Đồ án môn học Cơ học đất – Nền và móng

ĐỀ VII.2 Trên một sườn đá hình gãy khúc, người ta đắp một khối đất sét pha và dự tính xây một nhà công nghiệp cách vai dốc 3m với chiều rộng của nhà 7m chạy dài theo mái dốc, chiều dày của tường là 0,4m. Các số liệu theo số thứ tự VII.4: Đề số VII.2 Góc dốc α1 (độ) 11 α2 (độ) 35 α3 (độ) 29 α4 (độ) 30 Tải trọng q (Tm) 26 Đề số K.lg thể tích TN w Độ ẩm W K.lg riêng s Góc ma sát trong  Lực dính kết C Hệ số rỗng ứng với các cấp áp lực P = 1; 2; 3; 4 kGcm2 (Tm3) (%) (Tm3) (độ) (kGcm2) 1 2 3 4 VII.2 1,88 22 2,68 20 0,18 0,70 0,65 0,62 0,60 Yêu cầu thiết kế: 1. xác định áp lực trượt của khối đất trên sườn đá. 2. thiết kế móng dưới tường nhà công nghiệp. 3. tính độ lún cuối lớn nhất của móng (bỏ qua ảnh hưởng của lớp đá cứng.)

MỞ ĐẦU

Sự ra đời và phát triển của môn cơ học đất – nền móng gắn liền với lịch sử đấu tranh phát triển sản xuất của loài người.Từ thời cổ đại, loài người đã biết

sử dụng đất vào mục đích xây dựng các công trình cho mình, nhằm phục vụ các nhu cầu về đi lại, về ở, vui chơi giải trí Nhưng để tạo nên được một công trình thì bước đầu tiên đóng vai trò quyết định là ta phải xây dựng được phần móng của nó Bởi lẽ móng và bản thân nền có ổn định thì công trình bên trên mới tồn tại và sử dụng một cách bình thường Người thiết kế chỉ có thể chọn được phương án nền móng đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế khi

có sự hiểu biết sâu sắc về cơ học đất, nền và móng cũng như kỹ thuật thi công nền móng Chính vì vậy mà hai lĩnh vực cơ học đất – nền móng luôn có mối quan hệ chặt chẽ bổ trợ cho nhau

Cùng với sự phát triển của xã hội, các công trình xây dựng ngày càng có quy

mô lớn hơn cả về chiều rộng, chiều cao và chiều sâu.Đồng thời cũng đòi hỏi việc xây dựng cần có những kỹ thuật tiên tiến đảm bảo sự ổn định cho các công trình.Do đó việc nghiên cứu, thiết kế móng cho các công trình này cũng đòi hỏi phải có những kiến thức sâu rộng về cơ học đất- nền móng và đưa ra những phương án thiết kế phù hợp với quy mô, tải trọng công trình đó

Là một kỹ sư địa chất công trình trong tương lai, tôi cũng như toàn thể các sinh viên nghành ĐCCT- ĐKTđã và đang có điều kiện được các thầy cô giáo thuộc bộ môn Địa chất công trình truyền đạt và giảng dạy những kiến thức về môn cơ học đất – nền móng

ĐỀ VII.2

Trên một sườn đá hình gãy khúc, người ta đắp một khối đất sét pha và dự tính xây một nhà công nghiệp cách vai dốc 3m với chiều rộng của nhà 7m chạy dài theo mái dốc, chiều dày của tường là 0,4m

Các số liệu theo số thứ tự VII.4:

Góc dốc

α1 (độ) 11

α2 (độ) 35

α3 (độ) 29

α4 (độ) 30 Tải trọng q (T/m) 26

Đề số

K.lg thể tích TN

Độ ẩm W

K.lg riêng

γs

Góc ma sát trong ϕ

Lực dính kết C

Hệ số rỗng ứng với các cấp áp lực P = 1; 2; 3;

4 kG/cm2

(T/m3

) (%) (T/m3) (độ) (kG/cm2) ε1 ε2 ε3 ε4

VII.2 1,88 22 2,68 20 0,18 0,70 0,65 0,62 0,60

α α α α

1

4

q (T/m)

Yêu cầu thiết kế:

1. xác định áp lực trượt của khối đất trên sườn đá

2. thiết kế móng dưới tường nhà công nghiệp

3. tính độ lún cuối lớn nhất của móng (bỏ qua ảnh hưởng của lớp đá cứng.)

Chương I Xác định áp lực trượt của khối đất trên sườn đá

Để xác định áp lực trượt trên sườn đá ta dùng phương pháp “mặt trượt gãy khúc” của Shakhunhian Ta chia khối đất trượt ra làm các phân tố sao cho mặt trượt của mỗi phân tố đó là mặt phẳng

- Công thức tính hệ số ổn định:

Trong đó: N i: lực pháp tuyến thứ i;

T i: lực tiếp tuyến thứ I;

L: chiều dài mặt trượt;

C: lực kết dính;

- Tiếp theo ta tính trọng lượng các lăng thể phân tố G i

- Tính tải trọng phụ thêm tác dụng lên các lăng thể phân tố P i

- Tính tổng tải trọng tác dụng lên các lăng thể phân tố:

Q i = G i + P i

- Tính lực pháp tuyến N i và lực tiếp tuyến T i

N i = Q i cos α i

T i = Q i sin α i

- Tính chiều dài toàn bộ mặt trượt L:

Đổi C = 0,18 kG/cm2 = 1,8 T/m2;

Bảng tính thong số các lăng thể:

Phân tố Xi (m) góc αi (độ) Li (m)

L = L1+L2+L3+L4 = 25,75 (m);

Có bảng số liệu sau:

thể số tích

lăng

thể Fi

(m2)

(T/m) (Fi.γs)

(T/m) Gi + Pi

(T/m)

0,3 6

35,05

46,32

18,72

1,19

- Tính áp lực cho từng lăng thể phân tố:

E i + N i Tgϕ + C.L i – T i – E i-1 = 0

Với áp lực ở nhân tố 1:

E 1 + N 1 Tgϕ + C.L 1 – T 1 = 0

E 1 = T 1 – ( N 1 Tgϕ + C.L 1 )

E 1 = 18,72 – ( 35,05 + 1,8.8,15 ) = -31 T/m 2

Áp lực nhân tố 2:

E 2 + N 2 Tgϕ + C.L 2 – T 2 – E 1 = 0

E 2 = (T 2 + E 1 ) – (N 2 Tgϕ + C.L 2 )

E 2 = (116,60 – 31) – (60,61 + 1,8.6,10) = 14,01 T/m 2

Áp lực nhân tố 3:

E 3 + N 3 Tgϕ + C.L 3 – T 3 – E 2 = 0E 3 = (T 3 + E 2 ) – (N 3 Tgϕ + C.L 3 )

E 3 = (106,70 + 14,01) – (70,06 + 1,8.6,88) = 38,27 T/m 2

Áp lực nhân tố 4:

E 4 + N 4 Tgϕ + C.L 4 – T 4 – E 3 = 0

E 4 = (T 4 + E 3 ) – (N 4 Tgϕ + C.L 4 )

E 3 = (6,16 + 38,27) – (3,89 + 1,8.4,62) = 32,23 T/m 2

Tổng áp lực trượt:

E = -31 + 14,01 + 38,27 + 32,23 = 53,51 T/m 2

Biểu đồ áp lực trượt:

α α α α

1

2 3

4

q (T/m)

E1= -31 T/m 2

E2 = 14,01 T/m 2

E3 = 38,27 T/m 2

E4 = 32,23 T/m 2

Chương II Thiết kế móng

1 Chọn độ sâu đặt móng:

Theo yêu cầu của đề bài ta thiết kế móng dưới tường nhà công nghiệp với vai dốc 3m, chiều rộng của nhà 7m chạy dài theo mái dốc, chiều dày của tường là 0,4m, bên dưới là một khối đất đắp sét pha nên ta chọn giải pháp thiết kế móng băng có độ cứng hữu hạn và độ sâu đặt móng h = 1,5m

2 Tính toán chiều rộng của móng:

Chiều rộng của móng được tính theo công thức:

Với:

Trong đó:

tra bảng ta được: A = 0,51

B = 3,06

D = 5,66 Vậy 16,33

37,12

Thay , vào phương trình (1) ta được:

Chọn b = 2,2 m

*Kiểm tra :

Do móng là móng cứng hữu hạn

Trong đó:

Theo lý thuyết thì đối với bê tông hay bê tông cốt thép thì:

Do móng có độ cứng hữu hạn nên:

Chọn suy ra

Như vậy chiều rông móng b = 2,2m là phù hợp.

3 Xác định sức chịu tải của đất nền

Trong tính toán, thiết kế nề móng công trình ta tính theo hai trạng thái giới hạn

Trạng thái giới hạn 1: theo sức chịu tải, cường độ ổn định

Trạng thái giới hạn 2: theo biến dạng lún

Sức chịu tải của nền móng được tính theo công thức:

Góc ma sát trong:

Tra bảng ta được: A = 0,51; B = 3,06 ; D = 5,66 thay vào công thức trên

ta có:

4 Tính toán, kiểm tra kích thước móng và bố trí cốt thép

Xác định kích thước móng theo công thức:

Trong đó: F – diện tích đáy móng

– tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên đáy móng – áp lực tiêu chuẩn

)

F = 1,95

Theo tính toán: F = l.b = 2,2 Vậy F thỏa mãn điều kiện

- Xét cho 1 m dài móng

Ứng suất tiếp xúc đáy móng:

Như vậy, nề đất hoàn toàn có khả năng chịu lực

- Tính toán và bố trí cốt thép vào móng:

Do có phản lực nền khi làm việc móng uốn quanh mép tường, do đó người ta phải tính toán chiều dày bê tông và lượng cốt thép để chống lại lực cắt Q và mômen uốn M đối với móng

Tính toán chiều dày bê tông

Trong đó:

m – hệ số làm việc của móng, lấy m = 0,9 chọn mác bê tông 200 thì

L – chiều dài tường lấy bằng 1m Vậy

Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép là 4 cm suy ra chiều dày bê tông theo tính toán là:

- Tính toán lượng cốt thép

Số lượng cốt thép bố trí vào móng sao cho đủ sức chống lại mômen uốn của phản lực nền gây lên tại mép móng:

Trong đó: m – hệ số làm việc của bê tông, m = 0,9

– hệ số làm việc của cốt thép, = 0,9 – cường độ chịu kéo của cốt thép, chọn thép CT-O suy ra = 1800 kG/ = 18000 T/

M – mômen gây uốn

Ta chọn cốt thép mm

Số thanh thép cho một đơn vị chiều dài:

- tiết diện ngang cốt thép:

Lấy n = 8 thanh

Bố trí khoảng cách giữa các thanh cốt thép:

5 Cấu tạo móng:

b =2,2m C=14cm

h m =0,6m h=1,5m

e

Chương III Tính lún cuối cùng

1 Tính áp lực gây lún ở đáy móng

Nền đất dưới đáy móng là nền đồng nhất vận dụng phương pháp phân tầng lấy tổng để tính độ lún cuối cùng

- Áp lực dưới đáy móng tính cho 1m dài

P = γtb.h +

Trong đó: F: là diện tích đáy móng tính cho 1m dài

h: chiều sâu đặt móng

→ P = 2.1,5 + 26/2,2 = 14,82 T/m2

- Áp lực gây lún:

Pgl = P – γw.h

→ Pgl = 14,82 – 1,88.1,5 = 12 T/m2

- Để vẽ được biểu đồ ứng suất gây lún và biểu đồ ứng suất do trọng lượng bản thân của đất gây ra ta chia nền ra thành nhiều lớp nhỏ có chiều dày

Chia nền đất thành các phân tố có chiều dày zi = 0,5m

Xác định ứng suất phụ thêm và ứng suất bản thân của nền đất:

σbt = γw.(h + zi)

σz = Pgl.k0

Kết quả tính ứng suất được trình bày trong bảng sau:

độ sâu

z (m)

Giá trị ứng suất gây lún ở ngay đáy móng (z=0): σz=0 = pgl = 12 T/m2 Vì vậy không được đưa vào bảng trên

Tại độ sâu 6m tính từ đáy móng thì = 2,74 T/m2;= 14,1T/m2 thỏa mãn điều kiện < 0.2= 2,82 T/m2 nên chiều sâu vùng hoạt động nén ép chọn H=6m

Biểu đồ phân bố ứng suất bản thân và ứng suất gây lún qua tâm móng

2,37

2,99 3,27 3,59 4,01 4,51 5,18 5,99 7,10 8,52 10,19 11,55

2,74

12 3,76 4,7 5,64 6,58 7,52 8,46 9,4 10,34 11,28 12,22 13,16 14,1

0,5m 1m 1,5m 2m 2,5m 3m 3,5m 4m 4,5m 5m 5,5m 6m z

- Nén lún ban đầu của nền đất:

e0 = - 1 = – 1 = 0,739

ứng với 5 trị số áp lực P0, P1, P2, P3, P4 ta có 5 trị số hệ lỗ rỗng e0, e1, e2,

e3, e4 dựa vào đó ta vẽ được biểu đồ đường cong nén lún của nền đất như sau:

Dựa vào biểu đồ đường cong nén lún ta xác định được hệ số nén lún a:

a = = 0,05 cm2/kG = 0,005 m2/T

→ Hệ số nén lún tương đối:

a0 = = 0,005/(1+0,739) = 2,87.10-3 (m2/T)

Vì nền đất là sét pha đồng nhất nên hệ số nén lún ở các lớp đất bằng nhau và ai = 2,87.10-3 (m2/T)

2 Tính độ lún của móng.

Chiều sâu phân bố lớp đá cứng (lấy tại tâm của công trình) bằng 4.5m => chiều sâu tính toán lún h = 4.5-1.5=3 m (1.5 là chiều sâu đặt móng) Chia nền đất dưới đáy móng thành 6 lớp mỏng có chiều dày

5,99 7,10 8,52 10,19 11,55

12 3,76

4,7 5,64 6,58 7,52 8,46

0,5m 1m 1,5m 2m 2,5m 3m z

5,18

5,17 9,36 6,11 7,81 7,05 6,55 7,99 5,56

Trị số các ứng suất trung bình của mỗi lớp dựa vào biểu đồ phân bố ứng suất

ở trên Xác định hệ số rỗng ei ứng với các ứng suất đó dựa trên đường cong nén lún của đất, sau đó tính lún cho từng lớp phân tố theo công thức:

S i = h i

Trong đó:

• e1i ; e2i – hệ số rỗng của đất tương ứng với các cấp áp lực p1i và p2i

được xác định trên biểu đồ nén lún

• p1i đượctính bằng ứng suất bản thân ở giữa lớp thứ i (σzi )

• σi - ứng suất phụ thêm ở giữa lớp thứ i, tính bằng trung bình cộng giữa ứng suất phụ thêm ở đỉnh và đáy lớp phân tố thứ i

Kết quả tính toán được trình bày trong bảng dưới đây:

Lớp

phân tố

Chiều dày

hi (m) p1i = σbti

(T/m2)

e1i σzi

(T/m2)

p2i = p1i +

σzi (T/m2)

e2i si (m)

Bảng 9 Kết quả tính toán lún

Vậy độ lún cuối cùng của công trình là s= = 0.0872 (m) = 8.72 cm

Kết luận

Đồ án môn học Cơ học đất – Nền và móng là một đồ án quan trọng, nó giúp cho sinh viên củng cố thêm kiến thức một cách vững chắc và hiểu thêm về các công việc của một người kỹ sư Địa chất công trình

Sau một thời gian làm việc tích cực và nghiêm túc của bản thân, với

sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo trong bộ môn Địa chất công trình

và sự góp ý của các bạn trong tập thể lớp ĐCCT A.K58, đến nay tôi đã hoàn thành bản đồ án theo đúng thời gian quy định

Đây là một trong những bản đồ án đầu tiên mà tôi hoàn thành, do trình độ cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên bản đồ án chỉ dừng lại ở mức

là làm bài tập và làm quen với công việc thiết kế Do đó không thể tránh khỏi những sai sót Tôi rất mong tiếp tục được sự chỉ bảo, hướng dẫn của các thầy

cô giáo trong bộ môn và các bạn để tôi ngày một hoàn thiện hơn