Đề tài nghiên cứu khoa học: Thí nghiệm bàn nén hiện trường theo tiêu chuẩn pháp và tiêu chuẩn Việt Nam

1

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG


2

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tổng quan
Là bộ phận chính tiếp nhận phần lớn tải trọng truyền xuống từ phần thân và móng
cơng trình, nền đất đóng một vai trị rất quan trọng đảm bảo cho sự ổn định chung của


3
tồn bộ kết cấu. Nền móng của các cơng trình xây dựng nhà ở, đường xá, đê điều, đập
chắn nước và một số cơng trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề
phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và sự mất ổn định của cả diện
tích lớn. Nền đất yếu được hiểu là các dạng cấu trúc địa tầng tự nhiên mà khi sử dụng làm
nền cơng trình có thể gây hậu quả bất lợi; khơng thể thỏa mãn các trạng thái giới hạn dẫn
tới cơng trình có thể mất ổn định, có thể lún, nghiêng vượt quá giới hạn cho phép hoặc
lún kéo dài làm cản trở việc hồn thành cơng trình, đưa vào khai thác sử dụng bình
thường, đúng tiến độ mong muốn. Với những cơng trình nền đào đắp và san lấp mặt bằng
để xây dựng đường giao thông, đường sắt, sân bay,…việc kiểm tra biến dạng và ổn định
của đất nền là vô cùng quan trọng. Nhận thấy sự cần thiết của vấn đề nhóm tác giả đã tập
chung nghiên cứu và phân tích các phương pháp thí nghiệm kiểm tra ổn định của nền đất.
Có nhiều phương pháp để kiểm tra sức chịu tải của nền sau cải tạo trong đó có thí
nghiệm hiện trường bằng bàn nén. Thí nghiệm nén hiện trường bằng bàn nén: tải trọng

lên bàn nén được tăng từng cấp cho đến khi đạt độ lún ổn định của cơng trình. Ở mỗi cấp
tải trọng duy trì cho đến khi đất thơi lún để nghiên cứu tính biến dạng theo thời gian của
nền đất. Kết quả thí nghiệm là họ các đường cong quan hệ độ lún- thời gian và đường
cong quan hệ tải trọng-độ lún.
2. Sự cần thiết và lý do chọn đề tài
Trong quá khứ và hiện tại ngành Xây Dựng đã và đang là một trong những ngành
kinh tế trọng điểm có vai trị đặc biệt trong nền kinh tế quốc dân. Một cơng trình xây
dựng được hoàn thành là tập hợp của rất nhiều giai đoạn và nhiều ngành nghề trong đó có
nghành địa chất cơng trình. Như nhóm tác giả đã trình bày ở phần tổng quan, sau khi tiến
hành khảo sát địa chất thì việc kiểm tra biến dạng và ổn định nền là vơ cùng quan trọng.
Vì nó giúp ta đánh giá một cách chính xác các chỉ tiêu cơ lí của nền đất, từ đó người kĩ sư
có thể tính tốn được sức chịu tải của nền đất và đưa ra phương án thiết kế hợp lí cơng
trình xây dựng ở bên trong, trên nền đất. Ở nước ta hiện nay đã đưa ra tiêu chuẩn về
phương pháp thí nghiệm bàn nén hiện trường (TCVN 9354:2012).
Phương pháp này tiến hành đơn giản, tuy nhiên phải mất nhiều thời gian để có được
kết quả và kết quả thu được có độ chính xác là tương đối, khó có thể thỏa mãn nhu cầu
của nền xây dựng hiện đại. Nước Pháp – một trong những nước đi đầu trong lĩnh vực
Xây Dựng với những cơng trình mang tầm vóc và biểu tượng của thế giới đã đưa ra tiêu


4
chuẩn về bàn nén hiện trường mang rất nhiều cái mới và ưu việt hơn hẳn so với phương
pháp của nước ta. Chính vì thế nhóm tác giả nhận thấy rằng việc nghiên cứu so sánh và
đưa phương pháp này vào ứng dụng ở Việt Nam là vô cùng cần thiết.
3. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu chi tiết về nội dung, nguyên lý của thí nghiệm bàn nén hiện trường theo
tiêu chuẩn NF 94-117-1(Pháp).
Phân tích, so sánh kết quả thí nghiệm bàn nén theo tiêu chuẩn Pháp và thí nghiệm
bàn nén theo tiêu chuẩn Việt Nam.
4. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu tài liệu, tham khảo những kiến thức, kinh nghiệm đã có
trước: các tài liệu (sách, báo, tiêu chuẩn, quy phạm, các kết quả nghiên cứu đã được cơng
bố,...) trong và ngồi nước về các vấn đề có liên quan, các báo cáo tổng kết đề tài, các dự
án thực tế có sử dụng bàn nén hiên trường theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Pháp
thực hiên tại Việt Nam.
Phương pháp thực nghiệm: dựa vào kết quả thí nghiệm bàn nén theo 2 tiêu chuẩn
Pháp và Việt Nam tiến hành so sánh, phân tích đánh giá ưu nhược điểm của 2 phương
pháp này.
5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Mô đun biến đạng EV của đất nền dựa trên thí nghiệm bàn
nén hiên trường theo tiêu chuẩn Pháp và Việt Nam.
Phạm vi nghiên cứu: Tính tốn mơ đun biến dạng thơng qua thí nghiệm hiện trường.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NỀN VÀ BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI
1.1 . Những khái niệm về ứng suất, biến dạng và các phương pháp xác định


5
1.1.1. Khái niệm chung
Có nhiều nguyên nhân gây ra ứng suất trong đất thường gặp hơn cả là trọng lượng
bản thân đất, sự thay đổi nước ngầm trong đất và tải trọng từ cơng trình tác dụng lên đất
thơng qua móng. Ứng suất trong đất liên quan chặt chẽ với biến dạng của đất và khả năng
tiếp nhận tải trọng từ cơng trình (sức chịu tải của nền) là những biểu hiện cơ học quan
trọng có thể gây ảnh hưởng đến việc khai thác và sử dụng cơng trình.
1.1.2. Ứng suất do trọng lượng bản thân đất
a. Trường hợp nền đồng nhất
Xét trường hợp nền đất khơ đồng nhất có trọng lượng riêng (z) trong điều kiện mặt
đất nằm ngang, ổn định. Từ điều kiện cân bằng theo phương đứng của phân tố tách ra tại
M tại độ sâu z ta có:
z

(1.1)

b. Trường hợp nền phân lớp
Thường gặp hơn cả trong thực tế là nền đất bao gồm nhiều lớp có chiều dày hữu hạn
và trong phạm vi mỗi lớp có thể chấp nhận = const. Gọi chiều dày lớp thứ i là h i và trọng
lượng riêng tương ứng là i. Ta có cơng thức:
+

(1.2)

c. Hậu quả của sự thốt nước và sự thay đổi thể tích
Đất có thể coi là sự kết hợp mật thiết của nước và các hạt rắn, cả 2 đều có đặc tính
đàn hồi. Đất khác hầu hết với các vật liệu rắn ở chỗ tỷ lệ thể tích tương đối giữa nước và
hạt đất có thể thay đổi dưới tác dụng của ứng suất. Khi nước lỗ rỗng của khối đất bão hòa
nước chịu sự gia tăng áp suất thì nước có xu hướng chảy ra xung quanh nơi có áp suất lỗ
rỗng thấp hơn hoặc không tăng, tốc độ phụ thuộc vào tính thấm của đất. Trong đất cát và
sỏi tốc độ thấm lớn, trong đất sét và bụi thì rất nhỏ gọi là những điều kiện khơng thốt
nước và thốt nước.
Biến dạng dài có thể biểu thị bằng sự thay đổi chiều dày (hoặc sự thay đổi hệ số rỗng
(:
=
hoặc


6
Khi e được vẽ theo hàm loga, đồ thị các đường nén, đường nở và đường nén lại –
một cách lý tưởng- bao gồm hai đường thẳng. Giá trị ứng suất trước cố kết có thể nhận
được từ độ dốc của các đường cố kết bình thường và đường nở. Từ đường cố kết bình
thường : e = - log

d. Phân tích ứng suất dựa vào vịng trịn Mohr

Hình 1.1. 1. Vòng tròn Mohr ứng suất

Trong trường hợp phá hoại trượt hoặc biến dạng dẻo liên tục, vòng Mohr biểu thị
ứng suất pháp và ứng suất tiếp trên mặt trượt là vòng tròn giới hạn. Các vòng Mohr giới


7
hạn với các ứng suất pháp khác nhau có 1 đường tiếp tuyến chung gọi là đường bao phá
hoại.
Phương trình của đường bao phá hoại:
’ = c’ + ’tg
(1.3)
Từ quan hệ hình học của vịng Mohr và đường phá hoại ta có góc của mặt phá hoại
là:
(1.4)
e. Phân tích bằng cách sử dụng các đường ứng suất
- Các đường ứng suất trong hệ tọa độ /
- Các đường ứng suất trong hệ tọa độ ’/’
- Các đường ứng suất trong hệ tọa độ t’/s’
- Các đường ứng suất trong hệ tọa độ q’/p’
f. Lý thuyết trạng thái giới hạn
Lí thuyết trạng thái tới hạn nêu ra mơ hình thống nhất cho tính chất của đất. Lí
thuyết đã nêu ra mơ hình trong đó đất chuyển sang dẻo ở thể tích giới hạn (=1+), nghĩa là
chuyển từ tính chất đàn hồi thuần túy đến tính chất đàn hồi – dẻo. Sự dẻo hoặc sự trượt
cắt được xem như xảy ra do tổ hợp của ứng suất hữu hiệu và thể tích riêng trùng với một
mặt trạng thái biên.
g. Áp suất tiếp xúc
Áp suất tiếp xúc là cường độ tải trọng được truyền từ đai móng tới nền đất. Sự phân

bố áp suất tiếp xúc phụ thuộc vào cả độ cứng của móng và độ cứng của nền đất.
Khi móng tựa lên đất cứng hoặc đá có mơ đun biến dạng lớn, tải trọng được truyền
lên phạm vi diện tích tương đối nhỏ gây nên cường độ ứng suất lớn. Trên nền đất có độ
cứng nhỏ hơn, tải trọng sẽ được phân bố sang phía bên làm cho giá trị áp suất tiếp xúc
nhỏ hơn; đối với nền đất mền yếu áp suất tiếp xúc có thể là gần như phân bố đều.


8
h. Nền đất được coi như bán không gian đàn hồi
Mơ hình dùng để phân tích ứng suất là một bán không gian đàn hồi, cũng cần thiết
phải thừa nhận mơ hình khối đất là đồng nhất và là đàn hồi đẳng hướng. Việc chấp nhận
những giả định trên có ý nghĩa với điều kiện là các giá trị ứng suất còn nhỏ hơn ứng suất
gây nên sự dẻo của đất và các giới hạn phía dưới và phía ngang ở khoảng cách khá xa so
với kích thước cơng trình.
i. Ứng suất do tải trọng tập trung đặt trên bề mặt

σ
Thừa số tải trọng:

Ip = = [ ]

z = Ip
5/2

σ

Ứng suất pháp và ứng suất tiếp:

z

=

(1.5)

.

k. Ứng suất do tải trọng liên tục
Móng băng là các tải trọng có kích thước chiều dài rất lớn so với chiều rộng. Chúng
thường tác dụng một tải trọng phân bố đều hoặc như đều dọc theo chiều dài.
Tải trọng phân bố đều: tìm các ứng suất chính ở điểm đã cho sau đó dùng vòng tròn
Mohr ứng suất xác định ứng suất theo phương trực giao dựa vào góc và
l. Ứng suất do tải trọng phân bố đều gây ra
Ứng suất thẳng đứng ở chiều sâu z là:

σ
z

= q{1- [ ] 3/2 }

(1.6)

m. Ứng suất thẳng đứng do tải trọng phân bố đều trên diện chữ nhật

σ

= qIR
Có thể được xác định bằng bảng theo các trị số L/z và B/z.
z

(1.7)

n. Những chuyển vị đàn hồi
Việc xem xét đất dưới móng là vật thể đàn hồi cũng được chấp nhận để xác định
chuyển vị bề mặt, nghĩa là độ lún do sự nén ép đàn hồi. Trong trường hợp tải trọng phân
bố đều, chuyển vị thẳng đứng bề mặt của một lớp đất có chiều sâu vơ hạn:


9
S = (1-

v2 ) I p

(1.8)

q - Cường độ áp suất tiếp xúc
B - Kích thước ngang nhỏ nhất
v - Hệ số Poisson
- Thừa số ảnh hưởng đối với chuyển vị thẳng đứng.
1.2. Lý thuyết chung về lún của nền đất
1.2.1. Các dạng chuyển vị của nền đất và nguyên nhân gây lún
a. Nén chặt
Nén chặt là quá trình các hạt đất bị ép chuyển sang trạng thái lèn chặt hơn cùng với
sự giảm tương ứng về thể tích và khí thốt ra. Ngun nhân có thể do trọng lượng bản
thân hoặc tải trọng phụ trên mặt đất sinh ra.
b. Cố kết
Q trình nước lỗ rỗng trong đất dính bão hồ thốt ra do tải trọng tác dụng tăng lên
gọi là q trình cố kết. Thể tích giảm dần cho tới khi áp lực nước lỗ rỗng ở bên trong đạt
cân bằng, việc giảm tải trọng có thể gây ra trương nở làm cho đất duy trì sự bão hồ.
Đất nhạy cảm nhất là đất bùn và đất sét cố kết bình thường. Than bùn và đất than bùn
có tính ép co khá cao, kết quả là dưới tải trọng mức độ vừa phải, bề dày lớp thay đổi

nhiều, có thể đạt dến 20%.
c. Biến dạng đàn hồi
Khi chịu tải trọng thì tất cả các vật liệu rắn đều biến dạng. Đất có bản chất riêng
biệt, biến dạng một phần là do nén chặt hay cố kết như vừa đề cập ở trên, phần khác do
biến dạng đàn hồi. Trong tất cả các loại đất, biến dạng đàn hồi xảy ra hầu như ngay sau
khi tải trọng tác dụng. Độ lún gây bởi quá trình này gọi là độ lún tức thời.

d. Sự thay đổi độ ẩm


10
Một số loại đất sét có sự tăng hay giảm thể tích đáng kể khi độ ẩm tương ứng tăng
hay giảm. Đất sét biểu hiện các đặc trưng này được gọi là đất sét co ngót hay trương nở.
Địa tầng liên quan với đất sét co ngót là sét Lower Lias, sét Oaford, sét Kimmeridge,…

Hình 1.2. 1. Khả năng co ngót và trương nở của đất sét
e. Ảnh hưởng của thực vật
Một yếu tố khác kết hợp với đất sét có tính dẻo cao để gây ra lún là ảnh hưởng của rễ
cây. Bán kính ảnh hưởng của một số hệ rễ lớn hơn chiều cao của cây, có thể đạt đến độ
sâu vài mét. Cách xa một rặng bạch dương là 25m, chuyển vị của một móng nhà ở ghi
được là 100m. Việc di chuyển các cây có nghĩa là làm cho đất ẩm hơn và vì thế xảy ra
giãn nở.
Ở nơi đất sét có tính co ngót phải điều chỉnh cẩn thận các cây có hạt trồng kề với
cơng trình. Một quy tắc hữu hiện là ln ln để cây mới trồng cách xa cơng trình ít nhất
1.5 lần chiều cao hoàn thiện của cây.
f. Ảnh hưởng của việc hạ thấp mực nước ngầm
Lún có thể sinh ra do sự hạ thấp mực nước này trong điều kiện thuỷ tĩnh bởi hai quá
trình:
Thứ nhất, trong một số đất sét việc giảm độ ẩm sẽ sinh ra việc giảm thể tích do q
trình co ngót và trương nở. Đất ở trên mực nước ngầm hạ thấp có thể bị co ngót.

11
Thứ hai, việc giảm áp lực nước lỗ rỗng thuỷ tĩnh tạo nên sự tăng ứng suất hiệu quả
của lớp phủ trên các lớp nằm dưới. Vì vậy, đặc biệt là đất hữu cơ, đất sét yếu nằm dưới
mực nước ngầm hạ thấp có thể cố kết do ứng suất hiệu quả tăng lên.
g. Ảnh hưởng của thấm và xói mịn
Xói mịn là hiện tượng vật liệu được chuyển dời do nước trên mặt sông suối, hay xảy
ra tại nơi các kênh tiêu hay đường ống dẫn nước bị vỡ. Ở nơi hố móng đào dưới mực
nước ngầm nằm bên trong đê quai thì cũng tương tự, dịng thấm từ dưới gây ra dạng mất
ổn định gọi là mạch đùn. Trong vùng khơ hạn, đất cùng loại có thể bị xói mịn do hoạt
động của gió. Trong một số đất đá nhất định, kết dính khống vật có thể bị hoà tan do
nước ngầm vận động. Sự lún sụt các hang động có thể gây ra lún trong phạm vi lớn.
h. Ảnh hưởng của sự biến đổi nhiệt độ
Khi đất sét ở dưới các móng lị sưởi, lị nung vơi, lị gạch,... bị khơ đi thì có thể xảy
ra co ngót nghiêm trọng.
Khi duy trì ở nhiệt độ thấp, một số loại đất như đất bùn, cát mịn, đất phấn vơi và
trong bản thân đá phấn có thể sảy ra đơng nở. Lúc đóng băng, nước trương nở khoảng 9%
và vì thế lớp đất bảo hịa giày 1 m có độ rỗng 45% có thể trương nở tới 40 mm.
i. Mất khả năng chống đỡ hông
Một dạng chuyển vị phổ biến dẫn đến nghiêm trọng thậm chí là thảm họa có liên
quan đến việc đào các hố sâu theo móng cơng trình. Sức chịu của đất trực tiếp dưới
móng phụ thuộc vào sức chống đỡ hông tạo bởi đất ở dọc mặt bên: trong việc tính tốn sự
chịu tải cực hạn của đất có sét yếu tố này. Nếu sức chống đỡ mặt bên bị mất đi như
trường hợp hố móng khơng có ván gỗ chống đỡ, thì rất có thể sinh ra trượt do cắt của đất
ở dưới móng, sẽ đưa móng rơi vào trong hố đào.
k. Ảnh hưởng của sụt do đào mỏ
Phương pháp đào mỏ than thông dụng là phương pháp tường dài trong đó than được
khai thác qua một gương lị rộng. Khi cơng việc tiến triển, vật liệu thải chiếm một phần
khoảng trống và kết cấu chống đỡ mỏ được chuyển đi, rồi vòm dần dần vỡ xuống kéo

theo nó tồn bộ lớp phủ cho tới mặt đất, nơi đó sẽ xảy ra lún. Sóng lún rõ ràng xuất hiện
ở mặt đất, chuyển vị chậm sau đó chút ít và sau đó theo hướng tiến của gương lị than. Có


12
khả năng tính được phạm vi của hiện tượng lún này và dự đốn thời gian trễ của nó. Phải
có sự bảo vệ của cơng trình chống lại tác động của lún sụt phù hợp với luật hoặc có sự
bồi thường. Biện pháp bảo vệ nằm trong hai hướng sau:
- Điều chỉnh đào mỏ, như để lại những cột trụ, đào theo dải.
- Kết cấu cơng trình có dạng đạc biệt như kết cấu khớp, móng bê tơng .
1.2.2. Lý thuyết chung về lún
Tổng quan về lún nền đất gồm lún đàn hồi và độ lún cố kết.
S =Si + (Sc +Sa )

(1.9)

S: độ lún tổng cộng
Si: độ lún tức thời (lún do biến dạng đàn hồi)
Sc: độ lún cố kết sơ cấp
Sa: độ lún cố kết thứ cấp
a. Độ lún tức thời Si
Là độ lún tức thời xảy ra ngay sau khi đặt tải trọng - biến dạng của khối đất bão hịa
khơng thốt nước chịu tác dụng của tải trọng tương tự trạng thái của vật thể đàn hồi và nó
có biến dạng tương đối nhỏ.
-Khi nền là đồng nhất và có chiều sâu vơ hạn: (áp dụng khi h/b>2) :
Cơng thức của Giroud:
S=.(1-v2).Ip
Trong đó: p: cường độ áp lực tiếp xúc
b: chiều rộng của móng
ν: hệ số poisson

E: mô đun đàn hồi

(1.10)


13
Bảng 1.2. 1. Hệ số Ip khi tính lún đàn hồi cho lớp đất chiều dài vơ hạn

MĨNG MỀM

MĨNG
CỨNG

HÌNH DẠNG
TÂM

GĨC

TRUNG
BÌNH

1.000

0.640

0.850

0.790

1.0

1.122

0.561

0.946

0.820

1.5

1.358

0.679

1.148

1.060

2.0

1.532

0.766

1.300

1.200

3.0

1.783

0.892

1.527

1.420

4.0

1.964

0.982

1.694

1.580

5.0

2.105

1.052

1.826

1.700

10.0

2.540

1.270

2.246

2.100

100.0

4.010

2.005

3.693

3.470

TRỊN

Chữ
nhật

Trong điều kiện khơng thốt nước thì v = v u = 0.5 và E xác định được từ thí nghiệm
nén ba trục khơng thốt nước.
-Khi nền là đồng nhất và có chiều sâu hạn chế: (khi h/b<2)
Cơng thức Janbu và đồng nghiệp (1956) đưa ra tính lún đàn hồi cho trường hợp ν ≈
0.5 như sau:
S=.(1-v2).µ0. µ1

(1.11)

E: mơ đun đàn hồi khơng thốt nước
µ0,µ1 :hệ số phụ thuộc vào chiều rộng, chiều sâu đặt móng cũng như chiều dày lớp đất
dưới đáy móng (tra biểu đồ).


14

Hình 1.2. 2. Các hệ số đối với chuyển vị dưới móng mềm
b. Lún cố kết
*Lún cố kết sơ cấp Sc
Độ lún cố kết xảy ra do giảm thể tích nước lỗ rỗng của đất nền dưới đáy móng và độ
lún xảy ra do giảm thể tích theo thời gian. Tính lún trên đường cong nén lún e~ σ’: E o.

Hình 1.2. 3. Đường cong nén lún e~ σ’


15

Độ lún được tính theo cơng thức sau:
Sc = .h; Sc=.σ’z.h

(1.12)

*Lún cố kết thứ cấp Si
Theo lý thuyết của Terzaghi, một mơ hình hồn hảo của trạng thái cố kết thì sau khi
áp lực nước lỗ rỗng dư đã hồn tồn triệt tiêu, đất sẽ khơng nén thêm nữa. Việc nghiên
cứu các đường cong điển hình e-log thời gian chỉ ra rõ rằng là không xảy ra như vậy.

Phần cuối của đường cong e~log thời gian tìm được thường dốc và gần như tuyến tính.
Đó là giai đoạn cố kết thứ cấp (nén thứ cấp) và thường là kết quả của một số dạng của cơ
chế từ biến liên quan với cấu trúc của đất.

sα=.h.log()
t: thời điểm xác định độ lún thứ cấp.
tp: thời điểm kết thúc quá trình cố kết sơ cấp.
Cα: hệ số nén thứ cấp (sự thay đổi bề dày đơn vị cho mỗi log – chu kỳ của thời gian
sau khi U=1.0 đã bị vượt, lấy theo tỷ lệ thường trong phạm vi 0.025 ~ 0.1 Cc.


16
CHƯƠNG 2: CÁC THÍ NGHỆM XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN
2.1. Các thí nghiệm theo TCVN xác định mơ đun biến dạng của đất nền tại hiện
trường bằng tấm nén phẳng (tiêu chuẩn quốc gia – TCVN 9354:2012)
2.1.1. Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định mô đun biến dạng của đất nền trong
phạm vi chiều dày bằng hai đến ba lần đường kính tấm nén, nhằm tính tốn độ lún của
cơng trình.
Tiêu chuẩn này áp dụng cho đất loại sét, đất loại cát và đất hòn lớn trong điều kiện
hiện trường. Ở thế nằm và độ ẩm tự nhiên hoặc sau khi san lấp và đầm, nén đến độ chặt
yêu cầu.
2.1.2. Một số định nghĩa cơ bản
a. Môđun biến dạng của đất
Là hệ số tỉ lệ giữa gia số của áp lực thẳng đứng tác dụng lên tấm nén với gia số tương
ứng của độ lún tấm nén; đặc trưng biểu thị khả năng chịu nén của đất; được quy ước lấy
trong đoạn quan hệ tuyến tính.
b. Áp lực tự nhiên của đất
Áp lực thẳng đứng trong khối đất tại một độ sâu do trọng lượng bản thân của các lớp
nằm trên.

c. Phụ tải
Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đất thông qua diện tích phụ thêm quanh tấm nén.
d. Cấp gia tải
Lượng tải trọng tác dụng lên tấm nén khi thí nghiệm gia tải từng cấp.
2.1.3. Quy định chung xác định Môđun biến dạng
a. Mô đun biến dạng E của nền đất được xác định theo biểu đồ liên hệ giữa độ lún tấm
nén với áp lực tác dụng lên tấm nén.
b. Thí nghiệm đất bằng gia tải tấm nén, được tiến hành trong hố móng, hố đào, giếng đào
hoặc lỗ khoan, được bố trí các điểm thăm dị kĩ thuật từ 1,5-2,0m.


17
c. Thí nghiệm trong hố đào và hố móng được tiến hành cho những đất nằm cao hơn mực
nước dưới đất; thí nghiệm trong lỗ khoan - cho đất ở sâu từ 6 m tới 15 m, kể cả khi nằm
thấp hơn mực nước dưới đất. Diện tích tiết diện ngang của hố đào phải không nhỏ hơn
1,5 m x 1,5 m. Đường kính hố đào tạo ra bằng phương tiện cơ giới phải khơng nhỏ hơn
900 mm. Đường kính lỗ khoan thí nghiệm phải khơng nhỏ hơn 325 mm.
d. Lớp đất thí nghiệm phải có chiều dày khơng nhỏ hơn hai lần đường kính d hoặc cạnh
tấm nén. Kết quả thí nghiệm chỉ có ý nghĩa đối với lớp đất dày 2d đến 3d.
2.1.4. Thiết bị và dụng cụ.
Kết cấu thiết bị phải đảm bảo khả năng chất tải lên tấm nén thành từng cấp 0,01 MPa
đến 0,1 MPa; truyền tải đúng tâm lên tấm nén; giữ được từng cấp áp lực không đổi trong
thời gian yêu cầu. Tấm nén phải đủ cứng, có dạng trịn hoặc vng, đáy phẳng.
a.Tấm nén và kích thủy lực

Hình 2.1. 1. Kích thủy lực và tấm nén


18

b. Thiết bị chất tải

Hình 2.1. 2. Thiết bị chất tải
c. Dầm dọc định vị, thiết bị neo giữ và đo biến dạng


19

Hình 2.1. 3. Dầm định vị dọc, thiết bị neo giữ và đo biến dạng

Hình 2.1. 4. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm đất trong hố đào bằng gia tính tải
Chú dẫn:

1. Tấm nén

2. Kích thủy lực

3. Dầm định vị dọc

4. Các cọc neo vít


20

Hình 2.1. 5. Sơ đồ thí nghiệm đất bằng gia tĩnh tải trong lỗ khoan
Chú dẫn:
1. Dầm định vị

4. Các cọc neo vít

2. Lực kế

5. Ống vách

3. Kích

6. Tấm nén

c. Các võng kế
Để đo độ lún của tấm nén được gắn chặt vào hệ mốc chuẩn. Tấm nén được nối với
võng kế bằng sợi dây thép đường kính từ 0,3 mm đến 0,5 mm. Hệ đo phải đảm bảo đo
được độ lún với sai số không lớn hơn 0,1 mm. Khi cần đạt độ chính xác tới 0,01 mm,
phải dùng thiên phân kế.
Bảng 2.1. 1. Kiểu và diện tích tấm nén được quy định tùy theo đất thí nghiệm
Tấm nén
Tên đất

Vị trí tấm nén so Độ sâu thí Vị trí tiến
với mực nước nghiệm,m hành thí
nghiệm

Kiểu

Diện tích,
cm²


21
Đất hòn lớn; đất cát - cát Ngang mực nước
chặt và chặt trung bình; dưới đất và cao

đất loại sét - sét, sét pha
hơn
có độ sệt IL ≤ 0,25, cát
pha khi IL ≤ 0
Đất cát - cát xốp, đất loại Ngang mực nước
sét - sét và sét pha có độ dưới đất và cao
sệt IL > 0,25, cát pha khi
hơn
IL > 0, bùn, đất hữu cơ
Đất hòn lớn; đất cát - cát Ngang mực nước
chặt, đất loại sét - sét và dưới đất và cao
sét pha có độ sệt IL ≤ 0,5,
hơn
cát pha khi IL ≤ 0
Đất cát: đất loại sét; sét, Dưới mực nước
sét pha và cát pha với
dưới đất
mọi trị độ sệt IL: bùn, đất
hữu cơ

≤6

≤6

≤6

Tới 15

Trong hố
móng, hố

đào, giếng

I

5 000

I

2 500

II

1 000

I

5 000

II

1 000

Tại đáy lỗ
khoan

III

600

Tại đáy lỗ

khoan

III

600

Trong hố
móng, hố
đào, giếng

2.1.5. Chuẩn bị thí nghiệm.
Khi thí nghiệm trong hố móng, hố đào và giếng đào, tấm nén được đặt ở cơng trình
khai đào. Để đáy tấm nén thật khít với đất, phải xoay tấm nén khơng ít hơn hai vòng theo
các hướng, quanh trục thẳng đứng. Sau khi đặt, phải kiểm tra mức độ nằm ngang của tấm
nén.
Mặt đất trong phạm vi diện tích đặt tấm nén phải được san thật phẳng. Khi khó san
phẳng đất, tiến hành rải một lớp đệm cát nhỏ hoặc cát trung ít ẩm, dày từ 1 cm đến 2 cm
cho đất loại sét và không lớn hơn 5 cm cho đất hịn lớn.
Tấm nén được lắp vào cột ống đường kính 219 mm và hạ xuống đáy lỗ khoan đã
được vét sạch. Dùng đối trọng và các vòng định hướng để cân bằng tấm nén cùng với cột


22
ống khi hạ. Đặt tấm nén sâu hơn chân ống chống từ 2 cm đến 5 cm. Sau khi đặt tấm nén,
tiến hành lắp thiết bị chất tải, thiết bị neo và hệ thống neo.
Võng kế kiểm tra được lắp trên hệ mốc chuẩn. Dây của võng kế kiểm tra được gắn
vào mốc khơng di động đặt ở ngồi thành hố thí nghiệm. Chiều dài dây phải bằng chiều
dài của các võng kế đo độ lún của tấm nén. Sau khi lắp tất cả các thiết bị, đưa các số đọc
về vạch không (0), hoặc về điểm quy ước là khơng.

Hình 2.1. 6. Bố trí thí nghiệm trong lỗ đào và hố khoan

2.1.6. Cách tiến hành
B1. Tăng tải trọng lên tấm nén thành từng cấp ∆P tuỳ theo loại đất thí nghiệm và
trạng thái. Tổng số các cấp gia tải phải khơng ít hơn bốn, kể từ giá trị tương ứng với áp
lực do trọng lượng bản thân của đất tại cao trình thí nghiệm. Trong cấp gia tải đầu tiên
phải kể đến trọng lượng của thiết bị tạo nên một phần tải trọng tác dụng lên tấm nén. Khi
dùng tấm nén kiểu II, phụ tải vành khăn phải tương ứng với áp lực bản thân tại cao trình
thí nghiệm.


23
B2. Giữ mỗi cấp tải đến khi ổn định biến dạng quy ước của đất: không vượt quá 0 ,1
mm sau thời gian nêu ở Bảng 2.1.2 và 2.1.3( Phần phụ lục). Thời gian giữ mỗi cấp gia
tải tiếp sau khơng ít hơn thời gian giữ cấp trước.

Hình 2.1. 7. Quá trình tăng tải và giữ tải
B3. Ghi số đọc trên các biến dạng kế tại mỗi cấp áp lực:
Khi thí nghiệm đất hịn lớn và đất cát: cách 10 min trong nửa giờ đầu, cách 15 min
trong nửa giờ sau; tiếp theo cứ cách 30 min cho đến khi đạt được độ lún ổn định quy ước.
Khi thí nghiệm đất loại sét: cách 15 min trong giờ đầu, cách 30 min trong giờ sau và
tiếp theo, cứ cách 1 h cho đến khi đạt được độ lún ổn định quy ước.
B4. Ngừng thí nghiệm khi ổn định biến dạng ứng với cấp tải trọng cuối, hoặc tổng biến
dạng đạt 0,15d, trong đó d là đường kính tấm nén.


24

Hình 2.1. 8. Ghi số đọc tại mỗi cấp áp lực

2.1.7. Xử lý kết quả thí nghiệm.
Để tính tốn mơđun biến dạng E, lập biểu đồ liên hệ giữa độ lún với áp lực S = f(P).
Biểu thị các giá trị P trên trục hoành và các giá trị độ lún ổn định quy ước S tương ứng
trên trục tung.
Qua các điểm thí nghiệm chấm trên biểu đồ, vẽ một đường thẳng trung bình bằng
phương pháp bình phương nhỏ nhất, hoặc bằng phương pháp đồ giải. Lấy điểm ứng với
áp lực thiên nhiên làm điểm đầu P d và điểm ứng với cấp gia tải cuối cùng làm điểm cuối
Pc.
Nếu gia số độ lún tương ứng với cấp áp lực P i lớn gấp đôi gia số lún ứng với cấp áp
lực kề trước Pi-1, đồng thời bằng hoặc nhỏ hơn giá trị ứng với cấp P i+1, thì lấy Pi-1 và S làm
các giá trị cuối cùng. Lúc đó, số lượng các điểm làm căn cứ để tính tốn trị trung bình
phải khơng ít hơn ba.
* Mơđun biến dạng đất E, tính bằng megapascan (MPa), được tính tốn cho đoạn tuyến
tính của biểu đồ S = f(P), theo cơng thức:
(2.1)


25
-µ là hệ số Poisson, được lấy bằng 0,27 cho hòn đất lớn; 0,30 cho đất cát và cát pha; 0,35
cho đất sét pha và 0,42 cho đất sét;
-ω là hệ số khơng thứ ngun, phụ thuộc vào hình dạng và độ cứng tấm nén. Đối với tấm
nén cứng, hình trịn và hình vng, lấy ω = 0,79;
-d là đường kính tấm nén trịn hoặc cạnh của tấm nén vng, tính bằng xentimét (cm);
-∆P là gia số áp lực lên tấm nén, bằng Pc - Pd, tính bằng megapascan (MPa);
-∆S là gia số độ lún của tấm nén tương ứng với ∆P, tính bằng xentimét (cm).