Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng xi măng và sợi xơ dừa đến sức chống cắt của đất yếu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------------

TRẦN TẤT THÀNH

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG XI MĂNG
VÀ SỢI XƠ DỪA ĐẾN SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT YẾU.
Chuyên ngành : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM
Mã số

: 60.58.02.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015.


Cơng trình được hồn thành tại : Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS Võ Phán
Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS. TS. Nguyễn Văn Chánh.
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Lê Văn Pha.
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 08 tháng 01 năm 2016.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm :
1.
2.
3.
4.
5.

PGS. TS. Châu Ngọc Ẩn.
TS. Lê Trọng Nghĩa.
PGS. TS. Nguyễn Văn Chánh.
TS. Lê Văn Pha.
TS. Nguyễn Ngọc Phúc.

Xác nhận của Chủ Tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quan lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS. TS. Châu Ngọc Ẩn.

PGS. TS. Nguyễn Minh Tâm


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Trần Tất Thành ............................................... MSHV: 7140136
Ngày, tháng, năm sinh: 26/10/1990 ........................................... Nơi sinh: Bình Định
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây Dựng Cơng Trình Ngầm ............ Mã số : 60.58.02.04

I. TÊN ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG XI MĂNG VÀ SỢI
XƠ DỪA ĐẾN SỨC CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT YẾU.”
II. NỘI DUNG LUẬN VĂN:
Mở đầu
Chương 1 : Tổng quan về gia cố đất yếu bằng xi măng và sợi.
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết về đất trộn xi măng – sợi và ổn định mái taluy
nền đường.
Chương 3 : Thí nghiệm mẫu đất trộn sợi xơ dừa và xi măng trong phịng thí
nghiệm.
Chương 4 : Tính tốn ổn định nền đường trước và sau khi gia cường xi măng – sợi
xơ dừa.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: Ngày 06 tháng 07 năm 2015.

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày 04 tháng 12 năm 2015.
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

: PGS. TS. Võ Phán.
Tp. HCM, ngày 08 tháng 01 năm 2016

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TRƯỞNG KHOA

PGS. TS. Võ Phán.

PGS. TS. Lê Bá Vinh.

PGS. TS. Nguyễn Minh Tâm.


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, học viên xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đã cổ vũ, động viên và hỗ trợ
học viên trong suốt thời gian qua.
Xin cảm ơn các thầy cơ trong bộ mơn Địa Cơ Nền Móng – Khoa Kỹ Thuật Xây
Dựng – Trường ĐH Bách Khoa TPHCM, đã truyền đạt kiến thức và tạo điều kiện cho
học viên sử dụng phịng thí nghiệm.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS. TS. Võ Phán đã tận
tình hướng dẫn, giúp học viên có được những định hướng tốt cho luận văn. Qua thầy,
học viên không những được truyền đạt kiến thức, mà còn học được phương pháp
nghiên cứu, phương pháp làm việc và cả nhiệt huyết trong nghề nghiệp.
Xin kính chúc sức khỏe các thầy cô!

Học viên

Trần Tất Thành.


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn nghiên cứu khả năng cải tạo đất sét yếu khu vực tỉnh Bền Tre bằng sợi xơ
dừa và xi măng. Sử dụng các thí nghiệm : cắt trực tiếp, nén đơn để xác định hàm lượng
sợi xơ dừa - xi măng thích hợp. Xi măng sử dụng loại PCB40, xơ dừa cắt nhỏ thành
từng đoạn 2cm. Các hàm lượng xơ dừa được xét đến : 0%, 0.4%, 0.8%, 1.2 %, các hàm
lượng xi măng được xét đến : 6%, 8%, 10%, 12%. Ứng dụng của hỗn hợp vật liệu này
vào đắp đường tại huyện Châu Thành – tỉnh Bến Tre.
Abstract : This reseach presents a treatment solution of soft soil clay by mixing

cement and coir fiber. By using laboratory tests : Direct Shear Test and Unconfined
Compression Test, with different contents of coir fiber : 0.0 %, 0.4 %, 0.8%, 1.2%,
cement: 6%, 8%, 10%, 12%, the reseach figures out the optimum content of coir fiber
and cement for the composite. In addition, the author considers to apply this composite
to road in Chau Thanh district – Ben Tre province.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết luận đưa ra trong luận văn này được thực hiện theo
phương pháp khoa học khách quan, không sao chép và có trích dẫn nguồn tài liệu đầy
đủ. Các thí nghiệm đều được thực hiện theo đúng tiêu chuẩn.

Học viên

Trần Tất Thành.


MỤC LỤC
Mở đầu
1.

Đặt vấn đề nghiên cứu ...................................................................................... 1

2.

Mục đích nghiên cứu ......................................................................................... 1

3.

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 1

4.

Ý nghĩa khoa học .............................................................................................. 2

5.

Giá trị thực tiễn ................................................................................................. 2

6.

Giới hạn của đề tài ............................................................................................ 2

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ ĐẤT YẾU BẰNG XI MĂNG VÀ SỢI
1.1 Tổng quan về gia cố đất yếu bằng sợi ................................................................ 3
1.2 Tổng quan về gia cố đất yếu bằng sợi kết hợp xi măng...................................... 6
1.3 Tổng quan về gia cố đất yếu bằng sợi xơ dừa .................................................... 9
1.4 Tổng quan các phương pháp đưa sợi vào đất tại hiện trường ............................. 12
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐẤT TRỘN XI MĂNG – SỢI VÀ ỔN ĐỊNH
TRƯỢT MÁI TALUY NỀN ĐƯỜNG.
2.1 Cơ chế đóng rắn của xi măng trong đất ............................................................. 15
2.2 Tương tác giữa sợi và nền ................................................................................. 15
2.2.1 Tương tác giữa sợi và nền đồng nhất không nứt...................................... 15
2.2.2 Tương tác giữa sợi và nền bị nứt............................................................. 17
2.3 Phân tích ổn định mái taluy nền đường theo mặt trượt ...................................... 18


2.3.1 Phương trình cân bằng của khối đất trượt ............................................... 18
2.3.2 Phương trình cân bằng mơmen ............................................................... 20
2.3.3 Phương trình cân bằng lực ...................................................................... 20

2.3.4 Phương trình cân bằng giới hạn tổng quát (GLE).................................... 20
Chương 3 THÍ NGHIỆM MẪU ĐẤT TRỘN SỢI XƠ DỪA VÀ XI MĂNG
TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM.
3.1 Nguyên vật liệu dùng trong thí nghiệm ............................................................. 22
3.1.1 Đất dùng trong thí nghiệm ...................................................................... 22
3.1.2 Xi măng dùng trong thí nghiệm .............................................................. 23
3.1.3 Xơ dừa dùng trong thí nghiệm ................................................................ 23
3.2 Thí nghiệm cắt trực tiếp (TCVN 4199-2012) .................................................... 25
3.2.1 Mục đích thí nghiệm cắt trực tiếp ........................................................... 25
3.2.2 Thiết bị thí nghiệm cắt trực tiếp .............................................................. 25
3.2.3 Chế bị mẫu thí nghiệm cắt trực tiếp ........................................................ 26
3.2.4 Thực hiện thí nghiệm cắt trực tiếp .......................................................... 28
3.2.5 Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp .............................................................. 29
3.3 Thí nghiệm nén đơn (ASTM D2166) ................................................................ 35
3.3.1 Mục đích thí nghiệm nén đơn ................................................................. 35
3.3.2 Thiết bị thí nghiệm nén đơn .................................................................... 35
3.3.3 Chế bị mẫu thí nghiệm nén đơn .............................................................. 36


3.3.4 Thực hiện thí nghiệm nén đơn ................................................................ 38
3.3.5 Kết quả thí nghiệm nén đơn .................................................................... 39
3.4 Thí nghiệm đầm chặt đất (TCVN 4201:2012) ................................................... 44
3.4.1 Mục đích thí nghiệm đầm chặt................................................................ 44
3.4.2 Thiết bị thí nghiệm đầm chặt .................................................................. 44
3.4.3 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm đầm chặt ......................................................... 44
3.4.4 Tiến hành thí nghiệm đầm chặt ............................................................... 46
3.4.5 Kết quả thí nghiệm đầm chặt .................................................................. 47
Chương 4 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG TRƯỚC VÀ SAU KHI GIA
CƯỜNG BẰNG XI MĂNG – SỢI XƠ DỪA.
4.1 Đặt vấn đề ......................................................................................................... 50

4.2 Giới thiệu cơng trình ......................................................................................... 51
4.2.1 Vị trí địa lý ............................................................................................. 51
4.2.2 Các thơng số kỹ thuật của cơng trình ...................................................... 51
4.2.3 Số liệu địa chất ....................................................................................... 53
4.3 Tải trọng tác dụng lên nền đường (22TCN 262 – 2000) .................................... 55
4.4 Tính tốn ổn định cho cơng trình đắp bằng đất tự nhiên .................................... 56
4.4.1 Phân tích bằng phần mềm SLOPE/W ..................................................... 56
4.4.2 Phân tích bằng phần mềm Plaxis 8.5....................................................... 57
4.5 Tính tốn ổn định cho cơng trình đắp bằng đất gia cường ................................. 59


4.5.1 Phân tích bằng phần mềm SLOPE/W ..................................................... 59
4.5.2 Phân tích bằng phần mềm Plaxis 8.5....................................................... 60
Kết luận và kiến nghị
A.

Kết luận ............................................................................................................ 62

B.

Kiến nghị .......................................................................................................... 62


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 : Quan hệ ứng suất và biến dạng của đất sét có và khơng có gia cường sợi
theo Nataraj, M.S, McManis. ................................................................ 3
Hình 1.2 : Quan hệ ứng suất, biến dạng tại các độ ẩm khác nhau của mẫu đất cát có
gia cường 0.3% hàm lượng sợi theo Nataraj, M.S, McManis. ............... 4
Hình 1.3 : Quan hệ ứng suất, biến dạng của đất sét trộn với sợi nylon theo Kumar, S
và Tabor, E. .......................................................................................... 4

Hình 1.4

: Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp với chiều dài sợi 10mm, áp lực 100kPa
trong thí nghiệm của Amin Chegenizadeh, Prof. Hamid Nikraz. ........... 5

Hình 1.5 : Quan hệ ứng suất, biến dạng của đất gia cường bằng xi măng và sợi trong
thí nghiệm của Chaosheng Tang, Bin Shi, Wei Gao, Fengjun Chen. ..... 7
Hình 1.6 : Hiệu ứng “bắt cầu” của đất sét gia cố xi măng và sợi polypropylene trong
thí nghiệm của Chaosheng Tang, Bin Shi, Wei Gao, Fengjun Chen. ..... 7
Hình 1.7 : Biến dạng của mẫu đất trộn xi măng với chiều dài sợi 6mm và 12mm
theo Kim, Woo Sik•Jung, Du Hwoe•Cho, Il Muk. ................................ 8
Hình 1.8 : Quan hệ ứng suất biến dạng của mẫu đất trộn xi măng với chiều dài sợi
6mm và 12mm theo Kim, Woo Sik•Jung, Du Hwoe•Cho, Il Muk......... 8
Hình 1.9 : Các loại xơ dừa dùng trong thí nghiệm của Rao, G. V., Dutta, R. K.,
Ujwala. ................................................................................................. 9
Hình 1.10 : Cường độ nén của hỗn hợp đất sét pha cát trộn với sợi xơ dừa với hàm
lượng khác nhau theo Bryan Gaw and Sofia Zamora. ........................... 10


Hình 1.11 : Quan hệ ứng suất, biến dạng của đất sét nhiễm mặn được gia cường với
xơ dừa với các hàm lượng khác nhau theo Bindu Sebastian. ................. 11
Hình 1.12 : Quan hệ ứng suất, biến dạng của đất sét nhiễm mặn được gia cường với
xơ dừa với các chiều dài sợi khác nhau theo Bindu Sebastian. .............. 11
Hình 1.13 : Thiết bị phun sợi xử lý ổn định mái dốc................................................ 12
Hình 1.14 : Thiết bị rải sợi gia cố nền đường. ......................................................... 13
Hình 1.15 : Đầm chân cừu trải hỗn hợp sợi. ............................................................ 13
Hình 2.1 : Tương tác giữa sợi, nền khơng nứt ....................................................... 16
Hình 2.2 : Sợi và nền bám dính hồn tồn (a), Sợi và nền bám dính một phần (b). 17
Hình 2.3 : Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt trịn. .............. 19
Hình 2.4 : Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt tổ hợp. .......... 19

Hình 2.5 : Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt gãy khúc. ...... 19
Hình 3. 1 : Biểu đồ đường cong cấp phối hạt của đất thí nghiệm. ........................... 22
Hình 3.2 : Xi măng PCB40 Holcim. ...................................................................... 23
Hình 3.3 : Cấu tạo của trái dừa. ............................................................................. 23
Hình 3.4 : Sản xuất sợi xơ dừa. ............................................................................. 24
Hình 3.5 :

Ngun lý thí nghiệm cắt trực tiếp. ...................................................... 25

Hình 3.6 : Máy trộn, hộp cắt và máy cắt trực tiếp. ................................................. 25
Hình 3.7 : Cân đất, nước, xi măng, xơ dừa. ........................................................... 27
Hình 3.8 : Trộn đất – nước – xi măng (a), Rải sợi xơ dừa (b). ............................... 27


Hình 3.9 : Cho đất vào khn (a), bảo dưỡng mẫu cắt trực tiếp (b). ...................... 28
Hình 3.10 : Hình dạng phá hoại mẫu cắt trực tiếp.................................................... 30
Hình 3.11 : Biểu đồ quan hệ góc ma sát trong và hàm lượng xơ dừa, xi măng......... 31
Hình 3.12 : Biểu đồ quan hệ lực dính và hàm lượng xơ dừa, xi măng. .................... 32
Hình 3.13 : Biểu đồ quan hệ sức chống cắt theo hàm lượng xi măng – xơ dừa tại cấp
áp lực 200 Kpa. .................................................................................... 33
Hình 3.14 : Biểu đồ quan hệ sức chống cắt theo hàm lượng xi măng – xơ dừa tại cấp
áp lực 100 Kpa. .................................................................................... 33
Hình 3.15 : Biểu đồ quan hệ sức chống cắt theo hàm lượng xi măng – xơ dừa tại cấp
áp lực 50 Kpa. ...................................................................................... 34
Hình 3.16 : Thiết bị nén một trục ghi số liệu tự động tại phòng LAS – XD 498. ..... 35
Hình 3.17 : Khn tạo mẫu nén đơn. ....................................................................... 37
Hình 3.18 : Bảo dưỡng mẫu nén đơn. ...................................................................... 38
Hình 3.19 : Bọc lưu huỳnh mẫu nén đơn. ................................................................ 39
Hình 3.20 : Một số hình dạng phá hoại điển hình của mẫu đất – xi măng – xơ dừa khi
nén đơn. ............................................................................................... 40

Hình 3.21 : Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng xi măng – xơ dừa và sức kháng nén đơn
qu. ......................................................................................................... 42
Hình 3.22 : Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng xi măng – xơ dừa và module E50. ...... 43
Hình 3.23 : Đất sấy khô được làm tơi và cho qua rây lỗ 5mm. ................................ 46
Hình 3.24 : Mẫu đất gọt bằng mặt trong cối. ........................................................... 47


Hình 3.25 : Đường cong đầm chặt mẫu đất tự nhiên................................................ 47
Hình 3.26 : Đường cong đầm chặt mẫu đất – 12% xi măng. .................................... 48
Hình 4.1 : Đường Lộ Bờ Mè khu vực huyện Châu Thành – tỉnh Bến Tre .............. 50
Hình 4.2 : Vị trí địa lý huyện Châu Thành – tỉnh Bến Tre. .................................... 51
Hình 4.3 : Mặt cắt ngang điển hình của nền đường................................................ 52
Hình 4.4 : Hình trụ hố khoan. ................................................................................ 54
Hình 4.5 : Sơ đồ xác định hoạt tải xe..................................................................... 55
Hình 4.6 : Mơ hình bài tốn đắp bằng đất tự nhiên trong Geo Slope. ..................... 56
Hình 4.7 : Mơ hình Plaxis khi đắp bằng đất tự nhiên. ............................................ 57
Hình 4.8 : Quan hệ giữa chiều cao đắp và hệ số ổn định trượt khi đắp bằng đất tự
nhiên .................................................................................................... 58
Hình 4.9 : Mơ hình bài tốn đắp bằng đất được gia cường trong Geo Slope. ......... 59
Hình 4.10 : Mơ hình Plaxis khi đắp bằng đất gia cường xi măng và sợi xơ dừa. ...... 60
Hình 4.11 : Biểu đồ quan hệ giữa chiều cao đắp và hệ số ổn định trượt khi đất được
gia cường bằng xi măng và sợi xơ dừa................................................. 61


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 : Kết quả thí nghiệm của Rao, G. V., Dutta, R. K., Ujwala. .................... 9
Bảng 3.1 : Các thông số cơ bản của loại đất dùng trong nghiên cứu....................... 22
Bảng 3.2 : Thành phần hóa học của xơ dừa. .......................................................... 24
Bảng 3.3 : Thống kê số lượng mẫu chế bị dùng cho thí nghiệm cắt trực tiếp.......... 26
Bảng 3.4 : Bảng tổng hợp góc ma sát trong của hỗn hợp đất – xi măng – xơ dừa. .. 29

Bảng 3.5 : Bảng tổng hợp lực dính của hỗn hợp đất – xi măng – xơ dừa (Kpa). ..... 29
Bảng 3.6 : Bảng tổng hợp sức chống cắt tại cấp áp lực 200 Kpa. ........................... 29
Bảng 3.7 : Bảng tổng hợp sức chống cắt tại cấp áp lực 100 Kpa. ........................... 30
Bảng 3.8 : Bảng tổng hợp sức chống cắt tại cấp áp lực 50 Kpa. ............................. 30
Bảng 3.9 : Thống kê số lượng mẫu chế bị dùng cho thí nghiệm nén đơn. .............. 36
Bảng 3.10 : Thông số nén đơn của mẫu đất tự nhiện................................................ 40
Bảng 3.11 : Bảng tổng hợp sức kháng nén đơn qu (kG/cm2). ................................... 40
Bảng 3.12 : Bảng tổng hợp module E50 (kPa). ......................................................... 41
Bảng 3.13 : Bảng tổng hợp biến dạng phá hoại  (%). ............................................. 41
Bảng 3.14 : Bảng tổng hợp dung trọng của mẫu nén đơn γ (g/cm3).......................... 41
Bảng 3.15 : Bảng tổng hợp độ ẩm của mẫu nén đơn W (%). .................................... 42
Bảng 4.1 : Bảng tổng hợp chỉ tiêu vật lý, cơ lý các lớp đất. ................................... 53
Bảng 4.2 : Các trạng thái cân bằng theo các phương pháp phân tích khác nhau. .... 56


Bảng 4.3 : Bảng tổng hợp hệ số ổn định trượt từ Geo Slope/W khi đắp đất tự nhiên.
............................................................................................................. 57
Bảng 4.4 : Bảng tổng hợp hệ số ổn định trượt từ Geo Slope/W khi đắp đất đã gia
cường xi măng và sợi xơ dừa. ............................................................... 59
Bảng 4.5 : Hệ số ổn định trượt của mái dốc đắp bằng đất gia cường theo Plaxis. ... 60


CÁC KÝ HIỆU
A

m2

Diện tích tiết diện ngang

AL, AR

kPa

Hợp lực tác dụng của nước

a

m

Khoảng cách từ hợp lực nước bên ngoài tới tâm quay

b

m

Bề rộng các mảnh

c

kPa

Lực dính

cu

kPa

Lực dính trong điều kiện khơng cố kết, khơng thốt
nước.

d

m

Khoảng cách từ trọng tâm khối trượt đến đường thẳng
đứng đi qua O

D

kPa

Ngoại lực tác dụng

e

m

Khoảng cách theo phương đứng từ trọng tâm phân tố
đất đến tâm trượt.

EL, ER

kPa

Lực tiếp tuyến bên trái và bên phải của mỗi phân tố
đất.

Em

kPa

Module Young của nền

Ef

kPa

Module Young của sợi

E50

kPa

Module Young 50

f

m

Khoảng cách từ tâm quay đến phương của lực pháp
tuyến.
Hệ số ổn định trượt

[F], [FS]
Gm

kPa

Module cắt của nền

h

m

Chiều cao trung bình của mỗi phân tố đất

IP

%

Chỉ số dẻo

Km

Hệ số ổn định lấy theo điều kiện cân bằng mômen


Hệ số ổn định lấy theo điều kiện cân bằng lực

Kf
kW

kN

Tải trọng động đất theo phương ngang

LAB

m

Chiều dài cung AB

l

m

Chiều dài sợi

N

kN

Tổng lực pháp tuyến tại đáy mặt trượt của phân tố đất

qu

kPa

Cường độ nén đơn hay sức kháng nén một trục

R

m

Bán kính cung trượt

R

m

Khoảng cách các sợi

r

m

Bán kính sợi

s

kPa

Ứng suất cắt giới hạn tại điểm bất kỳ trên mặt trượt ở
trạng thái cân bằng giới hạn.

Sm

kN

Lực cắt di chuyển khi mặt trượt có hình dạng bất kỳ

u

kPa

Áp lực nước lỗ rỗng

W

%

Độ ẩm

W

kN

Trọng lượng mảnh trượt

Wopt

%

Độ ẩm tối thuận cho đầm chặt

x

m

Khoảng cách theo phương ngang từ trọng tâm phân tố
đất đến tâm cung trượt.

XL, XR

kPa

Lực cắt bên trái và bên phải của mỗi phân tố đất

z0

m

Độ sâu khe nứt



()

Góc hợp giữa tiếp tuyến tại đáy mỗi mặt trượt với
phương nằm ngang.

β

m

Chiều dài đáy mặt trượt

φ

()

Góc ma sát trong


φu

()

Góc ma sát trong, trong điều kiện khơng cố kết, khơng
thốt nước

γ

kN/m3

Trọng lượng thể tích tự nhiên

γd

kN/m3

Trọng lượng thể tích khơ.

γdmax

kN/m3

Dung trọng khơ lớn nhất

γw

kN/m3

Trọng lượng thể tích của đất ẩm



%

Biến dạng thể tích

m

%

Biến dạng của nền



kPa

Ứng suất nén dọc trục

f

kPa

Ứng suất dọc trục sợi

n

kPa

Ứng suất pháp giới hạn ở trạng thái cân bằng giới hạn

θ

()

Góc nhìn cung trượt ở tâm O



kPa

Ứng suất tiếp.

ω

()

Góc nghiêng của tải trọng ngồi so với phương ngang.


1

MỞ ĐẦU
1.

Đặt vấn đề nghiên cứu

Tại các tỉnh Đồng bằng sơng Cửu Long, nhiều cơng trình giao thơng đường bộ được
đắp bằng đất yếu tại chỗ, do tính chất cơ lý yếu, không đủ thời gian cố kết nên rất dễ bị
trượt, lở do tải trọng của phương tiện giao thông, tải trọng bản thân, mưa lũ. Từ lâu,
dân ta đã biết thêm vào đất sét các loại rơm rạ, xơ sợi để làm vật liệu xây dựng và thời
gian đã chứng minh được tính bền vững của loại vật liệu này. Xơ dừa là một trong
những loại xơ sợi tự nhiên tốt nhất được biết đến, với tính chất cơ lý dẻo dai và trọng
lượng riêng rất nhẹ. Do đó, tác giả tiến hành : “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm
lượng xi măng và sợi xơ dừa đến sức chống cắt của đất yếu” với mong muốn chứng
minh xơ dừa có khả năng làm cho đất yếu tốt hơn từ đó có thể mở ra một khả năng mới

sử dụng vật liệu xơ dừa của địa phương để cải tạo đất cho cơng trình nền đường, giải
quyết đồng thời ba bài tốn : kỹ thuật, kinh tế, mơi trường.
Bến tre là địa phương sản xuất dừa lớn nhất khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long. Theo
Niên Giám Thống Kê tỉnh Bến Tre, năm 2014 Bến Tre có 67.382 ha diện tích trồng
dừa, sản lượng đạt 525,81 nghìn tấn (quả), vì vậy khi nhắc đến dừa thì Bến Tre là cái
tên đầu tiên được nghĩ tới. Mặt khác, đất ở Bến Tre chủ yếu là đất sét yếu không thuận
lợi cho việc xây dựng cơng trình nhưng nhu cầu về hạ tầng giao thơng thì khơng hề
nhỏ. Vì thế, nghiên cứu này được thực hiện hướng đến đối tượng là đất khu vực tỉnh
Bến Tre và sợi xơ dừa Bến Tre.

2.

Mục đích nghiên cứu

Xác định hàm lượng sợi xơ dừa và xi măng thích hợp để cải tạo đất yếu cho các cơng
trình đắp.
Xác định chiều cao đắp tối đa cho cơng trình đường.


2

3.

Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên lý thuyết về cơ chế đóng rắn của xi măng trong đất, ứng xử của sợi trong nền
và ổn định mái dốc theo mặt trượt. Thực hiện các thí nghiệm trong phịng: nén đơn, cắt
trực tiếp, đầm chặt với các hàm lượng xi măng và sợi xơ dừa khác nhau. Dùng phần
mềm Geo Slope/W - 2007 và Plaxis 8.5 để mơ phỏng, tìm ra chiều cao đắp lớn nhất.

4.

Ý nghĩa khoa học

Đề tài khảo sát được một số đặc trưng cơ lý quan trọng của một loại vật liệu mới.
Cung cấp số liệu mang tính tham khảo cho các nghiên cứu về sợi trong đất.
Cung cấp số liệu cần thiết để thiết kế tại khu vực tỉnh Bến Tre.

5.

Giá trị thực tiễn

Cải tạo đất yếu tại chỗ đủ khả năng sử dụng làm vật liệu đắp.
Tiết kiệm chi phí khi xây dựng đường giao thơng nông thôn.
Sử dụng vật liệu phế thải của địa phương qua đó nâng cao thu nhập của người nơng
dân, tránh ô nhiễm môi trường.

6.

Giới hạn của đề tài

Đề tài chỉ nghiên cứu cụ thể cho một loại đất yếu .
Đề tài chỉ nghiên cứu được phần cường độ, còn phần ứng xử của vật liệu này trong nền
hỗn hợp (cố kết, tính thấm) thì chưa được đề cập.
Các biến số trong bài tốn thực nghiệm này cịn hạn chế, ví dụ như : chiều dài sợi, cách
sử lý sợi, các loại sợi xơ dừa khác nhau, công nghệ trộn…


3

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ ĐẤT YẾU BẰNG XI MĂNG
VÀ SỢI.
1.1 Tổng quan về gia cố đất yếu bằng sợi
Năm 1981 : Andersland, O. B, Khattak, A.S (Michigan State University, USA) nghiên
cứu ảnh hưởng của vật liệu hữu cơ đến sức chống cắt của đất. Thí nghiệm sử dụng sợi
bã củ cải đường (pulp) hàm lượng 20% và đất kaolinite.[1]
Năm 1997 : Nataraj, M.S, McManis nghiên cứu về các đặc tính cường độ và biến dạng
của đất gia cố sợi trên đất sét và đất cát.[2]

Hình 1.1: Quan hệ ứng suất và biến dạng của đất sét có và khơng có gia cường sợi
theo Nataraj, M.S, McManis.

.


4

Hình 1.2 : Quan hệ ứng suất, biến dạng tại các độ ẩm khác nhau của mẫu đất cát có
gia cường 0.3% hàm lượng sợi theo Nataraj, M.S, McManis.
Năm 2003 : Kumar, S. (Associate Professor, Department of Civil Engineering

Southern Illinois University-Carbondale), Tabor, E., nghiên cứu các đặc tính cường
độ của đất sét bùn trộn ngẫu nhiên với sợi nylon.[3]

Hình 1.3 : Quan hệ ứng suất, biến dạng của đất sét trộn với sợi nylon theo Kumar, S và
Tabor, E.


5

Năm 2010 : Freilich, B. J., Li, C., Zornberg. (The University of Texas at Austin, USA)
nghiên cứu về cường độ kháng cắt hiệu quả của đất gia cố bằng sợi polypropylene với
hàm lượng sợi là 0.5% so với trọng lượng đất khơ và đường kính mẫu thí nghiệm là 7.1
cm, cao 14.2 cm.[4]
Năm 2012 : Amin Chegenizadeh, Prof. Hamid Nikraz (Curtin University of
Technology, Australia) thí nghiệm : cắt trực tiếp và thí nghiệm CBR. Vật liệu : sợi cọ,
đất cát pha sét. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng, chiều dài sợi đến sức chống cắt,
chỉ số CBR. Kết luận được khi tăng hàm lượng, chiều dài sợi thì : sức chống cắt tăng,
tính dẻo tăng, CBR tăng, tỷ trọng khô giảm nhẹ và lý thuyết của Michalowski and
Cermak phù hợp với kết quả thí nghiệm.[5]

Hình 1.4 : Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp với chiều dài sợi 10mm, áp lực 100kPa
trong thí nghiệm của Amin Chegenizadeh, Prof. Hamid Nikraz.


6

1.2 Tổng quan về gia cố đất yếu bằng sợi kết hợp xi măng
Năm 1987 : R. Craig đã nghiên cứu ứng xử của đất - xi măng thêm sợi so sánh với đất
- xi măng khơng có sợi trong đất cát - pha sét về các chỉ tiêu cường độ chịu nén, chịu
kéo, sức chống cắt, quan hệ ứng suất biến dạng, tính bền khi chịu chu kỳ khơ ẩm. Kết
quả trong 4 loại sợi : thép thẳng, thép móc, polypropylene, sợi thủy tinh; sợi thủy tinh
cho kết quả tốt nhất (tăng 140% cường độ chịu kéo).[6]
Năm 1998 : Nilo C. Consoli (Assoc. Prof., Dept. of Civ. Engrg., Fed. Univ. of Rio
Grande do Sul), Pedro D. M. Prietto (Assoc. Prof., School of Engrg. and Arch.,
Catholic Univ. of Pelotas), Luciane A. Ulbrich (Res. Assist., Dept. of Civ. Engrg., Fed.
Univ. of Rio Grande do Sul) (Brazil) nghiên cứu ảnh hưởng của sợi thủy tinh đến ứng
xử của đất gia cố xi măng. Thí nghiệm dùng sợi có chiều dài 12.8 mm và dùng lượng
sợi 0% - 3% trọng lượng đất, xi măng khô. Kết quả cho thấy, sợi làm tăng cường độ

dư, làm cho đất từ tính dịn chuyển sang tính dẻo. [7]
Năm 2002 : Khaled Sodhan sử dụng đất á cát, xi măng portland từ 4 -12%, tro bay từ
4-10% trọng lượng khô của đất và sợi polyethylene cắt ra từ hộp sữa đã qua sử dụng
với tỷ lệ 0.25 - 0.8%. Mục tiêu của thí nghiệm là nhằm xác định hàm lượng sợi tối ưu
cho hỗn hợp composite xi măng. Kết quả cho thấy, sợi không làm tăng nhiều về cường
độ, nhưng gia tăng rõ rệt về tính dẻo dai của vật liệu. [8]
Năm 2006 : Chaosheng Tang, Bin Shi, Wei Gao, Fengjun Chen (Yi Cai. Nanjing
University, China) nghiên cứu ứng xử về cường độ và các đặc tính cơ học của sợi
polypropylene dạng ngắn và xi măng khi trộn với đất sét. [9]