập trụ địa chất (xác định tên và trạng thái đất), chọn chiều sâu đặt móng.2. Xác định kích thước đáy móng (bxl) theo điều kiện bền ptb < [p].

- Áp lực tiếp xúc trung bình dưới đáy móng ptb:- Tải trọng cho phép của nền [p]

3. Tính và vẽ biểu đồ ứng suất hữu hiệu phân bố trong nền do:- tải trọng bản thân.- tải trọng ngoài.

4. Dự báo độ lún ổn định tại tâm móng.

Page 1

Lớp đất Số hiệu Chiều dày (m)1 59 4.22 16 2.73 99 6.3


CÂU 1:

Xác định tên – trạng thái đất:

Bảng 1: BẢNG SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT

Số hiệu địa chất59

(Lớp 1)16

(Lớp 2)99

(Lớp 3)

Độ ẩm tự nhiên W(%) 30,9 36,8 13,12

Giới hạn nhão Wnh(%) 48,8 37,4 -

Giới hạn dẻo Wd(%) 27,6 33,7 -

Dung trọng tự nhiên γ(T/m3) 1,91 1,71 1,96

Tỷ trọng hạt ∆ 2,73 2,66 2,64

Góc ma sát trong φ 16o40 9o40 36o10

Lực dính c (Tg/m2) 3,3 8 -

Kq thí nghiệm nén ép e-p với áp lực nén p (KPa)

50 0,835 50 1,063 -

100 0,810 100 1,012 -

200 0,787 200 0,972 -

400 0,768 400 0,940 -

Kết quả xuyên tĩnh qc(MPa) 2,59 1,10 16,10

Kết quả xuyên tiêu chuẩn N 18 6 33

Bảng 2: THÀNH PHẦN % ỨNG VỚI ĐƯỜNG KÍNH CỠ HẠT (MM) – SỐ HIỆU 992-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05-0,01 0,01-0,002 <0,00215,5 23 19 16,5 12 6 6,5 1,5

Page 2


Dựa vào dữ liệu đề bài ta thấy: Lớp 1 & lớp 2 thuộc nhóm đất dính. Lớp 3 thuộc nhóm đất rời.

Cơ sở lý thuyết xác định tên & trạng thái từng nhóm đất: - Nhóm đất dính:

Tên đất được xác định dựa vào chỉ số dẻo A:

212\* MERGEFORMAT (.)

Bảng 3: Tiêu chuẩn phân loại đất dínhTên đất Chỉ số dẻo AĐất sétÁ sétÁ cát

A>1717≥A>77≥A≥1

Trạng thái đất được xác định dựa vào độ sệt B:

313\* MERGEFORMAT (.)

Bảng 4: Tiêu chuẩn đánh giá trạng thái đất dínhTên đất và trạng thái của nó Độ sệt

Á cátRắn B<0Dẻo 0≤B≤1Chảy 1<B

Á sét và sét

Rắn B<0Nửa rắn 0≤B≤0,25Dẻo 0,25<B≤0,5Dẻo mềm 0,5<B≤0,75Dẻo chảy 0,75<B≤1Chảy 1<B

Page 3


- Nhóm đất rời: Xác định tên đất:

Bảng 5: Tiêu chí xác định tên đất (TCVN 9362:2012)

Loại đất hòn lớn và đất cát Phân bố của hạt theo độ lớn tính bằng phần trăm trọng lượng của đất hong khô

1 2

A. Đất hòn lớn

Đất tảng lăn (khi có hạt sắc cạnh gọi là địa khối)

Đất cuội (khi có hạt sắc cạnh gọi Ià đất dăm)

Đất sỏi (khi có hạt sắc cạnh gọi là đất sạn)

Trọng lượng của các hạt lớn hơn 200 mm chiếm trên 50 %

Trọng lượng các hạt lớn hơn 10 mm chiếm trên 50 %


B. Đất cát

Cát sỏi

Cát thô

Cát thô vừa

Cát mịn

Cát bụi


Trọng lượng các hạt lớn hơn 0,5 mm chiếm trên 50 %

Trọng lượng các hạt lớn hơn 0,25 mm chiếm trên 50 %

Trọng lượng các hạt lớn hơn 0,1 mm chiếm trên 75 % hoặc hơnTrọng lượng hạt lớn hơn 0,1 mm chiếm dưới 75 %

CHÚ THÍCH: Để định tên đất theo Bảng phải cộng dần phần trăm hàm lượng hạt của đất nghiên cứu: Bắt đầu từ các hạt lớn hơn 200 mm, sau đó là các hạt lớn hơn 10 mm, tiếp đến là các hạt lớn hơn 2 mm ... Tên đất lấy theo chỉ tiêu đầu tiên được thỏa mãn trong thứ tự tên gọi ở Bảng.

Xác định trạng thái đất theo độ rỗng:

Bảng 6: Tiêu chí phân loại cát

Loại cátĐộ chặt của cát

Chặt Chặt vừa RờiCát sỏi thô và thô vừa e<0,55 0,55≤e≤0,7 e>0,7Cát mịn e<0,6 0,6≤e≤0,75 e<0,75Cát bụi e<0,6 0,6≤e≤0,8 e>0,8

Page 4


Xác định tên & trạng thái từng lớp đất:

Dựa vào số liệu địa chất có được trên cơ sở lý thuyết đã có ta tiến hành xác định tên và trạng thái cho từng lớp đất.

Lớp 1:

Đây là lớp đất thuộc nhóm đất dính.

- Xác định tên đất: (dựa vào chỉ số dẻo A):

☺ Ta thấy A1>17 : đất sét

- Xác định trạng thái đất (dựa vào độ sệt):

☺ Ta thấy: =0,156<0,25: trạng thái nửa rắn

Lớp 2:

Đây là lớp đất thuộc nhóm đất dính.

- Xác định tên đất (dựa vào chỉ số dẻo):

☺ Ta thấy A2<7 : đất á cát

- Xác định trạng thái đất (dựa vào độ sệt):

☺ Ta thấy: B2=0.84<1: trạng thái dẻo

Lớp 3:

Page 5


Đây là lớp đất thuộc nhóm đất rời.

- Xác định tên đất (dựa vào sự phân bố đường kính cỡ hạt):Lượng hạt có đường kính d>2mm chiếm

0%<25%Lượng hạt có đường kính d>0,5mm chiếm

15,5+23=38,5% < 50%Lượng hạt có đường kính d>0.25mm chiếm:

15,5+23+19=57,5% > 50% => đất cát vừa.

- Xác định trạng thái đất cát (dựa và hệ số rỗng e):

Đất cát vừa có hệ số rỗng e<0,55 – trạng thái chặt

Đánh giá sơ bộ tính chất xây dựng của đất:

Đất được xem là có tính chất xây dựng tốt cần có một số tiêu chí cơ bảng sau:- Chỉ số thí nghiệm xuyên động NSPT ≥ 5- Sức kháng xuyên qc ≥ 500KPa (0,5MPa)- Góc ma sát trong φ ≥ 100

(Ngoài ra tùy từng loại đất mà còn một số tiêu chí khác như hệ số rỗng,hệ số cấp phối,dung trọng riêng, độ ẩm, khả năng chống cắt…)

Lớp 1Đất sét trạng thái nửa rắn γ = 1,91 T/m3

qc=2,59 > 0,5 MPa N=18 > 5 φ=16040 > 100

Đất tốt

Lớp 2 Đất á cát trạng thái dẻo γ =1,71 T/m3

qc=1,1 >0,5 MPa N=6 > 5 φ=9040 ≈ 100

Đất tương đối

Lớp 3 Đất cát vừa trạng thái

chặt γ = 1,96 T/m3

qc=16,1 >0,5 MPa N=33 > 5 φ=36010 > 100

Đất tốt

Page 6


Lập hình trụ địa chất:

Đất sét, trạng thái nửa rắn

γ=1,91(T/m3) ∆=2,73 B=0,156

Nspt=18 Qc=2,59 MPa φ=16040

Lớp 1: đất tốt cho xây dựng

Đất á cát, trạng thái dẻo

γ=1,71(T/m3) ∆=2,66 B=0,84

Nspt=6 Qc=1,1 MPa φ=9040

Lớp 2: có tính chất xây dựng tương đối.

Đất cát vừa, trạng thái chặt

γ=1,96(T/m3) ∆=2,64

Nspt=33 Qc=16,1 MPa φ=36010

Lớp 3: là lớp đất tốt cho xây dựng

Hình : Trụ cắt địa chất

Page 7


Chọn chiều sâu đặt móng (h m): Thông số đầu vào: lớp trên cùng là lớp đất có tính chất xây dựng tương

đối tốt – dày 4.2m, bên dưới là lớp đất yếu hơn (dày 2.7m) và mực nước ngầm ở độ sâu là 6.3m. Tải trọng M0 = 6.3 Tm và N0 = 51.6 T.

Nguyên tắc cơ sở:o Móng nông: hm ≤ 3m.

o Nên đặt vào trong nền đất tốt sâu tối thiểu là 0.2m. Trong trường

hợp lớp đất bên dưới lớp đất đặt móng là lớp đất yếu thì nên chọn hm sao cho ảnh hưởng của tải trọng công trình lên lớp đất yếu bên dưới là nhỏ nhất.

o Ngoài ra, nên đặt trên mực nước ngầm tối thiểu 0.5m.

Chọn hm=1m (đặt trên lớp đất 1).

Hình : Chiều sâu đặt và kích thước móng

Page 8


CÂU 2:

Chọn kích thước đáy móng (bxl): Tải trọng tính toán dưới chân cột: M0 = 6.3 Tm và N0 = 51.6 T1. Chọn b=1.5m2. Cường độ tính toán của đất nền:

Đất sét có B≤0.5 nên m1=1.2; Giả sử đây là công trình nhà ở gia đình có kết cấu cứng thì m2=1.

Với φ=1604 tra bảng và nội suy ta có A=0.36, B=2.43, D=5. ktc=1.

(T/m2)

3. Diện tích sơ bộ đáy móng:

(m2)

Ta có:

suy ra [(1+e);(1+2e)] = [1,12;1,24]

Chọn α trong đoạn ra [(1+e);(1+2e)] =>

Chọn KF=1,2 trong đoạn 1,1 – 1,5

Vậy

(thỏa vì chọn b ban đầu là b=1.4m)

Chọn b=1.5m và l=1.8m

Page 9


4. Kiểm tra ứng suất dưới đáy móng:

Để đảm báo móng làm việc tốt theo kích thước đã chọn ta tiến hành kiểm tra các điều kiện sau:

(T/m2)

(T/m2)

(T/m2)

Với: (m3) ta có:

(T/m2)

(T/m2)

(T/m2)

KẾT LUẬN: Móng với bxl=1.5x1.8 đảm bảo khả năng làm việc tốt. (có thể xem lún bên dưới đáy móng với áp lực là quan hệ tuyến tính khi tính lún)

5. Kiểm tra điều kiện kinh tế:

Nhầm giúp tiết kiệm chi phí 1 cách tối ưu ta phải chọn móng sao cho an toàn cho công trình với mức chi phí thấp

Ta có:

KẾT LUẬN: đảm bảo khả năng tiết kiệm chi phí.

Page 10


Tải trọng cho phép của đất nền:

Tải trọng giới hạn của đất nền được tính theo công thức:

Trong đó:

- Pgh: sức chịu tải của đất nền- γ = 1,91: dung trọng của lớp đất đặt móng (T/m3)- q = γ *hm = 1,91: trọng lượng trung bình của các lớp đất phía trên- c =3,3 T/m2: lực dính của lớp đất đặt móng- α=l/b = 1,8/1,5 = 1,2; α1=1-0,2/ α=0,83;α2=1+0,2/ α=1,67- Nγ Nq Nc là các hệ số tra bảng dựa vào góc ma sát trong φ của

lớp đất đặt móng lên.

Vậy:

Hệ số an toàn là:

Page 11

φ Nγ Nq Nc

150 2,5 4,4 12,9φ =16o40 nội suy 3,33 5,4 14,5

200 5,0 7,4 17,7


CÂU 3+4:

Tính và vẽ biều đồ ứng suất hữu hiệu phân bố trong đất nền do tải trọng bản thân- σ, tải trọng công trình-∆σ

Để tính toán chính xác đảm bảo sự biến dạng trong đất nền và lực tác dụng là quan hệ tuyến tính ta cần chia đất thành từng lớp nhỏ-phân tố với chiều dày mỗi lớp hi ≤ b/4 (tính toán theo mô hình cộng lún từng phân tố)

Yêu cầu:o Mỗi phân tố phải nằm hoàn toàn trong cùng một lớp đất

o Mỗi lớp phân tố phải nằm hoàn toàn trên, hoặc hoàn toàn dưới mực

nước ngầmo Chia lớp phân tố càng nhỏ thì sự chính xác sẽ càng cao

Với b/4=0,375 nên ta chọn hi=0,3 (việc chọn chiều dày lớp phân tố cần chú ý sao cho tránh phải nội suy). Có thể thay đổi chiều dày một lớp phân tố có thế thay đổi nếu cần thiết cho sự tiện lợi trong tính toán nhưng cần phải đảm bảo hợp lý sao cho không quá dày.

Thông thường sẽ tắt lún ở độ sâu 3b, tuy nhiên có thể dừng ở độ sâu cóo ∆σ=0,2σ đối với đất tốt

o ∆σ=0,1σ đối với đất yếu hơn

o Nếu sau hơn 3b mà vẫn không thỏa thì ta cần tính thêm một số lớp nữa.

Độ lún cho phép là 8cm.

Ứng suất hữu hiệu trong đất nền do tải trọng bản thân:

Trong đó:

- σ’z là ứng suất của đất tại độ sâu z- γi là dung trọng tự nhiên của từng lớp, trong trường hợp lớp đất

nằm bên dưới mực nước ngầm thì

- hi là chiều dày của mỗi lớp đất

Page 12


Ứng suất tăng thêm trong đất nền do tải trọng công trình gây ra:

Trong đó:

- Áp lực gây lún pgl được tính:

Với γ’ là dung trọng riêng trung bình phần đất bị lấy đi

- K0 tra bảng và nội suy theo z/b và l/bBảng: bảng tính ứng suất trong đất nền do trọng lượng bản thân và tải trọng công trình

Tại đáy lớp phân tố Tại tâm lớp phân tốz1i/b l/b

0 1 0.00

1.2

1 1.91 19.20 - -

lớp 1

1 1.3 0.20 0.968 2.48 18.59 2.20 18.89 21.092 1.6 0.40 0.830 3.06 15.94 2.77 17.26 20.033 1.9 0.60 0.651 3.63 12.50 3.34 14.22 17.564 2.2 0.80 0.496 4.20 9.52 3.92 11.01 14.935 2.5 1.00 0.379 4.77 7.28 4.49 8.40 12.896 2.8 1.20 0.294 5.35 5.65 5.06 6.46 11.527 3.1 1.40 0.232 5.92 4.45 5.63 5.05 10.688 3.4 1.60 0.187 6.49 3.59 6.21 4.02 10.239 3.7 1.80 0.153 7.07 2.94 6.78 3.26 10.04

10 4 2.00 0.127 7.64 2.44 7.35 2.69 10.0411 4.2 2.13 0.114 8.02 2.19 7.83 2.31 10.14

Lớp 2

12 4.3 2.20 0.107 8.19 2.05 8.11 2.12 10.2313 4.6 2.40 0.091 8.71 1.75 8.45 1.90 10.3514 4.9 2.60 0.079 9.22 1.52 8.96 1.63 10.5915 5.2 2.80 0.069 9.73 1.32 9.48 1.42 10.9016 5.5 3.00 0.060 10.24 1.15 9.99 1.24 11.2317 5.8 3.20 0.053 10.76 1.02 10.50 1.08 11.5918 6.1 3.40 0.047 11.27 0.90 11.01 0.96 11.97

Lớpđất

STTlớp phân tố

Độ sâutính từmặt đấtz0i(m)

K0tra bảng

Ứng suấtbản thânσ (T/m2)

Ứng suấttăng thêm∆σ (T/m2)

Ứng suấtbản thânP1i=σ (T/m2)


Ứng suấttổngP2i=(σi+∆σi)(T/m2)

Dự báo độ lún ổn định tại tâm móng

(tính theo phương pháp cộng lún từng phân tố)

Page 13


Trong đó:

- e1i độ rỗng của đất ở tải trọng P1

- e2i độ rỗng của đất ở tải trọng P2

Tính độ rỗng của đất nền dựa vào biểu đồ e-p vẽ được từ thí nghiệm nén lún:

♠ Lớp 1:

Lớp 1p e

50 0.835100 0.81200 0.787400 0.768

♠ Lớp 2:

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500.720.740.760.78

0.80.820.840.86

f(x) = − 0.0323163689159128 ln(x) + 0.960022378650954

Biều Đồ e-p của lớp 1

Tải trọng P

Độ rỗ

ng e

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500.85

0.9

0.95

1

1.05

1.1

f(x) = − 0.0590062271723586 ln(x) + 1.28893371816179

Biểu đồ e-p lớp 2

Tải trọng P

Độ rỗ

ng e

Page 14

Lớp 2p e50 1.063100 1.012 200 0.972400 0.94


Bảng :Tính lún trong đất

Tại tâm lớp phân tốLớp đất

STTlớp phân tố

Chiềudày1 lớpphân tốhi(m)

Độ sâutính từmặt đấtz0i(m)

Độ sâutính từđáy móngz1i(m)

Ứng suấtbản thânP1i=σ (T/m2)


Ứng suấttổngP2i=(σi+∆σi)(T/m2)

e1i(ứng với P1i)

e21(ứng với P2i)

Si(cm)

0 - 1 0 - - 0.000

lớp 1

1 0.3 1.3 0.3 2.20 18.89 21.09 0.935 0.862 1.1222 0.3 1.6 0.6 2.77 17.26 20.03 0.927 0.864 0.9863 0.3 1.9 0.9 3.34 14.22 17.56 0.921 0.868 0.8294 0.3 2.2 1.2 3.92 11.01 14.93 0.916 0.873 0.6705 0.3 2.5 1.5 4.49 8.40 12.89 0.912 0.878 0.5306 0.3 2.8 1.8 5.06 6.46 11.52 0.908 0.882 0.4147 0.3 3.1 2.1 5.63 5.05 10.68 0.905 0.884 0.3238 0.3 3.4 2.4 6.21 4.02 10.23 0.902 0.886 0.2529 0.3 3.7 2.7 6.78 3.26 10.04 0.899 0.886 0.199

10 0.3 4 3 7.35 2.69 10.04 0.896 0.886 0.15811 0.2 4.2 3.2 7.83 2.31 10.14 0.894 0.886 0.087

Lớp 2

12 0.1 4.3 3.3 8.11 2.12 10.23 1.165 1.152 0.06313 0.3 4.6 3.6 8.45 1.90 10.35 1.163 1.151 0.16614 0.3 4.9 3.9 8.96 1.63 10.59 1.160 1.150 0.13715 0.3 5.2 4.2 9.48 1.42 10.90 1.156 1.148 0.11516 0.3 5.5 4.5 9.99 1.24 11.23 1.153 1.146 0.09617 0.3 5.8 4.8 10.50 1.08 11.59 1.150 1.144 0.08118 0.3 6.1 5.1 11.01 0.96 11.97 1.147 1.142 0.069

Tại lớp phân tố thứ 18 nên ta dừng tính lún tại đây.Độ lún của đất nền là S=6,296 < 8 cm THỎA

Page 15


Hình: Ứng suất trong đất nền (ứng suất bản thân, ứng suất gây lún, ứng suất tổng)

Page 16

Education

BÀI TẬP LƠN: CƠ HỌC ĐẤT