Bài giảng tường chắn đất chương 2 tường trọng lực và tường bêtông

TƯỜNG CHẮN ĐẤT
CHƯƠNG 2 TƯỜNG TRỌNG LỰC
VÀ TƯỜNG BÊTƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP HCM
GIẢNG VIÊN: THS. NGUYỄN TRỌNG NGHĨA

CHƯƠNG 2 TƯỜNG TRỌNG LỰC VÀ TƯỜNG
BÊ TƠNG

1 GIỚI THIỆU TƯỜNG CHẮN

CHƯƠNG 2 TƯỜNG TRỌNG LỰC VÀ TƯỜNG
BÊ TƠNG
1. GIỚI THIỆU TƯỜNG CHẮN TRỌNG LỰC VÀ TƯỜNG BÊ
TÔNG
2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
3. CÁC BÀI TOÁN ÁP DỤNG

ĐỊNH NGHĨA TƯỜNG TRỌNG LỰC VÀ TƯỜNG
BÊ TƠNG
1-Tường trọng lực : là tường sử dụng trọng lượng bản thân
của vật liệu làm tường để giữ ổn định

TRỌNG LỰC VÀ TƯỜNG BÊ TƠNG
Pa
W
Pp
FR


CÁC LOẠI TƯỜNG TRỌNG LỰC

Khối bê tông (concrete block wall)

Các loại tường trọng lực thông thường
Gạch

Đá

Vữa xây

CÁC LOẠI TƯỜNG TRỌNG LỰC

Bê tông cốt thép
Chốt và khe
Thi công lắp nhanh đơn
giản
Chiều cao hạn chế
Công trình dân dụng

CÁC LOẠI TƯỜNG TRỌNG LỰC
Rọ đá (Gabion wall)

CÁC LOẠI TƯỜNG TRỌNG LỰC
Tường cũi (Crib wall)

Thi công chậm
Tiết kiệm vật liệu
Độ ổn định cao
Vật liệu dể tìm, thi công nhanh

Công trình kè, tường chắn đất

Tường chắn bảo vệ
cho giao thông


CÁC LOẠI TƯỜNG TRỌNG LỰC
Tường Geocell

CÁC LOẠI TƯỜNG TRỌNG LỰC
Tường Geocell

Thi công nhanh
Tiết kiệm vật liệu
Độ ổn định cao
Tường chắn bảo vệ mái dốc
cho công trình dân dụng và
giao thông

ĐỊNH NGHĨA TƯỜNG TRỌNG LỰC VÀ TƯỜNG
BÊ TÔNG
2-Tường bê tông: Tường sử dụng vật liệu bê tông cốt thép.
Tường có đáy mở rộng để chuyển các lực đứng do khối
lượng tường hoặc đất thành lực ngang dưới đáy tường. Lực
ngang này giữ ổn định cho tường
Ws
Wc
Pa
Pp
FR

CÁC LOẠI TƯỜNG BÊ TÔNG
Tường console (Cantilever Wall)


CÁC LOẠI TƯỜNG BÊ TÔNG

SO SÁNH TƯỜNG TRỌNG LỰC VÀ TƯỜNG BÊ
TÔNG

Tường bê tông cốt thép có bản chống (Counterfort Wall)

PHẠM VI ÁP DỤNG

Tường trọng lực

Tường bê tông

Thi công đơn giản

Thi công phức tạp hơn

Khối lượng vật liệu nhiều

Tiết kiệm vật liệu sử dụng

Trọng lượng nặng, thông
thường tường bị giới hạn
chiều cao

Vươn cao hơn tường trọng
lực, kết cấu hiệu quả hơn
khi gia cường bản chống

PHẠM VI ÁP DỤNG


PHẠM VI ÁP DỤNG

PHẠM VI ÁP DỤNG

KHO XĂNG DẦU - LIÊN CHIỂU

BÀI HỌC KINH NGHIỆM


ĐẬP KOYNA-INDIA

ĐẬP KOYNA-INDIA

KÍCH THƯỚC THÔNG DỤNG

KÍCH THƯỚC THÔNG DỤNG


BỐ TRÍ CỐT THÉP

HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MƯA

HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MƯA

HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MƯA


HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MƯA

HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MƯA

HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MƯA

SỬ DỤNG LÝ THUYẾT ÁP LỰC NGANG LÊN
TƯỜNG
-Tường trọng lực nên sử dụng lý thuyết Coulomb


SỬ DỤNG LÝ THUYẾT ÁP LỰC NGANG LÊN
TƯỜNG
-Tường console và tường có bản chống nên sử dụng lý thuyết
Rankine

CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN CHO TƯỜNG TRỌNG
LỰC
1-Tính áp lực và lực tác dụng lên tường chắn

CHƯƠNG 2 TƯỜNG TRỌNG LỰC VÀ TƯỜNG
BÊ TÔNG

2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN CHO TƯỜNG TRỌNG

LỰC
b-Kiểm tra ổn định lật
FS = Mômen chống lật / Mômen gây lật ≥ 2

2-Kiểm tra ổn định tường chắn :
a-Kiểm tra ổn định trượt,
FS= Lực chống trượt/ Lực gây trượt ≥ 1,5
lw

W
W
FR

Pa

Pa
la


CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN CHO TƯỜNG TRỌNG
LỰC

CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN CHO TƯỜNG TRỌNG
LỰC
d-Kiểm tra ổn định tổng thể,
Tạm thời FS ≥ 1,1,
Dài hạn FS ≥ 1,35

c-Kiểm tra chịu tải nền,
FS=qult/qmax ≥ 3

W

Pa

qmin

qmax

1-TÍNH CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG

1-TÍNH CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG
β

Pa

H

Ws
Pv

Wc

β
H

δa

Pa

Ph

W

Pp

δp
Pp
FR

FR

h


SỬ DỤNG TRA BẢNG ĐỂ TÍNH ÁP LỰC
NGANG
Bảng tra áp lực do Terzaghi, Peck và Mesri lập vào năm
1996

SỬ DỤNG TRA BẢNG ĐỂ TÍNH ÁP LỰC
NGANG
Tường có chiều cao H chịu tác dụng của hai lực: Lực ngang
và đứng
1
1
2
2
Pah 

Phạm vi ứng dụng:
1-Bài tính tường là bài toán phẳng 2D và không có mang
phụ tải
2-Mặt đất đắp sau lưng tường nằm nghiêng một góc β

Trường hợp tường nghiêng một góc β

Loại
1
2
3
4
5

2

Kh H

Pav 

2

Kv H

Vật liệu đắp
.
Đất hạt thô sạch (cát sạch hoặc san)
Đất hạt thô hệ số thấm bé do trộn lẫn với hạt bụi
Đất trầm tích lẫn với bụi, và đất rời pha sét
Sét yếu hoặc rất yếu, bụi lẫn hữu cơ hoặc bụi sét

Sét cứng vừa hoặc cứng

Trường hợp tường nghiêng một góc β tới chiều cao nhất định


Trường hợp tường nghiêng một góc β tới chiều cao nhất định

2-KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TƯỜNG
a-ỔN ĐỊNH TRƯỢT
1-Lực gây trượt:
Ph : Lực gây trượt
2-Lực chống trượt:
FR  c a B  R tan   Pp

Trong đó:
R là tổng lực đứng= Ws +Wc +Pv
δ là góc ma sát đất và đáy tường ≈ Ф
ca là lực dính đơn vị của đất và đáy tường = α.cu
3-Hệ số an toàn chống trượt
FS 

2-KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TƯỜNG
a-ỔN ĐỊNH TRƯỢT

FR
 1.5
Ph

2-KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TƯỜNG
a-ỔN ĐỊNH TRƯỢT

4- Gia tăng hệ số an toàn chống trượt bằng gia cường chốt

ca = α.cu
FR  c a B  R tan   Pp

Trong đó:
R là tổng lực đứng= Ws +Wc +Pv
δ là góc ma sát đất và đáy tường
ca là lực dính đơn vị của đất và đáy tường


2-KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TƯỜNG
b-ỔN ĐỊNH LẬT

1-Mơment gây lật:
M o  Ph

H
3

2-Mơment chống lật:
M R  Wclc  Wsls

Trong đó:
H: chiều cao tường
h: chiều sâu chơn tường
lc, ls: khoảng cách từ tâm xoay đến trọng tâm
tường và đất tương ứng
3-Hệ số an tồn chống lật
FS 

1-Lệch tâm e:
e

B (M R  M o )

2
R

2-Áp lực dưới tường
q max 

R  6e 
1 
B 
B

q min 

R  6e 
1 
B 
B

Hai phương trình trên
chỉ đúng khi e ≤ B/6

MR
2
Mo

2-KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TƯỜNG
c-CHỊU TẢI NỀN

3-Khả năng chịu tải nền (Theo Terzaghi)
qult  0.5 N  b  qN q  cN c  Móng băng

q : trọng lượng của lớp đất phủ bên trên đáy móng
N  , N q , N c tra bảng theo  của lớp đất ngay dưới đáy móng

4-Hệ số an
tồn
FS 

c-CHỊU TẢI NỀN

qu
3
q max

2-KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TƯỜNG
c- ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ
1-Tính hệ số an tồn nhỏ nhất do cung trượt đi qua


BÀI TẬP ÁP DỤNG

CHƯƠNG 2 TƯỜNG TRỌNG LỰC VÀ TƯỜNG
BÊ TÔNG

3 BÀI TOÁN ÁP DỤNG

Cho tường console như
hình vẽ.
Đất sau tường nghiêng β=15o
Đất phía trên là đất cát:
γ = 18,5kN/m3. Ф=30o. c=0
Đất phía dưới đáy tường:
γ = 19kN/m3. Ф=25o. c=60 kpa

1-LỰC TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG CHẮN

Sử dụng lý thuyết Rankine

Đất loại 1
Góc nghiêng β

1-LỰC TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG CHẮN

=15o

1
K v  1  Pv  1 7,82
2
Pv  30,42kN

K a  cos  

cos   cos2   cos2 
cos   cos   cos 

2

2

 cos15o 

cos15o  cos2 15o  cos2 30o
cos15o  cos2 15o  cos2 30o

K a  0.373

Pa 

1
1
K aH 2   0,37318,5  7,82  209,9kN
2
2

Ph  Pa cos   209,9 cos15o  202,77kN
K h  5,05
1
 Ph   5,05  7,82
2
Ph  153,62kN

Pv  Pa sin   209,9 sin15o  54,326kN

Thiên về an toàn ta sử dụng lý thuyết Rankine để tính
K p  tan 2 ( 45   / 2 )  3

Pp 

1
1
K p h 2  3  18 ,5  2 2  111 kN
2
2


1
K aH 2  209,9kN
2
2-KIỂM
Ph  Pa cos   202,77kN
Pa 

Pv  Pa sin   54,326kN
Pp 

TRA ỔN ĐỊNH TƯỜNG

A-ỔN ĐỊNH TRƯỢT

1
K p h 2  111 kN
2

2-KIỂM TRA ỔN ĐỊNH - CHỐNG LẬT
Mômen gây lật:

M o  Ph

H
7,8
 202,77 
 527,202kNm
3
3

Mômen chống lật ta có bảng sau:
ID

Diện tích
(m2)

Trọng lượng
riêng(kN/m3)

Trọng
lượng(kN/m)

Cánh tay đòn
(m)

Mômen
(kNm/m)

1

1,16

18,5

21,5

3,75

80,8

2

18,75

18,5

346,9

3,25

1127,3

3

3,56

24

85,5

2,38

203,1

4

3,13

24

75,0

1,50

112,5

5

0,78

24

18,8

1,17

21,9

W 544,7kN

 M 1545,6kNm

MR  M  1545,6 kNm

2-KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CHỐNG LẬT
Kiểm tra hệ số an toàn chống lật
FS 

MR
1545,6

 2,9  2
M o 527,202

2-KIỂM TRA ỔN ĐỊNH - CHỐNG TRƯỢT
Lực gây trượt:

Ph  202,77kN

Lực chống trượt FR: FR  c a B  R tan   Pp

trong đó:
ca  cu  0,55  60  33
B  4,75m

R  W  547,7kN
    25o

Như vậy :
FR  33 4,75 547,7  tan(25o ) 111 523,2kN

Kiểm tra hệ số an toàn chống trượt:

FS 

FR
523,2

 2,58  1,5
Ph 202,77


2-KIỂM TRA ỔN ĐỊNH - NỀN
Độ lệch tâm e:

B (M R  M o ) 4,75 (1545,6  527,2)
e 


 0,5
2
R
2
544,7

3-BỐ TRÍ CỐT THÉP
Bảng đứng có sơ đồ tính

Áp lực dưới đáy móng:

H =7-0,75 = 6,25m

R  6e  544,7  6  0,5 
qmax  1   
1
 187kPa
B  B  4,75 
4,75 
R  6e  544,7  6  0,5 
qmin  1   
1
 42,3kPa
B  B  4,75 
4,75 

Khả năng chịu tải nền:
qult  0.5 N  b  qN q  cN c  0,5  8,34  19  4,75
 2  18,5  12,72  60  25,1  2354 ,78 kPa

Kiểm tra chịu tải nền: FS  qult  2354 ,78  12,59  3 Thoa
qmax

187

THÉP BẢNG ĐỨNG

THÉP BẢNG ĐÁY PHẦN GÓT

Tính toán cốt thép bản đứng

Tính toán cốt thép bảng đáy phần gót

2

Pa 

1
1
K aH 2   0,373  18,5  6,252  134,78kN
2
2

 42,3 

Ph  Pa cos  134,78 cos15  130kN

Fa 

h
6,25
 130
 270kNm
3
3

M
270

 0,0015m2
0,9  Ra  ho 0,9  280000 0,7

187  42,3

 133kPa
4,78

M  21,5  (3,75  1,75)  346,9  (3,25  1,75)

1

o

M  Ph 

Pg  42,3  3 

32
32
 (133  42,3)  237kNm
2
6

3m

Pg

Pmax= 187kPa

Pmin = 42,3kPa

Fa 

M

237

 0,0013m2
0,9  Ra  ho 0,9  280000 0,7


THÉP BẢNG ĐÁY PHẦN MŨI
Tính toán cốt thép bảng đáy phần mũi
Pg 2  187  1 

M  157 

187  42,3
 157kPa
4,78

12
12
 (187  157)  83,5kNm
2
6

1m

Pg2

Pmax= 187kPa

Pmin = 42,3kPa

Fa 

M
83,5

 0,00047m2
0,9  Ra  ho 0,9  280000 0,7