1. Định nghĩa hệ số nền k
Nếu móng có bề rộng là B chịu áp lực dưới đáy móng là q và có độ lún là Δ như hình 1 thì hệ số nền k được định nghĩa là tỉ số giữa áp lực và độ lún.
Hình 1
Giả thiết quan hệ giữa áp lực và độ lún là mối quan hệ bậc nhất do giáo sư người Đức Winkler đề xuất năm 1867. Tuy nhiên bản chất đất nền không phải là vật liệu đàn hồi tuyến tính. Do đó để áp dụng được hệ số nền Winker cổ điển trong thiết kế nền móng thì đảm bảo đất nền dưới đáy móng còn trong miền đàn hồi.
Do đó kĩ sư lưu ý: Độ lún Δ là độ lún đàn hồi của đất nền không phải là độ lún mà kĩ sư tính toán trong hồ sơ thiết kế theo phương pháp cộng lún từng lớp, một số tác giả đề nghị lấy Δ=(0.2÷0.25) độ lún giới hạn và q là giá trị áp lực tương ứng độ lún Δ.
Do đó kĩ sư lưu ý: Độ lún Δ là độ lún đàn hồi của đất nền không phải là độ lún mà kĩ sư tính toán trong hồ sơ thiết kế theo phương pháp cộng lún từng lớp, một số tác giả đề nghị lấy Δ=(0.2÷0.25) độ lún giới hạn và q là giá trị áp lực tương ứng độ lún Δ.
Hình 2
Theo hình 2 thì Δ=[δ]1, q= [Po]1
2. Cách xác định hệ số nền theo thí nghiệm nén bàn
Tiêu chuẩn áp dụng:
TCVN 9354:2012 : Đất xây dựng – Phương pháp xác định mô đun biến dạng tại hiện trường bằng tấm nén phẳng.
Công thức xác định hệ số nền k theo thí nghiệm nén bàn:
Trong đó:
Trong đó:
- p2 cấp áp lực nén thí nghiệm với độ lún tương ứng s2
- p1 cấp áp lực ứng bằng trọng lượng bản thân khối đất bóc đi làm thí nghiệm tương ứng với độ lún tương ứng s1. Do quan niệm đất nền chỉ lún khi gia tải lớn hơn hơn giá trị trọng lượng bản thân của chúng. Tuy nhiên trong hồ sơ thí nghiệm nén bàn thường p1 lấy cấp thấp nhất.
- p1 cấp áp lực ứng bằng trọng lượng bản thân khối đất bóc đi làm thí nghiệm tương ứng với độ lún tương ứng s1. Do quan niệm đất nền chỉ lún khi gia tải lớn hơn hơn giá trị trọng lượng bản thân của chúng. Tuy nhiên trong hồ sơ thí nghiệm nén bàn thường p1 lấy cấp thấp nhất.
Hình 3
Ví dụ 1: Kết quả thí nghiệm nén bàn của một công trình như hình 3 thì hệ số nền xác định như sau:
3. Quy đổi hệ số nền K từ thí nghiệm nén bàn sang kích thước móng tính toán
Hệ số nền k không là hằng số mà nó thay đổi phụ thuộc vào kích thước móng (bề rộng móng B và chiều dài móng L), chiều sâu chôn móng Df và loại đất nền (đất dính và đất rời).
Theo Terzaghi (1995) hệ số nền k cho móng tỉ lệ nghịch với bề rộng của móng và được tính toán như sau:
+ Móng vuông trên nền đất rời (cát và cát pha):
+ Móng vuông trên nền đất dính (sét, á sét):
+ Móng hình chữ nhật có kích thước BxL
Ghi chú:
Theo Terzaghi (1995) hệ số nền k cho móng tỉ lệ nghịch với bề rộng của móng và được tính toán như sau:
+ Móng vuông trên nền đất rời (cát và cát pha):
+ Móng vuông trên nền đất dính (sét, á sét):
+ Móng hình chữ nhật có kích thước BxL
Ghi chú:
- k0.3 (kN/m3) là hệ số nền xác định từ bán nén vuông 0.3mx0.3m
- k(BxB) (kN/m3) là hệ số nền của móng vuông có kích thước B(m)xB(m)
- Bề rộng móng B và chiều dài móng L – đơn vị dùng trong công thức trên là m.
- Trường hợp móng có chiều dài L rất lớn so với bề rộng B như móng băng thì hệ số k xấp xỉ bằng 0.67k(BxB).
- Hệ số nền tỉ lệ thuận với chiều sâu chôn móng Df, chiều sâu chôn móng lớn thì hệ số nền k sẽ tăng.
- k(BxB) (kN/m3) là hệ số nền của móng vuông có kích thước B(m)xB(m)
- Bề rộng móng B và chiều dài móng L – đơn vị dùng trong công thức trên là m.
- Trường hợp móng có chiều dài L rất lớn so với bề rộng B như móng băng thì hệ số k xấp xỉ bằng 0.67k(BxB).
- Hệ số nền tỉ lệ thuận với chiều sâu chôn móng Df, chiều sâu chôn móng lớn thì hệ số nền k sẽ tăng.
Lưu ý trong hồ sơ nén bàn hiện trường kĩ sư nên yêu cầu thí nghiệm bàn nén kích thước 0.3mx0.3m để thuận tiện quy đổi tính toán.
Ví dụ 2: Kết quả thí nghiệm nén bàn ở ví dụ 1, có kích thước bàn nén 0.3mx0.3m trên nền sét.
Trường hợp móng có kích thước 1.0mx1.0m thì hệ số nền:
Trường hợp móng có kích thước 1.5mx2.0m thì hệ số nền:
Ví dụ 2: Kết quả thí nghiệm nén bàn ở ví dụ 1, có kích thước bàn nén 0.3mx0.3m trên nền sét.
Trường hợp móng có kích thước 1.0mx1.0m thì hệ số nền:
Trường hợp móng có kích thước 1.5mx2.0m thì hệ số nền:
4. Bảng tra hệ số nền k0.3
Trường hợp chưa có thí nghiệm nén bàn hiên trường có thể dùng bảng tra thực nghiệm của Terzaghi (1995) như sau:
Theo Scott (1981) thì k0.3 có thể xác định theo kết quả xuyên tiêu chuẩn như sau:
N là số búa xuyên tiêu chuẩn đã được hiệu chỉnh.
Cơ sở bài viết này tôi tham khảo sách : “Principles of Foundation Engineering” của giáo sư M.Das, mục 8.8 trang 375 đến trang 377. Bạn đọc có thể download sách tại đây.
5. Lưu ý sử dụng kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường
Thí nghiệm nén bàn hiện trường chỉ khảo sát được tính chất biến dạng của lớp đất tương đối nông (khoảng từ 1.5m đến 2.0m) hay đến độ sâu 3 lần bề rộng bàn nén.
Việc sử dụng kết quả bàn nén tải trọng tỉnh cần hết sức thận trọng. Trong trường hợp đất không đồng nhất đến một độ sâu tương đối lớn thì kết quả của phương pháp này là không đáng tin cậy.
Việc sử dụng kết quả bàn nén tải trọng tỉnh cần hết sức thận trọng. Trong trường hợp đất không đồng nhất đến một độ sâu tương đối lớn thì kết quả của phương pháp này là không đáng tin cậy.
Hình 4
Ví dụ như trong hình 4, lớp đất bên trên là lớp sét cứng trong khi đó lớp bên dưới là lớp sét yếu. Thí nghiệm bàn nén thực hiện gần trên mặt đất kiểm tra được tính chất của lớp đất trên (sét cứng) chứ không phản ảnh được lớp đất mềm tự nhiên ở bên dưới do kích thước bàn nén nhỏ. Khi ta đặt móng công trình thực lên trên lớp đất này thì vùng ứng suất ảnh hưởng kéo dài sâu xuống lớp đất bên dưới (sét yếu có tính nén lún rất cao) do đó dễ xảy ra mất an toàn khi thiết kế.
Do đó thí nghiệm bàn nén hiện trường không nên áp dụng cho vùng có địa tầng không đồng nhất tối thiểu là 1.5÷2.0 lần bề rộng móng.
Do đó thí nghiệm bàn nén hiện trường không nên áp dụng cho vùng có địa tầng không đồng nhất tối thiểu là 1.5÷2.0 lần bề rộng móng.
Kết quả thí nghiệm ngoài hiện trường phụ thuộc vào thời tiết, trường hợp thí nghiệm vào những ngày mưa thì kết quả nhỏ hơn rất nhiều những ngày nắng ráo với đất sét.
Bạn đọc xem thêm bài viết:
CÁM ƠN QUÝ ĐỘC GIẢ ĐÃ QUAN TÂM VÀ THEO DÕI BÀI VIẾT CỦA VIETCONS.EDU.VN!
Các bạn có thể liên hệ trực tiếp Fanpage (https://www.facebook.com/VietConsEducation) của trung tâm để đặt câu hỏi. Chúng tôi sẽ giải đáp thêm cho bạn.
Quét mã QR
