L ch s hình thành
Đất có cốt là một loại vật liệu xây dựng đặc biệt, nổi bật với khả năng chịu lực kéo kém so với các vật liệu khác Để khắc phục nhược điểm này, ngoài việc gia cố đất bằng các chất liên kết như vô cơ, hữu cơ và hóa chất, Henri Vidal, một kỹ sư người Pháp, đã đề xuất sử dụng đất có cốt trong xây dựng từ năm 1963 Ông đã báo cáo phát minh này vào ngày 7-3-1966 và giành được bằng sáng chế Hiện nay, khái niệm về đất có cốt và ứng dụng của nó đã trở nên quen thuộc với các kỹ sư xây dựng trên toàn thế giới Đất có cốt là vật liệu tổng hợp, sử dụng đất tự nhiên kết hợp với các lớp cốt bằng vật liệu chịu lực kéo, nhờ vào sức neo bám giữa đất và vật liệu cốt, giúp cải thiện khả năng chịu kéo tương tự như bê tông cốt thép, mặc dù bản thân bê tông có khả năng chịu kéo kém.
Những tiến bộ trong khoa học công nghệ vật liệu đã thay đổi cách chúng ta nhìn nhận về vật liệu xây dựng truyền thống, với sự xuất hiện của những loại vật liệu mới mẻ, đa dạng về hình dáng và màu sắc, tạo cảm giác êm dịu cho môi trường Loại vật liệu này có chiều cao tương đối lớn (có thể lên tới 30m) nhưng vẫn đảm bảo tính thẩm mỹ và không gây cảm giác nặng nề Công dụng của loại vật liệu này không chỉ phát huy hiệu quả trong việc thay thế các vật liệu truyền thống mà còn mở ra những cơ hội mới trong lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật và mỹ thuật.
T ngày s i t ng h p ra đ i, các công trình đ t có c t đ c xây d ng nhi u h n vì các lý do sau:
- Nh nh t trong các lo i công trình vì công trình làm b ng đ t t i ch
- M m nh t vì là công trình đ t
- Có th dùng v i đa k thu t, l i đa k thu t, s i t ng h p đ làm c t thay th c t thép không g đ t ti n.
Các lo i c t trong đ t và ng d ng
Khái quát v đ t có c t
t có c t là lo i đ t xây d ng có b trí gia c ng thêm b ng v i đa k thu t (Geotextiles), màng đ a k thu t (Geomembranes), l i đ a k thu t
Geogrids là một loại vật liệu xây dựng quan trọng, giúp gia cố nền đất cho các công trình Chúng không phải là vật liệu hoàn toàn mới mà được phát triển từ toocsi (torchi, Pháp), một loại vật liệu kết hợp giữa đất dính và rơm Toocsi có tính dính bám của đất và độ bền dai của các cấu trúc, thường được sử dụng để làm gạch và vách ngăn trong nhà Việc sử dụng geogrids trong xây dựng giúp tối ưu hóa sức chịu nén và sức chịu kéo của đất, mang lại hiệu quả cao về kinh tế.
V i đ a k thu t- Geotextibers
Có nhi u cách phân lo i, đây là cách phân lo i theo công ngh ch t o:
Công nghệ chế tạo lò vi sóng hiện đại sử dụng hệ thống sợi dây dẫn vuông góc với nhau, bao gồm sợi dọc (warp) và sợi ngang (weft) Kích thước của các sợi này có thể là sợi kép hoặc sợi đơn với đường kính từ 100 đến 300μm.
Vít t g m s i d c c ng trên khung d t và s i ngang đ c đ a vào gi a các s i d c theo cách dàn Nói chung, th ng dùng s i d c c a v i (warp) b n h n s i ngang c a v i (wefl) Do đó, tính ch t c a v i là d h ng Tính d h ng rõ r t h n n u đ th a sít c a các s i d c và đ sít c a các s i ngang khác nhau Nếu có lo i v i đ ng h ng theo ph ng d c và ph ng ngang thì v i đó có tính d h ng theo các ph ng chéo góc.
1.2.2.2 Lo i th m (v i) không d t - non woven geoxtiles
Vật liệu kĩ thuật không dệt, hay còn gọi là gấm các sợi vải dàn, được sản xuất theo phương pháp làm cốt áo bông kép Sợi vải dàn có độ dày từ 0.5 mm đến vài mm, và được sắp xếp không theo quy tắc mà theo xác suất tự nhiên hoặc có định hướng nhất định Lớp bông dàn không có sức chịu kéo, do đó rất xốp xỉn, thường được sử dụng cho các yêu cầu tấm lót, phân cách, và tiêu chuẩn Ngoài ra, nó còn được dùng để gia cố đất, hay chính là làm cốt cho đất, bao gồm các loại vật liệu kĩ thuật đất, đan và lót.
Lo i này ít khi g p các lo i v i may m c Công ngh ch t o lo i th m không d t g m 3 giai đo n: ch t o s i, dàn s i thành th m, c đnh s i sau khi dàn thành th m
Theo chi u dài s i, v i đa k thu t còn đ c chia làm hai lo i, v i s i ng n và v i s i (dài) liên t c.
L i đ a k thu t - Geogrids
Lio vuông làm bằng kim loại hoặc vật liệu chất dẻo có tính năng chịu kéo, được đặt nằm ngang trong khối vật liệu đắp Nhờ có lực kháng bên cạnh của đất đai và lực ma sát giữa vật liệu đắp với bề mặt của li, nên chúng không bị dịch chuyển ra phía ngoài của đất có cát Có thể sử dụng li thép hoặc li sợi thép Li cắt bằng thép được liên kết với tâm một tấm bê tông xi măng đúc sẵn Trong trường hợp, nếu nước tách có dùng li sợi thép thì có thể uốn cong đơn ngoài của mái li cắt làm một tấm và cho nó chấp vào lớp cát phía trên hoặc cũng có thể liên kết với tâm bê tông xi măng một tấm đúc sẵn Li vật liệu tổng hợp cũng có thể được tạo thành bằng phương pháp kéo dãn polyester hoặc polyethylene một độ cao Có thể cuộn lại li lên trên để làm vòm một tấm hoặc liên kết li với tâm một tấm bê tông xi măng hay liên kết với đá cẩm thạch tấm.
Màng đ a k thu t - Geomembranes
Màng đa k thu t là lo i t m m m cách khí và cách n c (H s th m vào kho ng 10-11 ÷ 10-13 cm/s)
Các s n ph m v i đa k thu t nêu trên (v i, th m, l i) th ng do yêu c u v n chuy n hay yêu c u thi công mà ch t o v i chi u r ng t 5 ÷ 5,5m và chi u dài t 50 ÷ 200m tu lo i và cu n thành cu n
Trong ngành địa chất, loại vật liệu đá không dẻo (thạch anh) thường được sử dụng cho các yêu cầu tường lửa, phân cách và tiêu nén Loại vật liệu này còn được dùng để gia cố đất, hay chính là làm cốt cho đất, bao gồm các loại vật liệu đá dẻo, đan và lẫn Tùy theo yêu cầu cụ thể mà sử dụng vật liệu đá, vật liệu đan hay lẫn.
ng d ng đ t có c t khi xây d ng công trình đ t
TDCNĐNHCBNGCT là các vật liệu bên ngoài đã được thực hiện từ lâu trên thế giới Chúng hình thành rắn thêm vào đất sét, nâng cao chất lượng gạch không nung và trát vách đất có cốt rầm Các vùng đầm lầy, cửa sông, đồng và đê được đắp trên móng là thân cây và cành cây như quai đê lấn biển trên vùng phù sa non Nga Sơn, Hậu Lộc (Thanh Hoá), Cần Thơ, Bình Minh (Ninh Bình) Rồi theo thời gian, công nghệ
Water-proof Complex Mat Three-dimensional
Geocell là một loại geomembrane phức hợp được phát triển để gia cường đất, không chỉ bằng rơm, xơ cây và các vật liệu tự nhiên khác, mà còn bằng thép Loại vật liệu này được biết đến với khả năng chịu kéo cao và tương tác hiệu quả với đất, hình thành một vật liệu tổng hợp bền vững.
K s Henry Vidal (Pháp) đã nghiên cứu cát và sỏi để tạo ra sự ma sát cần thiết giữa đất đắp và cọc Phương pháp này lần đầu tiên được áp dụng vào năm 1972 tại miền nam bang California Trong trường hợp đất đắp là đất tơi xốp, tác giả khuyên nên sử dụng cọc để gia cố nền đất.
Vào năm 1970, kỹ sư Bill Hifker đã sáng chế ra lưới hàn từ các dây thép hoặc thanh thép không gỉ để cải thiện khả năng chịu lực Sau đó, với việc chế tạo lưới chất dẻo bền như Tensar và Tenax, có khả năng chịu giãn cao và chống ăn mòn, việc sử dụng công nghệ này với đất đắp ma sát dính đã phát triển mạnh mẽ.
1.2.5.1 Trong xây d ng dân d ng
T ng ch n đ t có c t; gia c mái d c có c t ; gia c ng n n đ t có c t
N n đ ng có gia c c t; sân bay; đ ng s t; c u c ng…
Kênh m ng, công trình bi n, đ p ho c các công trình gi n c…
1.2.5.4 Kh n ng ng d ng công ngh ph n m m vào tính toán v t li u đ t c t
Kh n ng ng d ng ph n m m đ tính toán v t li u đ t có c t ph bi n nh GEOSLOPE, PLAXIS, MSEW.
Công trình đ t có c t l i (rào) đ a k thu t - Geogrids
C u t o
L i đa k thu t đ c s n xu t đ u tiên n m 1978 t i Anh, b i công ty Netlon (và hi n gi là t p đoàn Tensar International) Sau đó đ n Stabilenka c a Hà Lan
L i đa k thu t gi ng nh t bìa dày có l , có th cu n tròn l i Kích th c l có th thay đ i tu theo lo i l i đ a k thu t r ng v a đ đ cài ch t v i đ t, s i xung quanh
Lĩnh vực sản xuất bao bì hiện nay chủ yếu sử dụng các loại vật liệu như polypropylen (PP), polyester (PE) và polyetylen-terephtalat (PET) thông qua các phương pháp ép và dãn Những vật liệu này có sức chịu kéo rất cao, đạt tới 40.000 psi, vượt trội hơn so với mức thông thường là 36.000 psi Đặc biệt, bao bì làm từ polyetylen có trọng lượng cao HDPE (high density polyethylene) mang lại khả năng chống chịu tốt trước các tác động của môi trường và tia cực tím Nhờ đó, sản phẩm có thể bảo quản tốt mà không cần phải che chắn trong quá trình sử dụng.
Hình 1.1: L i đa k thu t đ c đ ngoài công tr ng
L i đa k thu t đ c chia thành 3 nhóm:
L i 1 tr c (uniaxial geogrid) có s c ch u kéo theo m t h ng d c máy, th ng đ gia c mái d c, t ng ch n v.v
L i 2 tr c (biaxial geogrid) có s c kéo c hai h ng, th ng dùng đ gia có n n đ ng, n n móng công trình v.v Trái v i v i, h ng ngang máy có s c ch u kéo l n h n d c máy
L i 3 tr c (triaxial geogrid) có s c ch u kéo theo c hai h ng, dùng đ gia c n n đ t y u
Lưới rào có dạng elip dài hoặc hình tròn góc, với đặc điểm là độ dày của gân từ 0,02 - 0,06 inch (0,5 – 1,5mm) và chiều dày tổng thể từ 0,1 - 0,2 inch (2,5 – 5mm) Chiều rộng của lưới rào dao động từ 1 - 6 inch (25 – 150mm), và diện tích của rào đa dạng, thường chiếm khoảng 50% tổng diện tích.
Rào đa k thu t th ng sử dụng polime polypropylene có ph gia ch ng UV, là công nghệ kéo giãn m t h ng hoặc hai h ng Quá trình kéo giãn m t h ng biến hình tròn thành hình elip với t l 8:1, trong khi kéo giãn hai h ng vuông góc chuyển đổi hình tròn thành hình vuông c nh cong hoặc hình ch nh t c nh cong góc tròn.
B ng 1.1 trình bày tính ch t m t s lo i rào đa k thu t th ng ph m nhãn hi u Tensar, lo i rào đ a k thu t hai tr c th ng dùng làm c t cho các công trình đ t có c t
B ng 1.1 Nh ng tính ch t c a rào đa k thu t hai tr c Tensar
1 in (g n đ úng) 1,3 in (g n đúng) 70% (t i thi u)
1 in (g n đ úng) 1,3 in (g n đúng) 74% (g n đ úng)
1 in (g n đ úng) 1,3 in (g n đúng) 77% (g n đ úng)
- Chi u dày 0,09 in (g n đ úng) 0,11 in (g n đ úng) 0,16 in (g n đ úng) Modunl kéo:
30.000 lb/ft (t i thi u) thi u) thi u) Nguyên li u:
99% (g n đ úng) 1% (g n đ úng) Chú thích: than đ en: Carbon black (ch t ph gia ch ng lão hóa do UV)
G n đ úng: nominal (g n đ úng thiên v nh )
Theo h ng kéo c a máy: machine direction
Theo h ng ngang c a máy: cross – machine direction
c đ i m
Các lo i l i đ a k thu t đ u có nh ng đ c đi m sau:
- S c ch u kéo l n không thua kém gì các thanh kim lo i
- Tính cài ch t v i v t li u chung quanh, t o nên m t l p móng v ng ch c, nh t là ch ng l i s tr t c a đ t đ p dùng làm đê đ p, t ng ch n đ t
- Tính đa n ng: h u nh thích h p v i m i lo i đ t, đá
- Gi n d : thi công d dàng, không c n máy móc, ch 2 ng i là có th tr i l i
- Lâu dài: ít b h y h ai b i th i ti t, tia t ngo i, b i môi tr ng chung quanh nh đ t có axít, ki m, và các ch t đ c h i khác.
C ch ho t đ ng c a đ t đ p có c t l i đ a k thu t
Vật lý đa k thuật tương tác với đất đắp thông qua lực ma sát và lực dính lên bề mặt trên và bề mặt dưới của vật Với vật lý đa k thuật, có khả năng và độ rắn diện tích lớn hơn, hàng loạt hợp tác xen kẽ và gài vào không gian của vật lý đa k thuật nên có sự tương tác giữa các gân, các giằng vuông góc với phương lực kéo, giúp vật gài vào lực của vật lý đa k thuật phức tạp hơn nhiều so với vật lý đơn giản.
C ch này giúp gi các h t đ t bên trong ô l i nh m ng n ng a chuy n v ngang c a đ t
Mô hình hoá c ch interlock c a l i đa k thu t nh sau:
- Các hòn bi có th s p x p đ c thành kim t tháp do các b c ng phía d i cùng Chính b c ng này ng n ng a chuy n v ngang c a các hòn bi đ m b o s b n v ng c a k t c u
Hình 1.4: Mô hình hoá c ch “ interlock”
Các ô l i c ng có tác động đến các bậc ng nói trên gi các h t đ t trong các ô l i Khi có tình trạng thông đọng tác động, diện tích của các ô l i các h t đ t được sắp xếp thành hình chóp và sự liên kết của các ô l i giúp xác định vị trí của chúng, không cho chuyển v ngang xuất hiện.
C ch này giúp dàn tr i t i tr ng th ng đ ng v i góc l n h n giúp t ng s c ch u t i c a n n đ t
Theo nh ng nghiên c u c a vi n a k thu t Tensar, n u không s d ng l i đa k thu t t i tr ng th ng đ ng đ c phân b thành t i tr ng n m ngang d i m t góc 38 0
Hình 1.5: Dàn tr i t i tr ng khi không dùng l i
Khi nền đất được gia cố bằng lòi đa kỹ thuật, trạng thái thẳng đứng sẽ chuyển thành trạng thái nghiêng ở một góc 45 độ Điều này dẫn đến áp lực tác động lên nền đất giảm đi, từ đó gia tăng độ ổn định cho nền.
Hình 1.6: Dàn tr i t i tr ng khi gia c ng b ng l i.
Hi u qu c a vi c s d ng l i đ a k thu t
Gi m b dày l p v t li u kho ng 33%, t m t công trình tiêu chu n, nhà th u có th d dàng gi i quy t các v n đ l p đ t t i hi n tr ng và ti t ki m kho ng 25% chi phí s lý n n móng
Cải tạo nâng cấp công trình đòi hỏi thi công toàn bộ móng, điều này rất quan trọng để đảm bảo tính ổn định và độ bền của công trình Nếu sử dụng một lớp gia cố chất lượng cao, vòng đời của công trình sẽ được kéo dài hơn, từ đó giúp giảm chi phí duy tu bảo dưỡng hàng năm.
Trên các lớp móng yếu, việc thi công đòi hỏi phải đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực của nền đất Một ví dụ điển hình là lớp đất công trình, nơi yêu cầu phải tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn cho hoạt động thi công Điều này đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các yếu tố kỹ thuật và thiết kế để bảo vệ an toàn cho công trình.
1.3.4.4 Ki m soát lún chênh l ch
Nhi u công trình thi công tại các khu vực có nền móng không ổn định và các lớp đất động đều bị lún có thể gây phá vỡ kết cấu Việc sử dụng lòi đa kỹ thuật số giúp kiểm soát hiện tượng lún lách, đảm bảo an toàn cho công trình.
ng d ng l i a k thu t trong xây d ng
ng d ng c a l i a k thu t 1 tr c
a Thi công các mái Taluy d c đ ng
- an toàn cao, b n v ng v i môi tr ng, vòng đ i thi t k 120 n m
- Th i gian thi công nhanh chóng
- Ti t ki m đ c chi phí so v i các k t c u tr ng l c và bê tông gia c truy n th ng
- Cho phép máy móc h ng n ng ho t đ ng g n khu v c mép mái d c đ đ m ch t đ u
- S d ng gi i pháp tr ng c trên m t mái d c t o c nh quan và thân thi n v i môi tr ng
Hình 1.7: Mái d c sau khi hoàn thi n b Thi công t ng ch n
- an toàn cao, b n v ng v i môi tr ng, vòng đ i thi t k 120 n m
- Có th thi t k và thi công t ng ch n đ t đ n đ cao 45 met
- Th i gian thi công nhanh chóng
- Ti t ki m đ c chi phí so v i các k t c u tr ng l c và bê tông gia c truy n th ng
- Nhi u l a ch n cho b m t t ng ch n, đ m b o tính th m m c a công trình
Hình 1.8: T ng ch n có b m t là g ch block
Hình nh thi công B m t t ng
Hình 1.9: T ng ch n có b m t là t m bê tông panel đúc s n cao 7.5m
D án giao l Avenue- New Delhi- n
ng d ng c a l i a k thu t 2 tr c và 3 tr c
Để đảm bảo an toàn cho các phương tiện thi công và xe siêu cường, việc sử dụng dải tôn gia tải để che chắn khu vực thi công là rất cần thiết Dải tôn này không chỉ giúp rút ngắn thời gian thi công mà còn bảo vệ các công nhân và thiết bị trong quá trình làm việc.
Hình 1.11: Xe c gi i vào d dàng khi có l i b Thi công đ ng
Tác động của gia tải tĩnh đến nền, dàn trải tải trọng và kiểm soát lún có thể giúp giảm bề dày lớp móng, đẩy nhanh tiến độ thi công và đảm bảo an toàn kết cấu Do đó, liệu pháp kỹ thuật được áp dụng trong những kết cấu đòi hỏi chịu tải trọng lớn, như bãi container, là rất cần thiết.
ng d ng l i a k thu t trong đ i u ki n Vi t Nam
Khu vực đồi núi tại Việt Nam có điều kiện địa chất phức tạp và độ dày đất khác nhau, gây khó khăn trong việc xây dựng công trình và tìm nguồn nguyên liệu Do đó, việc sử dụng công nghệ địa kỹ thuật là cần thiết, giúp rút ngắn thời gian thi công, đảm bảo an toàn kết cấu và tiết kiệm chi phí hợp lý.
Sự cố mái dốc đang trở thành hiện tượng đáng báo động ở nhiều nơi, đặc biệt là khu vực đồi núi phía Bắc nước ta Tổng chấn là một trong những yêu cầu bắt buộc nhằm bảo vệ những khu vực dễ sạt lở Với những giải pháp kỹ thuật cho mái dốc, tổng chấn sẽ giúp đảm bảo an toàn cho công trình và tiết kiệm chi phí.
Vì nh ng lý do trên, c n thi t ph i nghiên c u và ng d ng l i đa k thu t trong k thu t xây d ng Vi t Nam c M t s công trình ng d ng l i a k thu t Vi t nam
Hình 1.12: Công trình ng d ng l i đa k thu t Bình D ng
Kho ch a container khu công nghi p Tân C ng Sóng Th n
Hình 1.13: Thi công t ng ch n khu công nghi p Tân C ng Sóng Th n
Giải pháp đắp có cốt là phương pháp được áp dụng trong nhiều công trình xây dựng, bao gồm hai loại chính: công trình đắp có cốt với chức năng chắn đắp, bao gồm đê, tường - mái, mái, và các công trình khối đắp như đê, thân đê, thân đập Nhìn chung, giải pháp đắp có cốt là loại công trình hiệu quả, chi phí không lớn, do đó là phương án tối ưu khi lựa chọn giải pháp cho công trình kè dọc tuyến chắn.
Rào đ a k thu t là m t d ng c t đa k thu t v i m t l i th a Nguyên t c tính rào đa k thu t c ng t ng t nguyên t c tính c t đ a k thu t M t s đ c đi m n i tr i c a rào đ a k thu t đã đ c trình bày trên
Trong phần tiếp theo của luận văn, tác giả sẽ phân tích sâu về lý thuyết vật liệu đất có cốt, bao gồm các đặc tính, cách phá hoại, nguyên tắc tính toán và bố trí, cũng như các phương pháp tính toán nhất định cho công trình đất có cốt.
C S LÝ THUY T TÍNH TOÁN C T TRONG T.
Nguyên t c tính toán c t trong công trình đ t
Bài toán v l c neo l n nh t
Sự phá hủy khối đất, đặc biệt là khối đất có cốt, liên quan đến chức năng của sự trật tự trong hệ thống địa chất Nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng một trật tự khối đất có thể tương ứng với độ lún kéo tối đa.
Trạng hợp vật liệu làm cốt là kim loại công thức, nhưng đối với việc dãn dài nhiều, như với đa kỹ thuật, lại có sự khác biệt khi sử dụng kỹ thuật bằng polymer Theo nghiên cứu của John và các cộng sự (1983), Juran và Christopher đã chỉ ra những điểm quan trọng trong việc áp dụng các phương pháp này.
Năm 1989, nghiên cứu mô hình vật chất trong ngành xây dựng đã chỉ ra rằng các dây làm bằng polymer polyester có khả năng kéo dài lớn, cho thấy xu hướng chuyển động gần với định luật Coulomb Sự dãn dài của vật liệu này càng lớn thì hiệu suất và tính chất cơ học của chúng càng được cải thiện.
Dù do t t neo hay do đ t neo, sự phá hoại khi đất vận hành theo cách trượt khi đất trên một phá hoại có dạng cong logarit Khí đất có đặc tính ngang bằng với địa kỹ thuật hay lý đa kỹ thuật, có thể coi như một chính thể Do vậy, khi phân tích, có thể coi khí đất trượt ngang như một chính thể.
V n đ đ t ra đây là xác đnh l c neo c n thi t đ neo gi kh i đ t tr ng thái cân b ng gi i h n trên m t tr t
Hình 2.1 : S đ xác đnh v trí m t tr t kh d
Hình 2.2 : S đ l c tác d ng lên kh i tr t ABC theo mô hình tính toán h th ng neo
Tách m t mét dài công trình đ t có c t đ xét s cân b ng gi i h n c a kh i đ t ABC ng x nh m t v t th hoàn ch nh Hình 2.4.a thể hiện mô hình tính toán, trong khi hình 2.2.b cung cấp sơ đồ tính toán Các đ i l ng đ c trong hình 2.2.b được xác định l n l t nh sau:
T i và T là l c neo (ho c l c kéo) c a m i l p c t và t ng l c neo đ c xác đ nh theo công th c:
R - ph n l c c a vùng neo lên kh i đ t ABC
C - l c dính tác d ng lên m t BC, xác đ nh theo công th c: θ cos
G - Tr ng l ng c a kh i tr t ABC, xác đ nh theo công th c:
1 (2.3) xác đnh l c neo T (công th c 2.1), chi u h l c tác d ng vào kh i đ t ABC lên ph ng U vuông góc v i ph n l c R ΣU = -Gsin(θ-ϕ) + Tcos(θ-ϕ) + C.cosϕ = 0 (2.4)
T các bi u th c 2.2, 2.3, 2.4 suy ra đ c bi u th c tính t ng l c neo T
Tính chất của hàm cosin trong tam giác cho thấy rằng giá trị của l c neo T phụ thuộc vào góc θ Khi góc θ thay đổi, vị trí của m t tr t kh d cũng sẽ được xác định Để xác định vị trí này, điều kiện cần là l c neo T phải lớn hơn nh t, và từ đó có thể tính toán được giá trị tương ứng.
( ) = 0 θ θ d dT (2.8) v i T(θ) xác đnh theo bi u th c (2.5)
T ph ng trình (2.8) có công th c tính tr s góc θ đ xác đ nh v trí m t tr t kh d cho 3 tr ng h p: t ng đ t có c t, t ng mái đ t có c t và mái đ t có c t:
B ng 2.1 Tr s góc θ đ xác đ nh m t tr t kh d trong các tr ng h p góc mái d c khác nhau
Với bảng 2.1, xác định vị trí mốc trắc địa và từ đó xác định điểm neo cùng chiều dài của vĩ độ kỹ thuật, lòi đa kỹ thuật cần chôn vào điểm neo để đảm bảo trạng thái cân bằng giải hạn trên mặt trắc địa BC.
Các công thức nêu trên và giá trị tạm thời cho tường, tường mái và mái (bảng 2.1) rất quan trọng trong thiết kế xây dựng các công trình đất có cấu trúc Sau khi hoàn thiện bản thiết kế, công trình đất có cấu trúc cần được kiểm tra và đánh giá theo một trật tự công chính xác hơn theo quy phạm quy định.
M t tr t kh d xác đnh b ng góc θ b ng 2.1 cho phép xác đnh đ c mi n neo và kh i đ t tr t C t v i đ a k thu t và l i đa k thu t có hai tác d ng c b n trong kh i đ t có c t
- T o kh i đ t có c t ng x nh m t ch nh th khi s d ng và do đó kh i tr t trong tr ng h p t t c t hay đ t c t c ng ng x nh m t ch nh th
Khi neo khởi động vào miếng neo, chiều dài của tấm phẳng phải được xác định là lực kéo neo Do đó, việc xác định lực kéo neo chính xác là rất quan trọng Trong trạng thái cân bằng giới hạn, lực kéo neo do khởi động gây ra có thể đạt đến lực tối đa T max, nhưng có chiều ngược lại.
Hình 2.3: S đ xác đnh l c kéo neo Tkéo
Do v y l c kéo neo, ký hi u là Tkéo làm h th ng neo có nguy c b t t, đ c xác đ nh theo công th c: k a keo H K
N u đ t đ p sau t ng là đ t r i, t c là có c=0 thì tr s c a γ a =γ v i γ là tr ng l ng riêng c a đ t đ p Tr s K K trong công th c (2.11) ng v i các lo i công trình đ t có c t đ c trình bày trong b ng 2.2
B ng 2.2 Xác đnh tr s KK v i các tr ng h p góc d c
Tr ng h p β 0 , công th c trong b ng 2.2, hoàn toàn đ ng nh t v i công th c v h s áp l c ch đ ng Rankine và Coulomb, đ c dùng ph bi n hi n nay đ tính toán t ng đ t có c t
L u ý: Trong tài li u này chúng tôi dùng khái ni m v l c kéo nh b ng
2.2 thay th l c đ y áp l c đ t ch đ ng khi tính toán các công trình đ t có c t đa k thu t.
Nguyên t c b trí c t đ a k thu t
2.1.2.1 Tiêu chu n đ ch n kho ng cách đ ng gi a các l p c t ch n kho ng cách đ ng gi a các l p c t c n x t đ n nh ng tiêu chu n sau:
+ Phát huy t i đa kh n ng ch u kéo c a l i đa k thu t dùng làm c t
+ Phù h p v i công ngh thi công đ p đ m ch t t ng l p đ t
B trí đ u nhau trong ph m vi chi u cao t ng- mái d c là một yếu tố quan trọng trong thiết kế kiến trúc Mái d c ho c là đ u nhau th a trong ph m vi c a n a trên c a t ng, và đ u nhau g n trong ph m vi n a d i c a t ng Việc đ ti n thi công và c t c t mái d c sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính thẩm mỹ và độ bền của công trình.
2.1.2.2 Kho ng cách đ ng h p lý gi a các l p c t và đi u ki n không đ t c t tr ng thái gi i h n, l c kéo l n nh t c t ch u đ ng ph i tho mãn đi u ki n:
Tkéo- l c kéo l n nh t trong c t m c j trong mái d c;
Ta - c ng đ ch u kéo tính toán c a c t; σ kéo - c ng đ kéo (l n nh t) t i đ sâu đ t c t z hay là c ng đ áp l c đ t t i đ sâu z; σkéo= γzKk +qKk=(γz+q)Kk (2.14) q - t i tr ng phân b trên m t đ t (KN/m2);
K k hay K đ t -h s an toàn v đ t c t, l y trong kho ng 1.3 đ n 1.5 ( theo B.DAS- tiêu chu n Hoa Kì)
T ph ng trình (2.13) và (2.14), gi i ra ta đ c tr s hmax: h max σ keo a đứt
Nh v y, đi u ki n không đ t c t đ c bi u th nh sau: h ≤ h max σ a keo đứt
K (2.16) h - kho ng cách gi a các l p c t; hmax - kho ng cách l n nh t gi a các l p c t;
2.1.2.3 Chi u dài neo (l neo ) và l c neo T neo
Theo c ch làm vi c c a c t, chi u dài lneo ph n c t chôn ngàm vào mi n đ t bên ph i m t tr t kh d ( hình 2.3) làm vi c nh công c neo aj ej β s Β Α c
Hình 2.4 : C ch gia c ng t ng và mái d c b ng c t
T đi u ki n cân b ng gi a l c kéo và l c ma sát phát sinh trên chi u dài lneo có đ ng th c sau đây (có xét đ n h s an toàn kéo t t c t)
Kt t.σ kéo h = 2.σ v tgϕ v lneo suy ra lneo =σ σ ϕ kÐo tôt v v
Kết quả của thí nghiệm kéo tĩnh neo trong đất cho thấy rằng, để xác định ứng suất σv, ta sử dụng công thức σv = γz, trong đó z là chiều cao cột đất tính từ mặt đất đến điểm cần xét Góc ma sát giữa đất và vít, ký hiệu là ϕv, được xác định thông qua các thí nghiệm kéo trượt trong đất dưới các áp lực khác nhau trong phòng thí nghiệm Việc thực hiện các thí nghiệm này là cần thiết để đảm bảo an toàn cho kết cấu và nâng cao tính chính xác trong thiết kế.
L c neo: T neo = 2l neo τ neo (2.18) Trong đó: τ neo - c ng đ ch ng kéo t t neo ( KN/m 2 ) xác đ nh theo đ ng quan h τ neo ∼σ ( áp su t) có t thí nghi m kéo neo;
T đi u ki n không t t c t neo đ c xác đnh theo t s : neo kÐo
T ≥ K t t (2.19) Theo tiêu chu n Canada, Kt t = 1.5, theo tiêu chu n M , Kt t = 1.3 ÷1.5;
T kéo = σ kéo x h = h ( γz +q)K k (2.20) q - T i trong phân b trên m t đ t có c ng đ q( kN/m2);
Thay (2.18) và (2.20) vào đi u ki n (2.19), có: γ + ψ γ + neo kÐo
Mà τ neo , i = σ i tgψ kéo ; Tr s góc kháng kéo ψ kéo ( c t - đ t) xác đnh ng v i tri s áp su t σ i = z + q t đ ng thí nghi m kéo c t
L u ý : Góc ψ kéo là tham s tính toán xét đ n tác d ng ch ng kéo do ma sát và dính k t gi a đ t và v i theo c ch kéo neo.
C ch phá ho i kh i đ p có c t trên n n đ t
Các c ch t ng tác gi a đ t và c t
Đất bền kéo thụt nhờ vào tính chất nén, giúp cải thiện khả năng chịu tải của nó Mục đích kết hợp đất với cát là để tăng cường khả năng chịu kéo, giảm thiểu tình trạng gây phá hoại đất do tải trọng hoặc do biến động quá mức Khi đất được coi là một khối vật liệu hợp nhất với các đặc tính đã được cải thiện, nó sẽ có khả năng chịu kéo và chịu cắt tốt hơn so với đất không có cát.
Khi tỉ trọng đất được truyền tải vào cột, cột truyền tải vào đất và ngược lại thông qua sức neo bám đất/cột Đối với đất kém dính, sức neo bám này phụ thuộc vào ma sát đất/cột và mức độ thô nhám trên bề mặt của nó Ngược lại, đối với đất dính, sức neo bám chủ yếu phụ thuộc vào lực dính giữa cột và đất Sự tác động giữa cột mỏng và đất là sức tiếp thu lực kéo dọc trục Tính toán thiết kế cần xác định các lực kéo dọc trục mà cột phải tiếp nhận trong vùng chịu động và phân bổ chúng vào vùng bề mặt.
Mô hình trên (hình 2.5) cho thấy rằng trong điều kiện nén, mực cát khô chịu tác động của sức nén σ3 từ phía ngoài, đồng thời bị gia tăng bởi sức nén σ1 lớn hơn σ3 Trong tình huống này, mực đất không có cát sẽ bị biến dạng nén δv và biến dạng ngang 1.
2 δ h (hình a) Rõ ràng s n ngang này liên quan đ n bi n d ng kéo trong đ t N u ta đ a vào đ t m t vài l p c t n m ngang, d i tác d ng c a t i tr ng ngoài không đ i bi n d ng lúc này s là δ vt và 1
2 δ ht trong đó δ vt < δ v và 1
2 δ h M c gi m bi n d ng này là k t qu tr c ti p c a ng su t ch n ( ng su t h n ch n hông) b sung Δσ 3 do t ng tác gi a đ t và c t σ 1 δ h
Hình 2.5: Tác d ng c a c t đ i v i đ t a Tr ng h p đ t không có c t b Tr ng h p đ t có c t
Trong minh họa trên, khi các mẫu đất có cát và không có cát cùng chung một tình trạng ngoài nhau, việc bổ sung cát sẽ giúp giảm biến động so với đất không có cát Sự bổ sung này còn cải thiện độ bền của đất.
N u đ t không có c t ch u nén d i ng su t không đ i σ 3 và đ l n c a ng su t σ 1 t ng d n, đ t s ch u ng su t c t t ng d n ( 1 3 )
2 σ σ − Tr t x y ra khi ng su t c t đ t t i đ b n c t c a đ t Khi đ t có c t, giá tr σ1 đ gây c t l n h n nhi u vì s gia t ng σ1 làm gia t ng Δσ3 kéo theo vi c ng su t c t
Các nghiên cứu cho thấy rằng sự kéo dài của vật liệu có thể ảnh hưởng đến khả năng bám dính của nó với các bề mặt khác Để hiểu rõ hơn về tính chất của vật liệu, nhiều thí nghiệm đã được thực hiện và lý thuyết tính toán đã được phát triển Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy rằng những mẫu vật liệu có cấu trúc có khả năng bám dính cao hơn so với những mẫu không có cấu trúc.
Khi tiến hành thí nghiệm nén 3 trục với hai mẫu đất, một mẫu là đất không có cốt và một mẫu là đất có cốt, giá trị sức chịu nén chính σ3 đạt được là tối thiểu Tổng sức chịu nén chính σ1 sẽ gia tăng cho đến khi mẫu đất bị biến dạng nhiều mà tải trọng không tăng (mẫu đất bị phá hoại) Điều này cho thấy giá trị σ1 của mẫu đất có cốt cao hơn mẫu đất không có cốt, nghĩa là mẫu đất có cốt có khả năng chịu tải tốt hơn.
C ch gia c ng đ t trong t ng ch n và mái d c
Hình 2.6 minh họa mái dốc được đặt nghiêng góc β so với phương ngang Trong trường hợp không có tác động của cát, mái dốc sẽ giữ trạng thái ổn định Tuy nhiên, khi có sự kết hợp giữa đất và cát, mái dốc sẽ bị ảnh hưởng Khảo sát cho thấy mái dốc được chia thành hai vùng riêng biệt: vùng chịu tải và vùng kháng trượt Nếu không có cát, vùng chịu tải sẽ mất ổn định, dịch chuyển về phía trước và trượt xuống so với vùng kháng Khi đất tác động qua hai vùng, cát có thể làm cho vùng chịu tải bị biến dạng Hình 2.6 thể hiện một lớp cát có chiều dài L aj trong vùng chịu tải và L ej trong vùng kháng Trong thực tế, cấu trúc mái dốc thường bao gồm nhiều lớp khác nhau.
Hình 2.6: C ch gia c ng t ng và mái d c b ng c t
Để cho cát có độ bám thích hợp và có độ chống kéo phù hợp, cát sẽ tiếp thu được biên động kéo xuất hiện trong đất vùng chấn động Biên động kéo được truyền từ đất sang cát nhờ vào cách neo bám cát-đất Biên động trong đoạn cát thuộc vùng chấn động làm tăng tần số ngẫu lực kéo của cát trong vùng này.
Quá trình truyền tải điện từ đất vào cột trong vùng chấn động tại Laj diễn ra không ngừng, với các yếu tố như độ kháng và điện trở ảnh hưởng đến sự kéo dài của dòng điện Khi dòng điện được kéo dài vào vùng gi, nó sẽ tiếp tục phân tán vào đất trong khu vực kháng Trong vùng chấn động, việc truyền tải điện từ đất vào cột diễn ra đồng thời với các yếu tố khác.
Vùng giữ qua các chỗ neo bám đất có lực kéo trong các tấm phân bố không đều theo chiều dài, gây ra hiện tượng nghiêng về phía đầu tấm do ảnh hưởng của chiều dài Lej Kết quả là mái dốc có thể bị nghiêng hoặc biến dạng, tùy thuộc vào trọng lực được phân phối trên đất Tình trạng này do các tác động trong vùng kháng, nơi lực kéo trong các tấm bị ảnh hưởng.
T ng tác gi a đ t và c t
Để cây trồng phát huy hiệu quả, cần có sự tương tác với đất, giúp hấp thụ dưỡng chất và biến đổi thành phần gây phá hoại trong đất không có cây Sự tương tác này phát sinh từ các đặc trưng của đất (đất tự nhiên và đất canh tác), các đặc trưng của cây trồng và mối quan hệ giữa hai nhóm đặc trưng này Khi đất và cây tương tác, sẽ xảy ra hai dạng phá hoại: trạng thái phá hoại và trạng thái phá hoại neo bám giữa đất và cây (ma sát giữa đất và cây) Trạng thái giải hạn của hai dạng này là trạng thái sử dụng, diễn ra trong quá trình sử dụng, biến đổi của khí đất có cây hoặc biến đổi của cây vật giới hạn quy định.
Khi tỉ trọng đất truyền tải vào cát, sức kéo của cát đối với đất và ngược lại được hình thành thông qua sức neo bám giữa đất và cát Đối với đất kém dính, sức neo bám này phụ thuộc vào ma sát giữa đất và cát, cũng như mức độ thô nhám của bề mặt cát Ngược lại, với đất dính, sức neo bám là lực dính giữa cát và đất Sự liên kết giữa các hạt đất và các khối cát có thể xuất hiện, khi đó sức neo bám có thể bị kháng cự bởi đất chỉ thông qua một tiếp xúc nhất định Lực của sức neo bám này phải được tính toán tương quan với đất và cát, và điều này có thể ảnh hưởng đến độ bền kháng cắt của đất và độ nhám bề mặt của cát.
Sự tác động của cột mốc với đất là sự tiếp thu lực kéo dọc trục Tải trọng kháng chịu tác động kéo và định tính công các cột mốc được đặt nằm ngang trong tường, trong mái dốc và định hình nền đất trùng với trục biên dọc trong đất không có cột Các lực dọc trục tiếp thu bởi cột mốc được xác định theo phương pháp tính, do đó, khi tính toán thiết kế, ta phải xác định các lực kéo dọc mà cột phải tiếp nhận vùng chịu động và sự phân bố chúng vào vùng kháng.
nh h ng c a đ c ng d c tr c c a c t m m đ i v i t i tr ng
Trạng thái ngậm nước trong khối đất đắp phụ thuộc vào đặc tính của cát Cát mịn chịu kéo dọc và trạng thái giải thoát áp suất đã được phân tích là do phá hủy sự neo bám giữa cát và đất hoặc kéo đất cát Kiểu kéo đất cát không chỉ bị ảnh hưởng bởi trạng thái động lên cát mà còn kháng cự của cát chịu những tác động mà không gây ra phá hủy trong sự ổn định của công trình thiết kế đã chọn Đối với các loại cát mịn trong tung đắp đất và mái dốc, tác động s liên quan đến áp lực chân không Trong trường hợp tầng ngậm nước không chịu phát triển thì áp lực chân không sẽ bằng ngậm nước hầu hết, hiệu ứng tầng ngậm nước nhân với áp lực ngang chân không K a; và nếu chấp nhận một là tổng nhân thì:
Trong điều kiện ngược lại, góc kháng c t c c đ i có vai trò quan trọng trong việc xác định áp lực tác động lên các tầng đất Mặc dù các tầng chuyển động trong suốt thời gian thi công, sự phát triển của h s áp lực có thể gây ra áp lực đất cao hơn so với áp lực tĩnh Áp lực này có thể được biểu diễn bằng h s áp lực ngang K o Do đó, việc xác định áp lực ngang của đất đòi hỏi phải phân biệt rõ giữa các tầng có tính dãn và không dãn.
Những yếu tố liên quan đến lòi cột có dãn cần được xác định dựa trên cơ sở giá trị tuân theo sự phân bố áp lực chính Nếu có những quan trắc hiện trường đối với bất kỳ cột nào thuộc loại cột có dãn, khi phát sinh áp lực ngang lớn hơn áp lực chính, phần trên của cột ngọn hoặc mái cần được thiết kế với tình trạng lớn hơn dựa theo sự phân bố áp lực tính toán K0.
Các nhân t nh h ng đ n tính ch t ch u kéo c a c t
Trong thiết kế kiến trúc, việc tính toán là yếu tố cuối cùng để đảm bảo sự bền vững của công trình Đối với các vật liệu như tường và mái, sự lựa chọn cần phải đồng nhất với tuổi thọ của công trình, vì thiết kế có thể thay đổi từ vài tháng đến hàng trăm năm Cần nhận thức rằng không có loại vật liệu nào là không biến đổi theo thời gian; do đó, nhà thiết kế phải có khả năng đánh giá sự thay đổi theo thời gian của các đặc tính vật liệu, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sẽ thay đổi đó Các vật liệu khác nhau sẽ bị suy giảm bởi những tác nhân khác nhau.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của các vật liệu có thể được phân thành hai nhóm: nhân tố chung và nhân tố riêng Nhân tố chung thường phản ánh các yếu tố môi trường và điều kiện sử dụng, áp dụng cho mọi loại vật liệu, như kim loại và các composite polymer Đối với kim loại, yếu tố khí hậu và biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến độ bền theo thời gian do sự tác động của tính nở của đất Sự ăn mòn liên quan đến tính chất điển hình của đất và không khí, phụ thuộc vào thời gian và cần được xem xét bằng cách giảm diện tích tiếp xúc Đối với composite polymer, các yếu tố chung bao gồm ánh sáng có tia cực tím trước khi lắp đặt và nhiệt độ khi khai thác Tác nhân gây suy giảm độ bền kéo dài của polymer là sự tác động của nhiều yếu tố biến đổi có liên quan với nhau, trong đó thời gian và nhiệt độ là các tác nhân chính ảnh hưởng đến mọi vật liệu polymer.
Khi môi trường tác động lên vật liệu polyme có tiết diện ngang, nó sẽ gây ra sự lặp lại kéo và biến dạng kéo trong vật liệu Biến dạng này sẽ tiếp tục tăng theo thời gian do yếu tố tác động, dẫn đến diện tích tiết diện ngang chịu tải giảm theo thời gian, và do đó, sức kéo sẽ tăng theo thời gian.
Khi vật liệu polymer chịu tác động nhiệt độ không đổi, nhiệt độ không đổi sẽ gây ra sự phân hủy kéo dài trong một khoảng thời gian nhất định Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tăng cao, phân hủy kéo dài sẽ xảy ra trong thời gian ngắn hơn Đánh giá thời gian bắt đầu phân hủy với nhiệt độ là yếu tố quan trọng và không thể bỏ qua Do đó, khi thiết kế, cần phải biết được đặc tính phân hủy kéo dài của các vật liệu trong điều kiện nhiệt độ tác động tối đa.
Các tác nhân gây ảnh hưởng đến tính chất chịu kéo của các vật liệu, do đó khi đánh giá tính toán đặc trưng chịu kéo, thiết kế của các vật liệu cần phải dựa vào hồ sơ vật liệu riêng phần cho các chất polymer Để xác định đặc trưng chịu kéo trong vật liệu composite, cần được suy diễn dựa trên cơ sở nguyên tắc cụ thể.
- Trong th i gian tu i th c a k t c u, c t không đ c h ng vì kéo
- cu i tu i th thi t k c a k t c u, bi n d ng c a c t không đ c quá giá tr đã đ nh
Do đó đ b n c b n c a c t ph i l y giá tr th p h n trong các giá tr sau:
- b n ch u kéo thi t k c a các c t kim lo i: T D = u m
T D - đ b n kéo ( c ng đ ch u kéo) thi t k ;
Tính toán độ bền kéo của các vật liệu (đặc biệt là bê tông) được xác định qua công thức fm = fm1 x fm2 Trong đó, fm1 là hệ số riêng phần liên quan đến tính chất cơ học của vật liệu, và fm2 là hệ số riêng phần liên quan đến tác động thi công và sai số của công trình Hệ số fm11 xem xét thành phần, dựa trên suy giảm có thể xảy ra của vật liệu, trong khi fm12 đánh giá độ tin cậy của việc đánh giá khả năng lâu dài, có thể thay đổi theo tuổi thọ của công trình Hệ số fm21 liên quan đến hành vi trong thi công, có thể suy ra từ các thí nghiệm và tác động hiện trường, và fm22 xem xét các tác động suy thoái khác nhau tùy thuộc vào điều kiện môi trường.
- b n ch u kéo thi t k c a các c t polyme:
TCR- đ b n (c ng đ ) kéo đ t t bi n ngo i suy cu i tu i th thi t k ;
T CS - l c kéo trong ngo i suy d a trên bi n d ng t bi n cu i tu i th thi t k
Các ph ng pháp tính n đ nh kh i đ p có c t
Các tr ng thái gi i h n v n đ nh mái d c có c t
Các tr ng thái gi i h n bao g m: n đ nh ngoài
- Phá ho i s c ch u t i và phá ho i nghiêng l ch (hình 2.7 a)
- Phá ho i tr t trong kh i đ t có c t (hình 2.7 c)
Hình 2.7: Các tr ng thái gi i h n phá ho i v n đnh ngoài n đ nh n i b
- Kéo đ t các đ n nguyên c t riêng r (hình 2.8 a)
- Phá ho i neo bám gây tu t c t đ i v i m i đ n nguyên c t riêng r (hình 2.8 b)
Hình 2.8: Các tr ng thái gi i h n phá ho i v n đnh n i b n đ nh h n h p
- Phá ho i kéo đ t các đ n nguyên c t riêng r (hình 2.9 a)
- Phá ho i neo bám gây tu t c t đ i v i m i đ n nguyên c t riêng r
Hình 2.9: Các tr ng thái gi i h n phá ho i v n đnh h n h p a Kéo đ t c t b Phá ho i neo bám c t tr ng thái gi i h n, l c kéo l n nh t c t ch u đ ng ph i tho mãn đi u ki n:
Tj- l c kéo l n nh t trong c t m c j trong mái d c;
T D - c ng đ ch u kéo tính toán c a c t; f n - h s riêng ph n xét đ n h u qu phá ho i v m t kinh t (tra b ng).
Tính toán s b chi u cao n đ nh c a mái d c khi ch a b trí c t
Khi đ t đ p là đ t dính ( C≠ 0), thì hi n t ng tr t s x y ra khi chi u c a đ t đ p H l n h n chi u cao gi i h n đ c tính theo công th c sau:
Trong đó: Ns- H s n đnh, tùy thu c vào góc mái d c α và góc ma sát trong c a đ t ϕ ( N s tra theo bi u đ )
C, γ - L c dính k t đ n v và dung tr ng c a đ t đ p
N u chi u cao đ t đ p H> Hgh, mái d c c n đ c gia c thêm b ng c t đa k thu t đ neo ph n đ t d tr t vào ph n đ t bên ngoài cung tr t.
Ph ng pháp phân m nh đ tính toán m t tr t tròn trong mái d c đ p có c t
Có nhiều phương pháp định đánh giá mái dốc trong đất, bao gồm: phương pháp phân tích khởi điểm hai phần, phương pháp phân mảnh định tính một trục tròn, phương pháp tính toán ngẫu suất kết hợp, phương pháp tính toán theo một trục xoắn có logarit, và phương pháp trọng lực dính kết (phương pháp Rankin) Trong bài viết này, tác giả sẽ giới thiệu phương pháp phân mảnh với một trục tròn để tính toán đánh giá mái dốc trong đất có cấu trúc nhất định.
Phương pháp phân tích đã được lập ra để phân tích và tính toán đánh giá các mái dốc có cấu trúc không cố định đối với phần lớn các trường hợp mái dốc thông thường với dạng hình học khác nhau và có nhiều tầng đất khác nhau Trong trường hợp mái dốc có cố định, người ta giả thiết rằng lực tác dụng giữa các mảnh đất thông qua việc xác định mặt cắt của các tầng đất có ảnh hưởng phức tạp đến các lực đó và việc xác định mặt cắt khi nền đất trở nên ít bị xáo động Trong tính toán, người ta giả thiết rằng các lớp đất đầu nằm ngang và xem xét đến những chỗ chúng giao nhau cắt nhau với một trạng thái giả thiết tại mỗi mảnh riêng Mômen do các tác động tập hợp của đất và cấu trúc phải không được nhầm lẫn mômen trực do trọng lượng đất gây ra Các mômen này đều phải được tính với tâm quay của khối trượt.
Hình 2.10: Ph ng pháp phân m nh v i m t tr t tròn đ tính n đnh mái đ c trong đ t có c t cân b ng, c n ph i tho mãn đi u ki n:
Mgt - mô men gây tr t do tr ng l ng b n thân c a đ t và do ngo i t i;
M g1 - mô men gi do c ng đ ch ng c t c a đ t;
M g2 - mô men gi do s có m t c a c t trong mái d c;
[K]- h s n đ nh cho phép đ i v i các công trình thi t k (do qui ph m qui đ nh)
2.3.3.1 S d ng ph ng pháp phân m nh c a W.Fllenius đ ki m tra n đ nh mái d c có c t
Xét mái d c AB Gi s m t tr t là cung tr t BC tâm O, bán kính R
C t b ng nh ng m t th ng đ ng, chia l ng th tr t ABC ra m t s m nh n tùy ý
Xét m t m nh i b t k , các l c tác d ng lên m nh phân t này g m:
Trình bày phương pháp tính toán các lực tác dụng tại các lớp đất trong phân tích ổn định mái dốc, bao gồm các lực pháp tuyến và lực thẳng đứng Sử dụng các yếu tố tương tác giữa các mảnh đất liền kề, cụ thể là giữa mảnh i và mảnh i-1 cũng như mảnh i và mảnh i+1 Theo W Fellenius, tổng hình chiếu của tất cả các lực tác dụng giữa các mảnh đất trong phương pháp tính toán là bằng không, và lực Ni được xác định bởi W i.
+ Mô men gây tr t do tr ng l ng b n thân c a đ t và do ngo i t i
=∑⎣ + α ⎦ (2.26) + Mô men gi do c ng đ ch ng c t c a đ t
M g [ ( w f P f ) Cos U ] R f tg f c n l i n i i i q i fs i ms ip ms i i
M g [ ( w f b q f ) Cos u l ] R f tg f c n l i n i i i i q i i fs i ms ip ms i i
(2.28) + Mô men ch ng tr t do s có m t c a c t trong mái d c j n j j g T Y
Trong bài viết, các yếu tố quan trọng được đề cập bao gồm: f fs - hàm số riêng phần áp dụng cho trạng lượng đen của đất; f q - hàm số tại trạng riêng phần áp dụng cho ngoại tại; qi - cường độ trung bình tác động lên mảnh nội tại; c’ - lực dính của vật liệu được xác định trong điều kiện ngược chiều hiệu.
W i - trọng lực lang bên thân của cột phân tải (W i = γb i h i); γ - Dung trọng tự nhiên của đất đắp; h i - chiều cao trung bình của cột đất thải; u i - áp lực nước lỗ rỗng trung bình tác động lên mặt trượt (áp lực nước lỗ rỗng trên đơn vị, Ui = u i l i); ϕ’ p - góc kháng cắt hiệu dụng của vật liệu đất; fms - các hệ số riêng phần áp dụng cho tgϕ’p và c’ (tra bảng); l i - chiều dài cung trượt của mặt trượt.
Cánh tay đòn (Y j) là một bộ phận quan trọng trong hệ thống cơ cấu, có khả năng tạo ra mô men xoắn khi chịu tác động từ các lực kéo Nó được thiết kế với khoảng cách tâm cung trục từ 0 đến một phạm vi nhất định, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Đặc biệt, cần chú ý đến các vị trí biến động theo chiều rừng, vì cánh tay đòn có thể chuyển động theo nhiều hướng khác nhau, thường là một giá trị biến động theo chiều rừng.
∑T j - t ng s l c kéo l n nh t trong c t m c j trong mái d c
2.3.3.1.1 S d ng ph ng pháp phân m nh c a W.Fllenius đ tính s c ch u kéo c n thi t c a c t đ i v i tr ng h p mái d c đ ng nh t
Sau khi xác định tâm trục và bán kính của cung trục nguy hiểm, việc thiết kế kết quả cần dựa vào điều kiện tìm sức chịu kéo cần thiết của các trục (∑Tj) trong mái dốc Cần lưu ý rằng vì trọng lượng của các trục là rất nhỏ, nên ảnh hưởng của các trục đến dung trọng tự nhiên của đất trong toàn khối là không đáng kể Do đó, có thể sử dụng dung trọng tự nhiên của đất đắp có cùng tính chất với dung trọng tự nhiên của đất đắp.
Mô men gi do các l c tác đ ng t h p c a đ t và c t ph i không đ c nh h n mô men tr t do tr ng l ng đ t gây ra
Theo đi u ki n (2.25) ta có:
T đi u ki n trên ta có:
+ Mô men gây tr t do tr ng l ng b n thân c a đ t và do ngo i t i
M W P sin R ( 2.31) + Mô men gi do c ng đ ch ng c t c a đ t (theo 2.28)
(2.32) + Mô men ch ng tr t do s có m t c a c t trong mái d c ( theo 2.29) j n j j g T Y
2.3.3.1.2 S d ng ph ng pháp phân m nh c a W.Fllenius đ tính s c ch u kéo c n thi t c a c t đ i v i tr ng h p mái d c không đ ng nh t:
C b n h s n đnh v n đ c tính toán t ng t nh mái d c đ ng nh t, giá tr s c ch u kéo c n thi t c a c t (∑Tj) đ c tính theo bi u th c sau:
Trong đó: n - s m nh; ϕ i - góc n i ma sát c a đ t đ p t i cung tr t c t đ t th i; c i - l c dính k t đ n v c a đ t t i cung tr t c t đ t th i;
Trong đó: m- s l p đ t trong c t th i; γ i - dung tr ng t nhiên c a l p đ t th j;
Zj- chi u cao trung bình c a l p đ t th j thu c m nh i
2.3.3.2 S d ng ph ng pháp phân m nh c a W.Bishop đ ki m tra n đ nh mái d c có c t:
Công thức phân minh nh nh phỏng pháp của Fellenius, cùng với W Bishop, cho thấy rằng tác động tự nhiên của mảnh (i) với các mảnh (i+1) và (i-1) là bằng không do sự cân bằng trên mặt phẳng nằm ngang.
Hình 2.11 Ph ng pháp phân m nh v i m t tr t tròn c a Bishop
T hình, chi u t t c các l c tác d ng lên m nh i trên tr c th ng đ ng b ng không, ta có:
+ Mô men gây tr t do tr ng l ng b n thân c a đ t và do ngo i t i n u có
=∑⎣ + α ⎦ (2.35) + Mô men gi do c ng đ ch ng c t c a đ t
T hình chi u t t c các l c tác d ng lên m nh i trên tr c th ng đ ng b ng không ta có: (Ni+Ui)cosαi-Wi+Tisinαi=0 ( 2.36*)
Thay Ti =(Nitgϕ +cl i )/K; Ui =uili; li =bi/cosα i vào bi u th c (2.36 * ), rút ra
M 1 ϕ , α α α (2.39) + Mô men ch ng tr t do s có m t c a c t trong mái d c (theo 45) j n j j g T Y
2.3.3.2.1 S d ng ph ng pháp phân m nh c a W Bishop đ tính s c ch u kéo c n thi t c a c t đ i v i tr ng h p mái d c đ ng nh t
T ng s l c kéo l n nh t trong c t m c j trong mái d c ∑T j
/ n n i p fs i q i i i fs i q i i i n i i ms ms j j j c tg
2.3.3.2.2 S d ng ph ng pháp phân m nh c a W Bishop đ tính s c ch u kéo c n thi t c a c t đ i v i tr ng h p mái d c không đ ng nh t:
C b n h s n đnh v n đ c tính toán t ng t nh mái d c đ ng nh t, giá tr s c ch u kéo c n thi t c a c t (∑Tj) đ c tính theo bi u th c sau:
/ n n i p fs i q i i i fs i q i i i n i i ms ms j j j c tg
Góc ma sát ϕ ip i trong lực kéo của lớp đất được xác định theo nguồn suất hầu hiệu, trong khi lực dính c dính ’ của lớp đất cũng được xác định dựa trên nguồn suất hầu hiệu.
Wi - tr ng l ng c a đ t m nh th i và đ c tính nh sau:
Trong đó: m- s l p đ t trong c t th i; γ i - dung tr ng t nhiên c a l p đ t th j;
Zj-chi u cao trung bình của l p đ t th j thu c m nh i ΣT j là tổng n i l c phân b trong các l p c t đ c gia c ng, ho c có th g i là tổng giá tr s c ch u kéo c n thi t c a các t đ c b trí trong mái d c Khi phân tích n đ nh c n ph i th v i các m t phá ho i khác nhau, r i đánh giá s cân b ng c a kh i đ t phía trên các m t tr t phá ho i Có th th c hi n phân tích n đnh nh v y b ng m t cách nào đó tùy thu c vào đi u ki n đ c gi thi t t i m t ranh gi i hai ph n c a kh i đ t hình nêm Trên m t phá ho i gi i h n có th x y ra l c gây tr t l n nh t và đ đ m b o tr ng thái gi i h n không x y ra thì ph i ch ng l i đ c l c gây tr t l n nh t đó Trên c s các l c có liên quan đ n áp l c đ t lên các công trình t ng ch n, ng i ta gi đ nh r ng c t gia c ng nói chung c n ph i l y theo các d ng sau đây.
- Ho c là l c đ y không đ i theo chi u sâu, nh tính toán trong t ng ch n có c t
- Ho c là l c đ y phân b b i h s đ y K thay đ i v i các chuy n v ngang (K = K 0 trong ph n bên trên và K gi m d n theo chi u sâu)
Lực cắt là lực tác động lên mái dốc trong trạng thái tĩnh Đối với trường hợp mái dốc có lớp đất đắp trên cùng nằm ngang, lực này gây ra sự xáo động, có thể xem như là hợp lực của các áp lực đất phía trên Lực này sẽ tác động đến độ sâu trong phạm vi chiều cao mái dốc, từ đó gây ra sự trượt tổng hợp Trong trường hợp mái dốc không chịu thêm ngoại tải, lực cắt được xác định theo công thức: ΣTj=R h =0.5.f fs K 0 γ.H 2.
R h - là l c gây tr t t ng c ng đ i v i 1m dài d c theo m t mái d c ffs - là h s riêng ph n áp d ng cho tr ng l ng đ n v c a đ t
K 0 - h s áp l c t nh c a đ t- t s gi a áp ng su t n m ngang và ng su t th ng đ ng γ - là tr ng l ng đ n v c a đ t
S phân b t ng n i l c (Tj) được thực hiện tại vị trí của m i l p c t gia c, với việc xác định một n a chi u dày c a l p đ t bên trên và bên d i Cân b ng c c b c a m i l p gia c ng được kiểm tra, với một m t v i l c kéo gi i h n cho phép c a c t trong l p đó và một kiểm tra s cân b ng khác.
Nh ng quy đ nh BS8006:1995 đ xu t
2.4.4.1 Xác đnh s l p l i t i thi u c n thi t b trí trong mái d c
S l p l i t i thi u c n thi t b trí s b trong mái d c đ c xác đnh theo bi u th c sau : n D
Trong đó: n- t ng s l p c t l i t i thi u c n s d ng;
Tj- giá tr s c ch u kéo c n thi t c a c t trong mái d c đ c tính theo bi u th c (2.33) ho c (2.43);
T D - đ b n ch u kéo thi t k c a c t m m đ c tính toán theo bi u th c sau:
T CR - s c ch u kéo t i h n c a v t li u c t do nhà s n xu t cung c p; fm - h s v t li u riêng ph n cho c t;
Hình 2.12 S đ tính toán kho ng cách th ng đ ng gi a các l p c t
2.4.4.2 Tính kho ng cách th ng đ ng gi a các l p c t
Khoảng cách thực tế giữa các lớp theo phương thẳng đứng phải trùng với bề dày của các lớp đất đắp, thông thường bề dày lớp đất đắp được xác định bởi điều kiện đầm nén thực tế Bề dày lớp đất đắp nằm trong khoảng 150mm đến 300mm là thuận tiện trong việc thi công của đất đắp Khoảng cách tối đa theo phương thẳng đứng của tiêu chuẩn thực hành BS 8006 (tiêu chuẩn Anh) quy định không vượt quá 1m Yêu cầu này xuất phát từ lý do thực tế, nếu bố trí khoảng cách các lớp cắt quá lớn thì sẽ xảy ra hiện tượng trượt cục bộ giữa hai lớp đất đắp.
Trong phạm vi các điều kiện nêu trên, để xác định tải trọng kéo đứt, không cách cắt theo phương thẳng đứng sẽ được xét như sau Ta xem xét lực cắt tại điểm sâu hj (hình 2.14) và vùng nhấn có tác dụng của nó theo phương thẳng đứng là Svj Tại điểm trên bề mặt của cắt, sẽ có các ứng suất sau: ứng suất thẳng đứng tại hj là v = f_fs γ_hj + f_q q, và ứng suất ngang tại hj là hj = K_0 (f_fs γ_hj + f_q q).
- dung tr ng c a kh i đ t đ p; q- ngo i t i n u có; hj - chi u cao đ p đ t trên m c j trong mái d c;
K 0 - là h s áp l c đ t tr ng thái t nh
L c gây tr t đ i v i 1m dài d c theo mái d c phân b trên đo n chi u cao Svj lúc này là:
Ft = Svj hj = Svj.K0.( f fs γ h j + f q q ) (2.48)
V i gi thi t l c gây tr t này ch do c t l i m c j ch u, khi đó đ tránh c t l i không b kéo đ t thì:
F t - l c gây tr t đ i v i 1m dài d c theo mái d c phân b trên đo n chi u cao S vj ;
Tj - l c kéo l n nh t trong c t cho 1m dài m c j trong mái d c và đ c tính nh sau:
Nh v y kho ng cách c t theo ph ng th ng đ ng nên dùng s là:
N u thay Tj t bi u th c (2.68) và (2.69) ta s đ c:
2.4.4.3 Tính toán chi u dài neo c a c t
Chiều dài cọc trong vùng chịu kéo và vùng bám dính có sự khác biệt quan trọng Chiều dài cọc trong vùng bám dính được gọi là chiều dài neo bám, ảnh hưởng đến việc truyền lực từ vùng chịu kéo đến vùng kháng Trong trường hợp cọc chịu lực kéo, chiều dài neo bám phải đủ để cọc không bị kéo ra khỏi vùng kháng Để đảm bảo không xảy ra trạng thái giải phóng neo bám, chiều dài neo cọc L ej được tính toán dựa trên chiều sâu và lực tác dụng của cọc.
2 ( ) p bc gi j ms ms tg c
S 2- bi u th do l i t ng tác v i đ t đ p c hai m t trên và d i;
L ej - chi u dài neo bám c t tính toán chi u sâu hj trong mái d c; f sm - các h s riêng ph n áp d ng cho tgϕ p và c; q - ngo i t i ch do t nh t i;
’- h s t ng tác bi u th m i liên h gi a s c neo bám gi a c t và đ t tgϕ ' p ; ' tg tg α δ
= ϕ ; tg - góc ma sát gi a v i và đ t đ c xác đ nh b ng thí nghi m t ng tác gi a v i và đ t;
Góc ma sát trong lĩnh vực nhựa của đất đắp ảnh hưởng đến điều kiện ngậm nước và hiệu suất Hệ số dính bám thể hiện mối liên hệ giữa sức kéo bám đất và cát với vật liệu Ma sát giữa vải và đất xác định bằng thí nghiệm Lực dính hữu hiệu đến việc bám dính của vật liệu đắp.
Lực kéo chính là lực gây trượt đối với 1m dài dọc theo mái dốc phân bố theo độ cao Svj Đồng thời, lực chính là lực chịu kéo lớn nhất trong cấu trúc cho 1m dài mái dốc, khi xem xét thêm các hệ số riêng phần.
T j - l c kéo l n nh t trong c t m c j trong mái d c; j D n
T D - c ng đ ch u kéo tính toán c a c t đ c xác đnh; D CR m
TCR- đ b n phá h ng kéo t bi n c c đ i nhi t đ thích h p;
T CS - đ b n kéo trung bình d a trên c s có xét đ n bi n d ng t bi n nhi t đ thích h p;
FK-l c kéo và fp-h s riêng phần đ kh ng ch hi n t ng b kéo tr t (Tra b ng) là những yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo hiệu quả của các công trình Bên cạnh đó, f n - h s riêng phần đ kh ng ch h u qu kinh t do vi c công trình b phá ho i gây ra (Tra b ng) cũng cần được xem xét kỹ lưỡng Để đạt được hiệu quả tối ưu, các điều kiện cần phải được thỏa mãn một cách nghiêm ngặt.
T đi u ki n (2.55) hay (2.56) ta xác đnh đ c chi u dài neo bám c a c t là:
N u thay tr s c a Tj t công th c (2.45), (2.50) vào (2.57) ta s xác đnh đ c chi u dài neo bám c a c t nh sau:
2 ( ). p CR p bc m j ms ms f T tg c f h q f f α ϕ α
Nh v y chi u dài t ng c ng L j c a l p c t s là:
Lj = Laj + Lej (2.59) Trong đó:
L aj - chi u dài c t th j n m trong vùng kh i tr t, đ c gi i h n t m t mái d c đ n m t tr t m c j
Sau khi hoàn tất việc tính toán và thiết kế bố trí các lớp cốt với độ sâu hợp lý, chúng ta cần tiến hành kiểm tra độ bền vững của mái dốc để đảm bảo rằng kết quả thiết kế đạt yêu cầu.
2.4.4.4 Các h s riêng ph n trong thi t k mái d c
Theo qui đnh trong tiêu chu n BS 8006:1995 có xét đ n các h s riêng ph n (các h s an toàn riêng ph n) là "các thông s thi t k tiêu chu n dùng đ xét đ n các y u t không ch c ch n"
B ng 2.3 Các h s riêng ph n dùng trong thi t k mái d c
Các h s riêng ph n Tr ng thái gi i h n phá ho i
Tr ng thái gi i h n s d ng
Kh i l ng đ n v (ví d đ t đ p mái) f fs = 1,5 f s = 1,0
Ngo i t nh t i (ví d nh t i tr ng phân b ho c t p chung) ff = 1,2 ffs = 1,0
Ngo i ho t t i (ví d t i tr ng xe c ) f q = 1,3 f q = 1,0 Áp d ng cho tg ’ f ms = 1,3 f ms = 1,0
Các h s v t li u đ t Áp d ng cho c’ fms = 1,6 fms = 1,0
H s v t li u c t Áp d ng cho c ng đ c b n c a c t
Các tr s f m đ c l y t ng ng v i lo i c t s d ng và tu i th thi t k yêu c u
Tr t trên m t c t f s = 1,3 f s = 1,0 Các h s v t ng tác gi a đ t và c t
S c ch ng kéo t t c t fp = 1,3 fp =1,0
Các h s t ng tác v an toàn
Tr t trên đáy k t c u ch ti p xúc đ t v i c t fs = 1,2 Không áp d ng h s
2.4.4.5 Tính toán ki m tra n đ nh mái d c
Đánh giá mức độ ảnh hưởng của mái đắp có thể thực hiện thông qua các phương pháp cân bằng giá trị, kết hợp với việc sử dụng các hệ thống riêng phù hợp với trạng thái hiện tại Việc kiểm tra đất cát trong mái đắp là một yếu tố quan trọng trong quá trình này.
T các đi u ki n (2.29) ta có:
M g2 : T ng mô men gi th c t do các l p c t t o ra;
Mgt: t ng mô men gây tr t do tr ng l ng đ t đ p và ngo i t i n u có;
M g1 : t ng mô men gi do tr ng l ng đ t đ p và ngo i t i n u có;
[K]: h s n đnh cho phép đ i v i công trình mà ta thi t k ;
Yj: tung đ c a l p c t m c j so v i tâm c a cung tr t;
T’ j : L c kéo theo ph ng ngang m c j mà c t ph i ch u chính là l c gây tr t đ i v i 1m dài d c theo mái d c phân b trên đo n chi u cao S vj đ c tính theo công th c (2.48) là:
Svj là kho ng cách c t theo ph ng th ng đ ng m c j trong mái d c h j là chi u cao đ t đ p trên m c j trong mái d c
Rõ ràng đ l i c t không b kéo đ t thì l c kéo th c t T’j ph i th a mãn đi u ki n nh h n giá tr kh n ng ch u kéo c a c t do nhà cung c p có xét đ n nh h ng c a h s ph n là:
T CR -đ b n phá h ng kéo t bi n c c đ i nhi t đ thích h p; f m - h s v t li u riêng ph n cho c t (thí nghi m); fn - h s riêng ph n xét đ n h u qu phá h ng v m t kinh t ;
Nh v y, n u đi u ki n (2.62) không th a mãn thì ph i thay đ i lo i c t có c ng đ ch u kéo (T CR ) cao h n
Hình 2.13 S đ tính toán ki m tra đ t c t b) Ki m tra tu t c t trong mái d c
N u chi u dài neo Lej c a c t không đ thì l c kéo có th làm cho c t tu t trong kh i đ t Nh v y ta ph i ki m tra t i các l p c t l i th j đ sâu hj v i chi u dài Lej nh sau:
+ L c gi c a c t có xét đ n s t ng tác gi a c t và đ t đ p đ c xác đnh t bi u th c (2.55) nh sau:
F gj = 2 ej ( j ) ' ' p ' ' bc ms ms tg c
S 2 - bi u th do l i t ng tác v i đ t đ p c hai m t trên và d i;
L ej - chi u dài neo bám c t tính toán chi u sâu hj trong mái d c đ c xác đ nh theo bi u th c (2.58) là:
2 ( ). p CR p bc m j ms ms f T tg c f h q f f α ϕ α
Trong đó: f p - h s riêng ph n đ kh ng ch hi n t ng b kéo tu t (tra b ng); f m - h s riêng ph n cho c t;
L c gây tr t đ i v i 1m dài d c theo mái d c m c j chính là l c kéo tu t c t m c j mà c t ph i ch u
Ta có th xác đnh theo công th c (2.48)
Ftj = Svj hj = Svj.K0.( f fs γ h j + f q q ) (2.65) Trong đó:
Ftj- l c gây tr t đ i v i 1m dài d c theo mái d c m c j; f fs - h s riêng ph n áp d ng cho tr ng l ng đ n v c a đ t;
- tr ng l ng đ n v c a đ t đ p; h j - chi u sâu đ t c t m c j; q - ngo i t i n u có;
Công thức (2.65) được lập dựa trên cơ sở coi lực gây trượt là lực cản của áp lực đẩy từ phía hông, lực này tương đương với tỉ lệ bậc nhất với độ sâu trong phạm vi chiều cao mái dốc Từ điều kiện (2.63) và (2.65), ta có điều kiện để cắt khối băng kéo tụt là:
F gj - l c gi c a c t có xét đ n s t ng tác gi a c t và đ t đ p;
Ftj - l c gây tr t hay là l c kéo c t t i chi u sâu hj c a mái đ t có xét đ n nh h ng c a ngo i t i n u có;
Nh v y n u đi u ki n (2.57) không th a mãn, ta ph i thay đ i ho c t ng chi u dài neo c a c t, ho c gi m chi u cao S vj
Sau khi thực hiện tính toán (S vjt, L ejt) và kiểm tra, thiết kế nên lựa chọn chiều dài tối thiểu Lejmin, chiều dài tối thiểu của lắp đặt trên cùng (Let) và chiều dài tối thiểu (Leg) để đảm bảo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí trong thi công Đối với các mái dốc, cần xác định độ dốc và khoảng cách giữa các cột, đồng thời cần bổ sung cột phụ hoặc kéo dài cột để đảm bảo an toàn cho mái dốc, giúp các thiết bị thi công hoạt động sát mép với mái dốc.
Nh v y t ng chi u dài c a c t t i m c j ph i ch n s là:
L 0 = L ej + L aj + L jxien + L jneotren (2.67) Trong đó:
L jxiên - là chi u dài ph n c t g p theo mái d c t m c j đ n j +1 đ b o v mái d c
Ljneotrên - là chi u dài ph n c t g p và mái d c j +1
K t lu n ch ng 2
Trong ch ng này tác gi đi sâu phân tích v ph n lý thuy t n đnh mái d c c a công trình đ t có c t, trong đó có các ph n:
- Nguyên t c tính toán c t trong công trình đ t bao g m bài toán l c neo l n nh t, l c kéo trong c t, t đó rút ra nguyên t c b trí c t, s l p c t, chi u dài c a c t
- C ch phá ho i kh i đ p có c t trên n n đ t
Các phương pháp tính toán nền đầm khởi động có nhiều cách tiếp cận khác nhau Trong phần này, chúng ta sẽ đi sâu vào phương pháp phân tích một trục tròn để tính toán, trong đó hai phương pháp phổ biến là phương pháp của W Fellenius và phương pháp của W Bishop.
Trong n i dung ch ng này, tác gi có đ c p đ n nh ng quy đ nh v công trình đ t có c t đ c nêu trong tiêu chu n c a Anh BS8006:1995
CH NG 3 TÍNH TOÁN NG D NG CÔNG TRÌNH KÈ SIMACAI - LÀO CAI
Gi i thi u v công trình
Tên d án
Tên dự án Kè Si Ma Cai là một trong những hạng mục công trình thuộc hạ tầng công trình thủy lợi Nậm Nhân - thị trấn Si Ma Cai, Lào Cai Kè chắn giữ đất tại luy dương được xây dựng theo hệ thống đê ng dân sinh ven hồ Do đặc điểm đa hình, đa chức năng khu vực mà yêu cầu công trình cần đảm bảo an toàn, mỹ thuật và môi trường.
M c tiêu c a d án kè Simacai
- B o v dân c , đô th tr tr n Simacai
- m b o an toàn giao thông đô th
- C i t o đi u ki n môi sinh, môi tr ng s ng trong khu v c
- Làm đ p c nh quan đô th cho khu v c th tr n Si Ma Cai
- T o s n đnh phát tri n kinh t , thúc đ y ti m n ng du l ch c a huy n
Si Ma Cai nói riêng và T nh Lào Cai nói chung
- m b o an toàn cho các khu dân c , các c s h t ng, b o v đ t đai ph c v s n xu t c a nhân dân sinh s ng khu v c lân c n công trình
- Góp ph n n đ nh xã h i, đ m b o an sinh, t ng b c phát tri n c s h t ng cho các khu dân c khu v c th tr n
- Lo i và c p công trình: Công trình kè đô th , công trình c p III
- T ng chi u dài kh o sát: 2000m
Tác gi đ ngh 2 ph ng án
1 Ph ng án 1: T ng ch n b ng bê tông c t thép
Lo i t ng BT t ng b n ch ng H=7,5m g m 168 đ n nguyên, m i đ n nguyên dài 11,8m C th :
Bến móng kè có kích thước chiều rộng B=6,8 m và chiều dày t=0,6 m, với chân khay dài 0,5 m Kết cấu bằng bê tông cốt thép M200, bê tông lót M100 dày 10 cm Cao trình chân khay móng kè được điều chỉnh ở mức +157,80 m, với độ dốc 0,04% theo yêu cầu thiết kế Phần chân khay dài 1,5 m tính từ mép ngoài chân tường kè.
Tầng kè sử dụng bê tông cốt thép M200, với hệ số mái tầng m = 0,20 Chiều dày tầng tại đỉnh kè là 0,4 m, chiều dày tại chân móng là 0,6 m, và chiều cao tổng thể của kè là 7,5 m Tầng sân bê tông M200 có độ dày 0,4 m và được bố trí 05 tầng sân, với thân kè được lắp đặt ống thu nước và ống nhựa PVC Φ110 để thoát nước qua thân kè Bề rộng đỉnh tầng là 0,9 m, và cao trình đỉnh tầng kè đạt +166,50 m, với độ dốc là 0,04% theo thiết kế kè.
2 Ph ng án 2: T ng ch n có c t gia c b ng l i đa k thu t
Tăng trưởng có chất là một trong những giải pháp sử dụng loại vật liệu đa kỹ thuật tiên tiến, với nhiều ưu điểm nổi bật Giải pháp này đang được áp dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới.
C th k t c u các b ph n nh sau:
- B n móng kè: Chi u r ng b n móng B=0,8 m, chi u dày b n móng dày t= 0,3 m K t c u b ng BTCT M200, bê tông lót M100 dày 10cm Cao trình đáy thay đ i +159,0m gi m d n theo đ d c i=0.04% d c tuy n kè
Tường kè được xây dựng bằng những khối BTCT M200, có kích thước 20x20x30cm Hệ số mái tường là 0, chiều dày tường tại đỉnh kè là 0,2m và tại chân móng cũng là 0,2m Chiều cao của tường kè là 7,5m, với cao trình đỉnh tường kè đạt +166,50m, đảm bảo độ dốc là 0,04% theo thiết kế kè.
Hình 3.4: Mô hình t ng ch n
Dùng t ng ch n có c t l i đ a k thu t có nh ng u đi m sau:
+ Các kh i block có th s n xu t trong công x ng b ng bê tông ch t l ng cao, màu s c và kích th c đa d ng phù h p yêu c u th m m
+ Các kh i block có th liên k t d dàng v i c t gia c
+ Thi công đ n gi n, không c n c n c u ho c h th ng đà giáo t n kém, không đòi h i tay ngh cao
+ Có th d dàng chuy n h ng trong các đ ng cong ho c các đo n có cao đ thay đ i
+ Thi công nhanh và r , gi m đ c th i gian thi công so v i bê tông truy n th ng
+ Ti t ki m không gian thi công và không gian khai thác sau khi hoàn thành
+ Kh n ng ch u đ ng đ t cao và thoát n c t t
+ Có th tái s d ng l i các kh i bê tông khi ph i di chuy n công trình
+ Áp l c trên n r t nh , do đó có th tránh đ c vi c x lý n n móng t n kém c v kinh t và th i gian thi công
3.2 Phân tích đi u ki n ng d ng – mô ph ng bài toán b ng ph n m m MSEW3.0[10]
Kh n ng mô hình hóa c a ph n m m MSEW 3.0
Phần mềm MSEW(3.0) của công ty ADAMA-Engineering Hoa Kỳ là công cụ chuyên dụng hỗ trợ thiết kế mái dốc cho các công trình đất sử dụng công nghệ địa kỹ thuật Phần mềm này có khả năng mô hình hóa bài toán sát với thực tế làm việc của công trình đất có cấu trúc đa kỹ thuật, giúp người sử dụng có cái nhìn tổng quát hơn về điều kiện làm việc thực tế của công trình (đất + cấu trúc) Bên cạnh đó, phần mềm còn phân tích dựa trên tiêu chí an toàn của công trình, đưa ra kích thước hợp lý cho các tác dụng sử dụng.
Giao di n ph n m m MSEW(3.0) đ c th hi n nh hình 3.7:
Hình 3.5 Giao di n ph n m m MSEW(3.0)
- L a ch n các thông s cho bài toán : hình 3.6
Ph ng pháp phân tích (Method): AASHTO 2002/NHI-043 (ASD)
S đ hình h c bài toán (Geometry) : đ n gi n và ph c t p
S gia c hay v t li u làm c t đ t (Reinforcement) : C t đ c s d ng có th là các Rào đa k thu t (Gieo grids); v i đa k thu t (Geotextiles); l i thép (metal mats) ; d i thép (metal strip)
The facade structure can be categorized into several types: wrap-around facades, full-height precast facades, and segmental panel facades.
M t t ng là nh ng kh i bê tông (Modular block)
Hình 3.6 : L a ch n các thông s cho bài toán
- Thi t l p các thông s đ u vào : MODIFY INPUT DATA : hình 3.7 Thông tin chung (General Information);
M t c t hình h c và t i tr ng (Geometry and Surcharge);
Thông s tính đ ng đ t ( Seicsmic Parameters);
Gi i h n làm vi c c a công trình (Strata for Global Stability Analysis)
H s đi u ki n làm vi c (Target Performance Criteria)
Hình 3.7 : Thông s đ u vào cho bài toán
- M t c t hình h c và t i tr ng : hình 3
Chi u cao t ng nhô lên H : đ n v là m
Góc nghiêng đ t trên đ nh t ng : đ n v là đ
Chi u cao ph n đ t trên đnh t ng S : đ n v là m
T i tr ng đ ng :uniformly distributed
Hình 3.8 : Thông s hình h c và t i tr ng
- Soil Data: D li u đ t th hi n trên hình 3.9
Reinforcet soil: Ch tiêu c lý đ t đ p trong ph m vi b trí c t
Retained soil: Ch tiêu c lý đ t trong ph m vi cu n lên làm m t t ng Foundation soil: Ch tiêu c lý đ t đ p
- Ki u l i và s l p l i th hi n nh trên hình 3.10 và hình 3.11 Number of reinforcement layers: S l p c t b trí
Spacing between layers: B c c t c đnh gi a các l p, đ n v m; RFid: h s tri t gi m đ b n c t do sai sót khi thi công;
RFd: h s tri t gi m đ b n c t theo th i gian;
RFc: h s tri t gi m đ b n c t do đ c tính t bi n;
T-ult: đ b n c c h n c a c t do nhà s n xu t cung c p;
Hình 3.11 : Thông tin c a lo i l i s d ng
S l p l i – Number of reinforcement layers: ta thay đ i và ch y th bài toán sao cho k t qu ki m toán n đnh t ng th và n đ nh n i b phù h p v i h s n đnh Fs
- Kích th c kh i bê tong đúc s n th hi n trong hình 3.12
Hình 3.12: Kích th c kh i block bê tông (20x20x30cm)
- Các h s đi u ki n làm vi c th hi n trong hình 3.13
Ph n m m này xây d ng d a trên tiêu chu n Anh BS8006-95
M t s bài toán ng d ng c a ch ng trình
1 Bài toán 1 : bài toán v i mô hình m t c t t ng d ng đ n gi n
Hình 3.14 Mô hình m t t ng đ n gi n
2 Bài toán 2 : bài toán v i m t c t t ng ph c t p
Hình 3.15 Mô hình m t t ng ph c t p
Các b c thi t l p bài toán
Gi i quy t m t bài toán t ng đ t có c t ng d ng ph n m m MSEW3.0 ta th c hiên qua các b c sau:
Công việc đầu tiên trong việc nghiên cứu mô phỏng là phác thảo một cách hình học của bài toán Quá trình này liên quan đến việc nhập dữ liệu đầu vào Sự mô phỏng hình học chính xác cho phép chúng ta tái hiện chi tiết và chính xác mô hình tính toán, từ đó đảm bảo rằng kết quả bài toán phù hợp với mô hình thực tế.
3 Th c hi n quá trình tính toán:
4 Hi n th và s d ng k t qu :
Khi giải quyết bài toán này, cần xác định các giá trị suất, phân vùng làm việc và chiều dài lắp giá trị tối thiểu Các tiêu chí thích hợp cho vật liệu làm cột sẽ phụ thuộc vào yêu cầu của người sử dụng.