Trong xây dựng thì sức chịu tải đất nền chính là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và độ bền vững của cả một công trình. Vậy bạn đã biết độ chịu tải là gì? Độ chịu tải trên đất nền bao nhiêu là hợp lý? Sau đây mình sẽ giúp các bạn tham khảo qua bảng tra sức chịu tải của đất nền để có thể đảm bảo an toàn cho quá trình thi công xây dựng.
Khái niệm về sức chịu tải của đất nền là gì?
Được định nghĩa cụ thể đó là khoảng giới hạn về tải trọng mà đất nền có khả năng chịu đựng được. Terzaghi đã xác định được sức chịu tải trên đất nên dựa vào cơ sở của lý thuyết cân bằng giới hạn điểm ngay trên môi trường đất.
Bảng tra sức chịu tải của đất nền là gì?
Mọi công việc thi công đều sẽ phải đặt ngay trên mặt đất nền do đó mà sức chịu tải trên đất sẽ có một nhiệm vụ quan trọng đảm bảo độ kiên cố và vững chắc cho công trình. Ở tất cả các công trình xây dựng thì luôn tính toán thông số này một cách tỉ mỉ, cẩn thận. Để công trình không phải gặp trường hợp bị sụt lún hoặc nghiêng đổ sang hướng khác sau thời gian đã sử dụng.
Công thức để tính ra bảng tra sức chịu tải của đất nền
Việc tính toán trên bảng tra sức chịu tải của đất nền là việc khá cần thiết để đảm bảo an toàn cho cả công trình hoạt động đạt chất lượng. Giả thiết từ công thức là dựa trên đất nền phẳng và ổn định, phần đáy móng cũng phẳng nên suy ra:
Công thức cụ thể để tính toán
Cụ thể:
- Rđ: Sức chịu tải dựa trên đất nền được tính toán
- Pgh: Sức chịu tải trong giới hạn [cường độ chịu tải trọng max của móng]
- Fs: Hệ số an toàn sẽ thường dao động 2-3, có thể chọn khi đất nền cát Fs = 3 và đất nền sét Fs = 2
- b: bề rộng của móng so với móng băng bằng, đường kính của móng so với móng tròn
- γ: trọng lượng riêng phần lớp đất dưới móng
- c: lực dính phần lớp đất dưới móng
- q: ứng suất tiếp xúc dưới móng
Công thức tính toán đối với các loại móng
Trong đó thì hệ số:
- A = Nγ. nγ.mγ. iγ
- B = Nq.nq.mq.iq
- C = Nc.nc.mc. ic
- Nc, Nq, Nγ: hệ số của sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát trên φ của nền đất
- nc, nq, nγ: hệ số hiệu chỉnh của hình dạng móng
- mc, mq, mγ: hệ số hiệu chỉnh độ dốc trên bề mặt của lớp đất
- ic, iq, iγ: hệ số hiệu chỉnh độ chênh lệch bởi tải trọng
Bảng dựa trên tính toán của Terzaghi
Các yếu tố sẽ tác động lên sức chịu tải
Với sức chịu tải của nền thì sẽ phụ thuộc vào khá nhiều yếu tố nhưng trong đó thì mật nước ngầm chính là yếu tố tác động mạnh mẽ nhất. Đặc biệt thì mật độ nước ngầm sẽ dao động theo mùa hoặc do thủy triều lên xuống tác động sẽ ảnh hưởng nhiều tới sức chịu tải. Phổ biến nhất là 3 trường hợp sẽ xảy ra mật độ nước ngầm tác động lên sức chịu tải của đất nền:
Mô hình của Terzaghi về mặt trượt dưới móng
- Phần đất nền không tác động đến nguồn nước ngầm: trọng lượng riêng của phần đất được để nguyên vẹn.
- Nguồn nước ngầm có độ cao bằng hoặc hơn đối với đáy móng: trọng lượng đất khi dưới nguồn nước ngầm thì sẽ thay bằng γđn = [γ – 10] KN/m3.
- Nguồn nước ngầm đặt dưới phần móng: trọng lượng riêng đất dưới nguồn nước ngầm sẽ được thay bằng γđn = [γ – 10] KN/m3.
Ví dụ tham khảo khi điền vào bảng tra sức chịu tải của nền
Hình tham khảo 1 điền vào bảng tra sức chịu tải của đất nền
Hình tham khảo 2 điền vào bảng tra sức chịu tải của đất nền
Hình tham khảo 3 điền vào bảng tra sức chịu tải của đất nền
Hình tham khảo 4 điền vào bảng tra sức chịu tải của đất nền
Trường hợp khi đất nền bị phân lớp
Minh họa hình ảnh đất nền được phân lớp
Với phép tính của sức chịu tải của trên đất nền tiếp theo [Rđ2, Rđ3, …] dựa vào công thức như sau:
- I, b thay thế thành Iqư, bqư
- Có Hm1 = Hm2, Hm3, …
- Kèm theo các chỉ tiêu dựa trên của các lớp đất nền tiếp theo
- Khi xác định xấp xỉ Iqư, bqư dựa trên góc mở α = 300
- Iqư = l + 2.hđ.tanα
- bqư = b + 2.hđ.tanα
Khả năng chịu lực tải trên từng loại đất khác nhau
Phân loại đất | Khả năng chịu được lực [kg/m2] | Khả năng chịu được lực [kN/m2] |
Đất sét ẩm mềm, ướt [hoặc là bùn] | 5.000 | 50 |
Đất sét dạng mềm dẻo | 10.000 | 100 |
Cát mịn, khô, lỏng | 10.000 | 100 |
Đất đen | 15.000 | 150 |
Đất sét ẩm và được trộn thêm cát | 15.000 | 150 |
Sỏi lỏng | 25.000 | 250 |
Cát vừa, khô, nhỏ | 25.000 | 250 |
Đất sét dạng nhỏ | 25.000 | 250 |
Cát dạng nhỏ | 45.000 | 450 |
Sỏi nhỏ | 45.000 | 450 |
Đá loại mềm | 45.000 | 450 |
Đá có nhiều đá cát, đá vôi | 165.000 | 1650 |
Đá cứng như diorit, đá granit | 330.000 | 3300 |
Đây là các khả năng có thể chịu lực trên từng loại đất với trọng tải tối đa chúng có thể chịu trên một đơn vị diện tích. Bảng trên chính là giới hạn của khả năng chịu lực cuối cùng đặt trên đất nền. Chúng ta có thể sử dụng hệ số an toàn cho đất để đảm bảo an toàn tối đa cho quá trình thi công đất nền.
Trên đây là tổng hợp tất cả các công thức để tính toán và áp dụng vào bảng tra sức chịu tải của đất nền, đảm bảo cho đất nền có chất lượng ổn định và tốt nhất khi thi công. Hy vọng bài viết trên đây sẽ giúp bạn có thêm thông tin hữu ích và áp dụng chính xác vào quá trình xây dựng.
Lý thuyết tính toán sức chịu tải của nền đất theo Terzaghi [Soil Bearing Capacity]
Xem thêm bài viết: Hệ số nền áp dụng trong tính toán nền móng
Download bảng Excel tính toán Sức chịu tải của nền đất theo Terzaghi
1. Định nghĩa sức chịu tải của nền đất theo Terzaghi [Soil Bearing Capacity]
Sức chịu tải của nền đất theo Terzaghi được xác định trên cơ sở lý thuyết cân bằng giới hạn điểm của môi trường đất.
Mô hình mặt trượt dưới đáy móng theo Terzaghi:
2. Công thức tính toán sức chịu tải nền đất theo Terzaghi
a. Công thứcVới giả thiết nền đất bằng phẳng, đồng nhất, ổn định và đáy móng phẳng. Sức chịu tải tính toán của nền đất có thể xác định bằng công thức giải tích:
- Rđ: Sức chịu tải tính toán của nền đất
- Pgh: Sức chịu tải giới hạn – là cường độ tải trọng lớn nhất tại đáy móng mà tại đó nền đất bị phá hoại
- Fs: Hệ số an toàn [lấy Fs = 2 – 3]. Có 2 thông số để lựa chọn. Một là theo cấp và loại công trình. Hai là loại nền đất, đất cát Fs = 3, đất sét Fs = 2.
- b: Với móng băng lấy bằng bề rộng móng. Với móng đơn, móng bè lấy bằng kích thước bé nhất của móng. Với móng tròn là đường kính móng.
- γ: Trọng lượng riêng của lớp đất dưới đáy móng.
- c: Lực dính của lớp đất dưới đáy móng.
- q: ứng suất bản thân dưới đáy móng [trọng lượng của các lớp đất phía trên đáy móng].
- A = Nγ.nγ.mγ.iγ
- B = Nq.nq.mq.iq
- C = Nc.nc.mc.ic
- Nc, Nq, Nγ: hệ số sức chịu tải phụ thuộc góc ma sát trong φ của nền đất
- nc, nq, nγ: hệ số hiệu chỉnh hình dạng móng
- mc, mq, mγ: hệ số hiệu chỉnh mặt dốc của bề mặt đất hoặc lớp đất phân lớp
- ic, iq, iγ: hệ số hiệu chỉnh độ lệch của tải trọng
- trong phạm vi bài viết với giả thiết nền đất bằng phẳng, đồng nhất, ổn định xin phép lấy mc = mγ = mq = ic = iγ = iq = 1.
Có một móng đơn kích thước l x b = 2.4 x 2 [m]. Chiều sâu chôn móng là 1.4 [m]. Tính sức chịu tải của nền đất dưới đáy móng. Biết nền đất được cấu tạo như sau:
- Lớp 1: Đất lấp, dày 0.4 m, γ = 18 KN/m3
- Lớp 2: Cát pha, dẻo, dày 1 m, γ = 18 KN/m3, φ = 100 , c = 8 KN/m2
- Lớp 3: Sét pha, nửa cứng, dày 4 m, γ = 18.8 KN/m3, φ = 160 , c = 28 KN/m2
- Lớp 4: Sét, nửa cứng, dày 5 m, γ = 18.9 KN/m3, φ = 180 , c = 30 KN/m2
Nhận xét: Đáy móng đặt tại cuối lớp đất 2. Ta đi tính toán sức chịu tải của lớp đất 3 với γ = 18.8 KN/m3, φ = 160 , c = 28 KN/m2.
Ta có:
+ Ứng suất bản thân dưới đáy móng [trọng lượng của các lớp đất phía trên đáy móng]:
- q = Σγi.hi = [0.4 x 18] + [1 x 18] = 25.2 [KN/m2]
+ Với φ = 160, tra bảng ta có Nc = 11.6, Nq = 4.33, Nγ = 2.72
+ Hình dạng móng là móng đơn, ta có:
- nγ = 1 – 0.2 x [b/l] = 1 – 0.2 x [2/2.4] = 0.833
- nq = 1
- nc = 1 + 0.2 x [b/l] = 1 + 0.2 x [2/2.4] = 1.167
Vậy:
- A = Nγ.nγ = 2.72 x 0.833 = 2.27
- B = Nq.nq = 4.33 x 1 = 4.33
- C = Nc.nc = 11.6 x 1.167 = 13.53
+ Với hệ số an toàn Fs = 2, ta có sức chịu tải của lớp đất 3 là:
- Rđ = [[[0.5 x 2.27 x 18.8 x 2] + [[4.33 – 1] x 25.2] + [13.53 x 28]] / 2] + 25.2 = 277.931 [KN/m2]
3. Ảnh hưởng của mực nước ngầm lên sức chịu tải của nền đất
Khi tính sức chịu tải của nền đất phải hết sức chú ý đến vị trí của mực nước ngầm. Đặc biệt là sự dao động của mực nước ngầm theo mùa hoặc do thủy triều, sẽ kéo theo sự thay đổi sức chịu tải của nền đất.
Có 3 trường hợp xảy ra:
- Không chịu ảnh hưởng của mực nước ngầm: trọng lượng riêng [γ] của các lớp đất được giữ nguyên
- Mực nước ngầm cao hơn hoặc bằng mặt đáy móng: trọng lượng riêng của phần đất nằm dưới mực nước ngầm sẽ được thay thế bằng trọng lượng đẩy nổi γđn = [γ – 10] KN/m3
- Mực nước ngầm nằm phía dưới đáy móng: trọng lượng riêng của phần đất nằm dưới mực nước ngầm sẽ được thay thế bằng trọng lượng đẩy nổi γđn = [γ – 10] KN/m3
Tương tự như ví dụ 1, với mực nước ngầm ở cao độ -0.9m
Ta có:
+ Ứng suất bản thân dưới đáy móng [trọng lượng của các lớp đất phía trên đáy móng]:
- q = Σγi.hi = [0.4 x 18] + [0.5 x 18] + [0.5 x 8] = 20.2 [KN/m2]
+ Tương tự như trên ta xác định được: A = 2.27, B = 4.33, C = 13.53
+ Với hệ số an toàn Fs = 2, ta có sức chịu tải của lớp đất 3 là:
- Rđ = [[[0.5 x 2.27 x 8.8 x 2] + [[4.33 – 1] x 20.2] + [13.53 x 28]] / 2] + 20.2 = 253.273 [KN/m2]
4. Trường hợp nền đất phân lớp
Cho phép tính sức chịu tải của lớp đất tiếp theo [Rđ2, Rđ3, …] bằng công thức trên với:
- l, b thay bằng lqư, bqư
- Hm1 = Hm2, Hm3, …
- và các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất tiếp theo tương ứng
Gần đúng xác định lqư, bqư theo góc mở α = 300:
- lqư = l + 2.hđ.tanα
- bqư = b + 2.hđ.tanα
Tiếp theo ví dụ 1, tính toán sức chịu tải của lớp đất 4 với γ = 18.9 KN/m3, φ = 180 , c = 30 KN/m2.
Ta có:
+ Kích thước đáy móng qui ước:
- lqư = l + 2.hđ.tanα = 2.4 + [2 x 4 x tan300] = 7.02 [m]
- bqư = b + 2.hđ.tanα = 2 + [2 x 4 x tan300] = 6.62 [m]
+ Ứng suất bản thân dưới đáy móng [trọng lượng của các lớp đất phía trên đáy móng]:
- q = Σγi.hi = [0.4 x 18] + [1 x 18] + [4 x 18.8] = 100.4 [KN/m2]
+ Với φ = 180, tra bảng ta có Nc = 13.1, Nq = 5.25, Nγ = 3.69
+ Hình dạng móng là móng đơn, ta có:
- nγ = 1 – 0.2 x [b/l] = 1 – 0.2 x [6.62/7.02] = 0.81
- nq = 1
- nc = 1 + 0.2 x [b/l] = 1 + 0.2 x [6.62/7.02] = 1.19
Vậy:
- A = Nγ.nγ = 3.69 x 0.81 = 2.99
- B = Nq.nq = 5.25 x 1 = 5.25
- C = Nc.nc = 13.1 x 1.19 = 15.57
+ Với hệ số an toàn Fs = 2, ta có sức chịu tải của lớp đất 4 là:
- Rđ = [[[0.5 x 2.99 x 18.8 x 6.02] + [[5.25 – 1] x 100.4] + [15.57 x 30]] / 2] + 100.4 = 640.946 [KN/m2]
Download bảng Excel tính toán Sức chịu tải của nền đất theo Terzaghi