CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Tính cấp thiết đề tài Trong ngành xây dựng, cọc ván thép (cừ thép, cừ Larssen, cọc ống thép) được sử dụng ngày càng phổ biến, từ các công trình thủy công như cảng, bờ kè, cầu tàu, đê chắn sóng, công trình cải tạo dòng chảy, công trình cầu, đường hầm đến các công trình dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp. Khả năng chịu tải trọng đứng của cọc ván ép phụ thuộc rất lớn vào lực ma sát giữa đất và thành. Và lực ma sát này phụ thuộc vào áp lực tác động và áp lực nước trong đất.
Áp lực nước lỗ rỗng làm giảm áp lực hữu hiệu tác dụng lên bề mặt cọc, do dó ảnh hưởng đến khả năng chịu tải cọc. Vì vậy nghiên cứu ứng xử ma sát của đất và kim loại có xét đến áp lực nước lỗ rỗng là rất quan trọng. Thí nghiệm cắt đất trực tiếp được áp dụng để đo lực ma sát giữa đất và thép, trong đó thíết bị cắt đất sẽ được cải tiến để đo được áp lực nước lỗ rỗng. Cọc thép (cừ Larsen) có các hình dạng như U, V, W.
Được tạo với chất liệu thép đặc, trọng lượng nhẹ, khả năng chịu lực tốt nên được ứng dụng rất nhiều trong xây dựng. Cọc cừ larsen được thiết kế có các khớp nối với nhau tạo nên một mối vô cùng vững chắc nên nó được ứng dụng nhiều cho việc chắn nước, chắn đất trong công tác xử lý nền móng.1: Hình ảnh cừ Larsen Cọc ống thép: Có khả năng chịu tải lớn và rút ngắn được thời gian thi công. Được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng dân dụng như cầu đuờng, kết cấu cầu cảng cùng với các công trình xây dựng nền móng cho các cao ốc tòa nhà thông thường và các nhà máy nhiệt điện.2: Hình ảnh cọc thép ống Đặc điểm chung giữa 2 cọc này đều là phương pháp sử dụng tối ưu ở những công trình có nền đất yếu, ở những nơi đất thấm nước và hơn hết là biện pháp xử lí công tác móng. Khả năng chịu tải của các loại cọc này phụ thuộc rất lớn vào ma sát giữa thép và đất, đặc biệt những vùng đất ngập nước, sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng sẽ làm giảm khả năng chịu tải của cọc.
Do đó, nghiên cứu này khảo sát thực tế về lực ma sát giữa đất và kim loại là quan trọng. Mục đích Khảo sát ứng xử cắt của đất và kim loại trong thí nghiệm cắt đất trực tiếp trong điều kiện CU và CD. Khảo sát ảnh ảnh hưởng áp lực nước lỗ rỗng đến ma sát giữa đất và kim loại bằng thí nghiệm cắt đất trực tiếp. Xác định ma sát giữa đất và kim loại.
Cách tiếp cận, phạm vi nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 1. Cách tiếp cận Tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan đến cắt đất trực tiếp, ma sát giữa đất và kim loại và áp dụng vào thực tế đất sét vùng đồng bằng sông Cửu Long với những đặc trưng cơ lý riêng biệt. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu thực hiện thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý và cắt đất trực tiếp với các mẫu đất sét: Thí nghiệm cơ lý xác định trọng lượng hạt, độ ẩm…. Thí nghiệm cắt với các cấp tải và tốc độ cắt khác nhau.
Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu: đất sét yếu vùng đồng bằng sông Cửu Long. Tổng quan về nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài 1. Tổng quan về nghiên cứu ngoài nước JKM Gan , DG Fredlund và H. Rahardjo (1988) đã thực hiện các thí nghiệm cắt trực tiếp nhiều tầng trên các mẫu bão hòa và không bão hòa của một lớp băng được nén chặt.Một thiết bị cắt trực tiếp thông thường đã được sửa đổi để sử dụng kỹ thuật dịch trục cho các thử nghiệm cắt trực tiếp trên đất không bão hòa.
Đất có thể chịu nhiều loại hút ẩm. Quy trình thử nghiệm và một số kết quả tiêu biểu được trình bày. Đã quan sát thấy sự phi tuyến tính trong đường bao hư hỏng liên quan đến lực hút thuần thục. Các đề xuất được đưa ra về cách tốt nhất để xử lý sự phi tuyến tính từ quan điểm kỹ thuật thực tế.
JY Won và PW Chang (2007) đã thực hiện một nghiên cứu thử nghiệm chuyên sâu để điều tra nguyên nhân của hiện tượng quá cố kết của đất ở khu vực Thành phố Mới Namak, Hàn Quốc. Các sự kiện địa chất kết hợp với sự thay đổi mực nước biển, dao động nước ngầm, phong hóa, rửa trôi và xi măng được xem là nguyên nhân có thể gây ra quá trình cố kết. (2005) đã thực hiện các mô phỏng phần tử riêng biệt cho các thử nghiệm hộp cắt trực tiếp trên mẫu 2D dày đặc và lỏng lẻo của hỗn hợp các hình trụ đã được thực hiện.Mô phỏng phương pháp phần tử riêng biệt và kết quả thực nghiệm cho thấy cả hai cải tiến này đều có thể làm giảm ảnh hưởng của lực ma sát bề mặt đối với cường độ cắt. Dafalla (2013) đã thử nghiệm cắt trực tiếp sử dụng hộp cắt (thường được các kỹ sư địa kỹ thuật thực hành) để xác định được lực dính và góc ma sát bên trong đối với đất dạng hạt.
Nghiên cứu này nhằm mục đích điều tra độ tin cậy của việc sử dụng thử nghiệm cắt trực tiếp đối với các hàm lượng đất sét khác nhau và độ ẩm khác nhau bằng cách sử dụng một biến dạng cắt phù hợp. Tổng quan về nghiên cứu trong nước Thí nghiệm xác định góc ma sát tiếp xúc để xây dựng mặt bao phá hoại không thứ nguyên của đập xà lan. Nguyễn Hải Hà đã thực hiện kéo trượt trong tấm nén bê tông có bề rộng 0,2m; 0,3m và 0,4m; mỗi mô hình thực hiện với ba cấp tải trọng đứng, thí nghiệm kéo trượt đến khi mất ổn định. Kết quả thí nghiệm kéo trượt xác định góc ma sát tiếp xúc tấm móng bê tông là số liệu đầu vào quan trọng cho nghiên cứu mặt bao tải trọng phá hoại cho đập xà lan.
Thí nghiệm xác định sức chống cắt hữu hiệu và độ ẩm dựa trên cơ sở sử dụng phương pháp phân tích thống kê, tổng hợp số liệu thí nghiệm nén ba trục CU và CD tại 9 một số dự án trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh, Trần Ngọc Tuấn, Trần Thanh Danh để xuất các công thức tương quan giữa c'cu và c'cD, giữa Q'cu và q'cD của đất loại sét tại khu vực này. Đó là những thông số sức chống cắt hữu hiệu được xác định từ hai loại thí nghiệm ba trục CU & CD. Ngoài ra, Trần Ngọc Tuấn, Trần Thanh Danh xem xét thêm ảnh hưởng của độ ẩm w (%) đến giá trị góc ma sát trong hữu hiệu. Những công thức trên mang ý nghĩa thực tiễn vì chúng hỗ trợ người kỹ sư khi thiết kế các công trình tại khu vực có đất dính của TP.HCM thêm cơ sở để lấy thông số địa chất đầu vào.
Do đó có thể xác định giá trị thông số q'cD Và c'cp của wthí nghiệm ba trục CD từ kết quả thí nghiệm CU. Thí nghiệm nén cố kết và xác định sức chống cắt của đất loại sét ở Đà Nẵng. Kết quả xác định sức kháng cắt không thoát nước của đất loại sét theo cả ba phương pháp thí nghiệm đều nhỏ hơn 0,2 kG/cm2, cho thấy thuộc loại đất yếu và rất yếu. Khi trạng thái của đất thay đổi từ dẻo mềm, dẻo chảy đến chảy: Cv; av, Cc, Cs có xu hướng tăng dần và Pc giảm dần.
Ngoài phụ thuộc vào trạng thái của đất, đặc tính biến dạng – cố kết thấm và sức kháng cắt còn phụ thuộc vào các chỉ tiêu vật lý cơ bản của đất. Khi khối lượng thể tích khô giảm; độ ẩm giới hạn chảy, chỉ số dẻo, độ sệt và hệ số rỗng tăng thì sức kháng cắt có xu hướng giảm, Pc giảm nhưng Cv; av, Cc, Cs có xu hướng tăng dần 10 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN 2. THÍ NGHIỆM CỐ KẾT MỘT CHIỀU Để nghiên cứu tính nén lún của đất, hiện nay trong phòng thí nghiệm thường dùng phương pháp nén mẫu đất không nở hông. Trong thí nghiệm này, mẫu đất chỉ nén lún theo phương thẳng đứng, không nở theo phương ngang.
Đất bị nén trong điều kiện như vậy gọi là nén không nở hông. Độ lún cố kết sơ cấp của đất thí nghiệm cố kết một chiều (nén không nở hông). Sơ đồ thí nghiệm cố kết 1 chiều Thiết bị thí nghiệm (Hình 2.1) Đặt viên đá xốp đã được bão hoà nước vào đáy hộp nén, đặt mẫu đất trong dao vòng vào trong hộp nén, đá thấm bão hoà nước được đặt lên trên mặt mẫu đất, cuối cùng đặt hệ thống truyền lực nén lên trên đá thấm. Tải trọng P tác dụng lên mẫu cho đến khi mẫu thoát nước và lún hoàn toàn (cố kết hoàn toàn), áp lực tác dụng theo phương thẳng đứng lên mẫu là: , =p=P F với F: diện tích mặt cắt ngang của mẫu đất thí nghiệm.
Tác dụng áp lực nén lên mẫu theo từng cấp: 25,50, 100, 200, 400 kPa…Cấp áp lực cuối cùng phải cao hơn cấp tải trọng thiết kế 100 ~200kPa. Ở mỗi cấp áp lực theo dõi biến dạng lún của mẫu trên đồng hồ đo biến dạng ngay 15s sau khi gia tải vào các thời điểm 1‟, 2‟, 4‟, 8‟, 15‟, 30‟ và 1h, 2h, 23h, và 24h cho tới khi đạt độ ổn định qui ước về lún. Sau khi kết thúc cấp tải trọng cuối cùng, tiến hành dỡ tải theo từng cấp mỗi lần bằng 25% cấp tải trọng cuối cùng. nghiệm, vẽ đường cong nén một chiều khi tăng tải và dỡ tải của các cấp tải trọng trong hệ trục − ′ như hình 2.
Nếu biễu diễn đường quan hệ giữa Để thuận tiện cho tính toán, các số đọc trên đồng hồ đo độ lún (S i) được chuyển thành hệ số rỗng tương ứng (e i). Tập hợp kết quả thí hệ số rỗng và áp lực trong hệ trục bán logarít − ′ 11 có dạng tuyến tính như Hình 2. Theo số liệu thí nghiệm, khi áp lực từ 100-500kPa thì đoạn thẳng − ′ là thoả mãn. Biểu đồ đường cong nén lún ~ ′ và ~ ′ Xác định hệ số rỗng e từ độ lún tương ứng S: Hệ số rỗng ban đầu 0: =ℎ −1= ∆ (1+ ) −1 0 Xác định hệ số rỗng của đất dưới tác dụng của cấp tải trọng thứ i: = −(1+ ) 0 0 Trong đó: : hệ số rỗng tương ứng với cấp áp lực ′ : độ lún tổng của mẫu đất ở cấp áp lực ′ (mm).
H : chiều cao ban đầu của mẫu đất (mm).