Đồ án môn học Cơ Học ĐấtNền Móng

MỞ ĐẦU Đất nước ta đang có những bước chuyển biến lớn về mặt kinh tế – xã hội . Cùng với nó là việc cần thiết phải phát triển các công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng phục vụ cho phát triển kinh tế và dân sinh . Ngày nay trong xây dựng việc tính toán thiết kế kiến trúc bên dưới các công trình cũng không kém phần quan trọng so với tính toán thiết kế kiến trúc bên trên các công trình . 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 . Trong khi ngày nay các kỹ sư thiết kế về nền móng không hiểu rỏ về đất nền cung như các kỹ sư địa chất công trình không hiểu rỏ về thiêt kế móng . Trên cơ sở đó các thầy trong bộ môn địa chất công trình đã giao cho chúng em đồ án môn học “ Cơ Học ĐấtNền Móng“ nhằm giúp cho chúng em hiểu rõ hơn về việc thiét kế móng công trình , cũng như điều kiện làm việc của đất nền , đề ra phương án tính toán , thiết kế và xử lý Nền – Móng đảm bảo yêu cầu về mặt kỹ thuật cũng như đảm bảo về tính kinh tế . Trong chương trình đào tạo của trường Đại học MỏĐịa chất đối với sinh viên ngành Địa chất công trình –Địa kỹ thuật, ngoài việc học trên lớp giáo trình Nền và Móng còn có đồ án môn học, nó giúp cho mỗi sinh viên : • Củng cố các kiến thức đã học và vận dụng nó vào các công việc cụ thể. • Biết các bước thực hiện việc thiết kế và kiểm tra móng. • Làm cơ sở giúp cho sinh viên hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp sau này Với mục đích như vậy thầy giáo đã giao cho mỗi sinh viên một đề tài với những yêu cầu và nhiệm vụ khác nhau. Sau một thời gian làm việc nghiêm túc với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Phóng, tôi đã hoàn thành đồ án môn học với nội dung sau : •Mở đầu •Đề bài •Chương I : Thiết kế móng •Chương II: Xác định tải trọng giới hạn •Chương III: Tính độ lún cuối cùng •Kết luận. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế và thiếu kinh nghiệm thực tế nên trong đồ án còn nhiều sai sót. Rất mong được sự nhận sét, đánh giá và góp ý của thầy Đề bài: Đề số I Cho một cột nhà công nghiệp có kích thước 60x60cm, đặt trên một nền đất gồm 2 lớp •Lớp 1: sét pha dày 6m •Lớp 2: cát pha dày vô tận Tải trọng tác dụng lên móng bao gồm: Trọng lượng cột tac dụng đúng tâm trọng lượng xà ngang tác dụng lệch tâm một khoảng e =0.5m so với trọng tâm cột.

MỞ ĐẦU

Đất nước ta đang có những bước chuyển biến lớn về mặt kinh tế – xã hội Cùng với nó là việc cần thiết phải phát triển các công trình xây dựng công nghiệp

và dân dụng phục vụ cho phát triển kinh tế và dân sinh Ngày nay trong xây dựng việc tính toán thiết kế kiến trúc bên dưới các công trình cũng không kém phần quan trọng so với tính toán thiết kế kiến trúc bên trên các công trình 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 Trong khi ngày nay các kỹ sư thiết kế về nền móng không hiểu rỏ về đất nền cung như các kỹ sư địa chất công trình không hiểu rỏ về thiêt kế móng Trên cơ sở đó các thầy trong bộ môn địa chất công trình đã giao cho chúng em đồ

án môn học “ Cơ Học Đất-Nền Móng“ nhằm giúp cho chúng em hiểu rõ hơn về việc thiét kế móng công trình , cũng như điều kiện làm việc của đất nền , đề ra phương án tính toán , thiết kế và xử lý Nền – Móng đảm bảo yêu cầu về mặt kỹ thuật cũng như đảm bảo về tính kinh tế

Trong chương trình đào tạo của trường Đại học Mỏ-Địa chất đối với sinh viên ngành Địa chất công trình –Địa kỹ thuật, ngoài việc học trên lớp giáo trình Nền và Móng còn có đồ án môn học, nó giúp cho mỗi sinh viên :

• Củng cố các kiến thức đã học và vận dụng nó vào các công việc cụ thể

• Biết các bước thực hiện việc thiết kế và kiểm tra móng

• Làm cơ sở giúp cho sinh viên hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp sau này Với mục đích như vậy thầy giáo đã giao cho mỗi sinh viên một đề tài với những yêu cầu và nhiệm vụ khác nhau

Sau một thời gian làm việc nghiêm túc với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Phóng, tôi đã hoàn thành đồ án môn học với nội dung sau :

•Mở đầu

•Đề bài

•Chương I : Thiết kế móng

•Chương II: Xác định tải trọng giới hạn

•Chương III: Tính độ lún cuối cùng

•Kết luận

Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế và thiếu kinh nghiệm thực tế nên trong

đồ án còn nhiều sai sót Rất mong được sự nhận sét, đánh giá và góp ý của thầy

Đề bài: Đề số I

Cho một cột nhà công nghiệp có kích thước 60x60cm, đặt trên một nền đất gồm 2 lớp

•Lớp 1: sét pha dày 6m

•Lớp 2: cát pha dày vô tận

Tải trọng tác dụng lên móng bao gồm:

-Trọng lượng cột tac dụng đúng tâm

-trọng lượng xà ngang tác dụng lệch tâm một khoảng e =0.5m so với trọng tâm cột

P P

0,6x0,6m

Sét pha

Cát pha

1

2

4m

0,5m

tc 1 tc 2

Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 1 và lớp 2 được cho theo bảng sau:

Khối

lượng

thể

tích

tn

Khối lượng riêng

Độ ẩm

Hệ số rỗng ứng với các cấp

áp lực P = 1;2;3;4 kG/cm2

Góc

ma sát tron g

Lực dính kết

Hệ số thấm

w

(T/

)

s

(T/

)

W (%

)

(độ)

C (kG/

cm² )

K (cm/s)

Sét

ph 1.80 2,7 22 0,808 0.75 0,72 0.70 22 0,25 1,8 10 -7

a 3 7 5

Cát

ph

a

1,86 2,7

18 0,68 0,63

5

0,60 4

0,58

Tải trọng tác dụng lên móng gồm: trọng lượng cột P1 = 48(T), tác dụng đúng tâm và trọng lượng xà ngang P2 = 7(T), tác dụng lệch tâm 1 khoảng e = 0,5m

so với trọng tâm cột

Nhiệm vụ thiết kế :

1 Thiết kế móng dưới tường nhà công nghiệp

2 Xác định tải trọng giới hạn của nền đất dưới tâm và hai mép móng theo lý thuyết cân bằng giới hạn

3 Tính độ lún theo thời gian của móng

NỘI DUNG CHÍNH

Chương I.Thiết Kế Móng

1.1, Xác định kích thước móng:

Gọi h là chiều sâu đặt móng, b là chiều rộng của móng cần thiết kế

Trước hết ta lựa chọn sơ bộ kích thước của móng Chiều sâu của móng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: ảnh hưởng của tải trọng và kiến trúc công trình; ảnh hưởng của cấu trúc địa chất và địa chất thủy văn; ảnh hưởng của điều kiện và phương pháp thi công móng; ảnh hưởng của khí hậu và địa lý tự nhiên…Sau khi xem xét các điều kiện của giả thiết với yêu cầu thiết kế, chọn h=1,5m, chiều cao móng hm=0,4m

Để phù hợp với điều kiện truyền tải trọng, ta thiết kế móng theo tỷ lệ: = =1

Vì vậy a = b =

Khi đó b được tính theo phương trình bậc 3 : b3 + K1b2 – K2 = 0 (1)

Trong đó : K1 = M1.h + – M3 ()

K2 = M3 ()

Chọn m = 1, γtb = 2,2 T/m3

Với ta tra bảng được các giá trị: M 1 = 5,64 ; M 2 = 9,9 ; M 3 = 1,64.

Thay các giá trị này vào công thức (),( ta được : K 1 = 19.24 ,K 2 = 50,09

Thay vào phương trình ( 1), ta có : b3 + 19,24b2 – 50,09 = 0

Giải phương trình trên và kết hợp với điều kiện móng chịu lực lệch tâm ta tìm được giá trị thõa mãn b= 1,56 Do móng chịu tải trọng tác dụng lệch tâm nên chọn b = 1,8m Với b = 1,8m ta có tgαtk = (bm-bc )/2.hm= 1,5 Điều kiện về góc cứng thiết kế (1≤ tgαtk ≤2) được thõa mãn

b= 1,8

1.2 Kiểm Tra Móng.

Xác định sức chịu tải của nền đất ( R tc ) :

Rtc = m( A.b + B.h ) + D.c

Chọn m = 1 Các hệ số A, B, D phụ thuộc vào góc ma sát trong φ của đất

Từ đó , ta có được bảng sau :

(Bảng 1)

(Độ) A B D Rtc(T/m2)

22 0,61 3,44 6,04 25,15

• Kiểm Tra điều kiện chịu lực của đất dưới móng:

max

1,2.R

P P h.b.a P e

+ + γ

= +

= 26,99 (T/m2) ≤ 30,08 (T/m2) = 1,2.Rtc

(Chọn γtb = 2,2 T/m3)

•

tc min

0

P P h.b.a P e

+ + γ

=

= 13,55 (T/m2)≥

0

tc max min tc

2

= = 20,27 ≤

25,15 = R tc Các điệu kiện thỏa trên đều thỏa mãn nên chọn a = b = 1,8m

M

1500

1800 600

600

1800

1100

13,55

26,99

tk

200

Hình 1: Sơ đồ tính toán kiểm tra kích thước móng

1.3.Tính khối lượng bê tông và cốt thép

Chiều cao làm việc của bêtông h0 phải đủ lớn để chịu lực cắt và đảm bảo an toàn

: h 0 ≥

P 2.(a +∑b).m.R

= = 0,26 m.

Trong đó: ac , bc – kích thước tiết diện của cột

m- hệ số điều kiện làm việc của móng, lấy bằng 1,0

Rcp- cường độ kháng cắt cho phép của bêtông, chọn bêtông mac

150 Rcp= 105T/m2

Chọn h0 = 0,36m, chiều dày lớp bảo vệ cốt thép là 4cm

MôMen uốn do phản lực nền gây ra được tính theo công thức sau :

Ma =

1 (a a ) (2b b )

Mb =

1 (b b ) (2a a )

Trong đó:

σmax, σmin

P G M

+

ΣP = n.ΣPtc , M =n.Mtc (n là hệ số vượt tải = 1,2)

σi -ứng suất tiêu chuẩn cho phép tại mép cột phía có σmax

m

a

α

= σ + σ − σ −

σ

Thay: a =b =1,8m; ac =bc =0,6m; hm=0,4m và tgα =1,5 vào các công thức trên tìm được:

na nb : Số lượng cốt thép bố trí theo chiều a, b của đáy móng

Fa Fb : Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép bố trí theo chiều a, b của đáy móng

fa fb : Tiết diện ngàng của 1 thanh cốt thép bố trí theo chiều a ,b của đáy móng (Sử dụng cốt thép có Ф10, diện tích tiết diện của 1 thanh thép theo bảng 7 )

Ra : Cường độ chịu kéo của cốt thép ( Ra =18000T/m2 ứng với thép CT-O )

+) Số lượng thanh thép theo các cạnh a, b:

4 aa

a

F 9,85.10

4

−

Φ π

=> Lấy 13 thanh.

4 ab

b

F 8,92.10

4

−

Φ π

=> Lấy 12 thanh.

Ma = 6,38 Tm

Mb = 5,78 Tm

Từ các giá trị momen, tính số lượng cốt thép theo chiều từng cạnh

Sử dụng loại thép CT-O, Ra =18000kG/cm2, φ =10mm ta có:

- Cạnh a:

a aa

a a o

m.m R h 1.1.18000.0,36

−

- Cạnh b :

b ab

m.m R h 1.1.18000.0,36

−

+) Khoảng cách giữa các thanh thép theo các cạnh móng :

a

a

b 2.e 1,8 2.0,04

b

b

b 2.e 1,8 2.0,04

Ptc M

1500

1800 600

600

1800

1100

13,55

24,13

26,99

360 40

40

140 150

tk

200 200

Hình 2: Sơ đồ cấu tạo móng với sự bố trí cốt thép.

Chương II Xác định tải trọng giới hạn.

Xác định tải trọng giới hạn của nền đất dưới tâm và 2 mép móng theo lý thuyết cân bằng giới hạn

max Pgh p

Pgh min

b

z

y

q

Để xác định sức chịu tải của nền chúng ta áp dụng công thức của Xôcôlôvxki:

Pgh = PT(c + q.tgϕ ) + q ;(q = γw.h)

Trong đó : P T – là hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào YT và , tra bảng với:

w

T

q.tg c

ϕ +

Kết quả tính toán cho 3 điểm : A (y=0), O (y=b/2) vµ B (y=b) theo bảng:

(Bảng 2)

Điểm y γw h (m) q (T/m2) (c+q.tgϕ

) YT PT Pgh(T/m

2)

1,5 2,7 1,3408

0,000 17,16 25,145 Min

Chương III.Tính độ lún theo thời gian của móng.

Xem tải trọng hình thang là tải trọng phân bố đều với cường độ :

tc tc

tc max min tc

2

=20,27 T/m2

Ứng suất tại các điểm dưới tâm móng được tính theo các công thức sau :

σz = Ko.Pgl

σbt = h.γw

Pgl =σtc

tb-h γw =20,27 - 1,5.1,80 = 17,45 T/m2

Kết quả theo bảng dưới đây:

(Bảng 3)

Độ sâu z(m) σbt (z-1,5)/b a/b K0 σz

1,50 2,70 0 1,0 1,000 17.450 2,00 3,60 0,28 1,0 0,896 17,205 3,00 5,40 0,83 1,0 0,432 7,538 4,00 7,20 1,39 1,0 0,204 3,559 5,00 9,00 1,94 1,0 0,109 1,902 6,00 10,80 2,50 1,0 0,072 1,256 7,00 12,60 3,06 1,0 0,049 0,855 8,00 14,40 3,61 1,0 0,036 0,628

Tính độ lún cuối cùng lớn nhất của móng theo phương pháp phân tầng lấy tổng +) Hệ số rỗng ban đầu:

-Lớp sét pha :

s n 0

w

1

.(1 0.01W)

γ

==0,780

-Lớp cát phá:

s n 0

w

1

.(1 0.01W)

γ

= 0,710 +) Đường cong nén lún với loại đất sét pha:

+) Đường cong nén lún của đất cát phá :

+) Xác định ranh giới vùng hoạt động nén ép:

Théo số liệu tính toán được ở bảng 3 , đồ thị ứng suất phụ thêm (σz), và ứng suất bản thân (σbt) theo phương thằng đứng qua tâm móng tại độ sâu z = 5m ta có :

σz = 1,836 ≤ 0,2.σbt = 0,2.9,40 = 1,88

Lấy ranh giới vùng hoạt động nén ép tới độ sâu 5m và chia vùng này thành 7 lớp phân tố, mỗi lớp phân tố dày 0,5m

+) Độ lún của mỗi lớp được tính theo công thức:

1i 2i 1i

.

Si=ε −ε 1 hi

+ε

Trong đó :ε1i , ε2i tương ứng là hệ số rỗng ứng với áp lực của lớp phân tố thứ i

P1i = σbt (i) vµ P2i= σbt(i)+ σgl

Kết quả tính toán theo bảng sau:

(Bảng 4) Lớp Phân lớp hi(m) P1i(T/m2 ) ε 1i P 2i (T/m 2 ) ε 2i S i (m)

Sét

pha

Cát

pha

Độ lún cuối cùng của móng :S =

7 i

i 1

S

=

∑

= 0,066m = 6,6 cm

Tính độ lún theo thời gian :

Vì hệ số thấm của nền đất tăng dần theo chiều sâu nên nước thoát ra theo 2 chiều

Do đó, độ lún theo thời gian tính theo trường hợp “0” với chiều dài đường thấm

h = H/2 = 1,75m

1,5m

p =1,966 kG/cm

H = 3,5

h = 2,5

h = 1

1

2

z = 2,25

z = 0,5 0

z

1

2

1

2 2

( ! )

n

r n r−

(Bảng 5)

Hệ số nén lún của lớp sét Hệ số nén lún của lớp cát

1 sÐt 2 sÐt

sÐt

=

−

1 c¸t 2 c¸t c¸t

=

−

( )

( )

sÐt

0 sÐt

0 sÐt

a

1

0 c¸t

a

1

+ ε

 Hệ số nén lún rút đổi trung bình :

( )

a h z 0,031.2,5.2,25 0,028.1.0,5

 Hệ số thấm trung bình :

Km= = = 2,5.10-7 (cm/s)

 Hệ số cố kết tương đương :

Cvm=km/(aom.γnc)= 3.107= 241935=2,4.105 (cm2/năm)

 Nhân cố kết :

No = Cvm.t = 2,4.105.t = 19,31t

Kết quả tính lún theo thời gian được cho trong bảng sau:

(Bảng 6) STT θt

N0 t = 0,05N0 (n¨m)

St = t

θ

.S∞(cm)

Từ kết quả tính lún theo thời gian , vẽ được biểu đồ quan hệ St =f(t) như sau:

Kết Luận

Qua quá trình tiến hành đồ án môn học Cơ học đất Nền móng tôi rút ra được nhiều điều bổ ích cho kiến thức môn học và bài học riêng cho mình Với bài toán thiết kế móng dưới cột nhà công nghiệp tôi chỉ mới đưa ra phương an thiết kế móng Do đó tôi nhận thấy bài toán Cơ học đất , Nền và móng có nhiều điều rất phức tạp cần nhiều kiến thức tổng hợp để giải quyết bài toán sao cho có kết quả tốt nhất hiệu quả nhất Đơn cử một trường hợp đơn giản: trong việc thiết kế móng đơn việc chọn chiều sâu chôn móng , từ đó tính ra chiều rộng và chiều dài móng là một công việc đòi hỏi có kiến thức tổng hợp như tải trọng công trình , nền đất thiên nhiên , yếu tố DCCT – DCTV , giá thành công trình , ý nghĩa công trình , điều kiện thi công , ảnh hưởng của các công trình xung quanh , quy phạm quy định,…

Do đó mà cũng tồn tại một công việc phụ thuộc vào kinh nghiệm chuyên môn , giá trị sử dụng của công trình, giá thành của công trình ,… Tuy nhiên đồ án mới chỉ dừng lại ở mức làm bài tập và làm quen với công việc do đó mà không tranh khỏi những thiếu sót , tôi mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn trong lớp Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Văn Phóng đã hướng dẫn tôi hoàn thành đồ án này !

Tài liệu tham khảo

1.Đồ án cơ học đất - nền móng

PGS.TS Tạ Đức Thịnh

ThS Nguyễn Văn Phóng

2.Nền và móng công trình

PGS.TS Tạ Đức Thịnh

ThS Nguyễn Văn Phóng

PGS.TS Nguyễn Huy Phương

GVC Nguyễn Hồng

3.Bài tập cơ học đất

PGS.TS Tạ Đức Thịnh

ThS Nguyễn Văn Phóng

PGS.TS Nguyễn Huy Phương