Đất được tính thế nào khi thiết kế Móng? (phần 1)

Công trình xây dựng to bé cỡ nào cũng phải đứng trên nền đất, thông qua cái gọi là Móng (chắc từ điển lấy hình ảnh chân con gà). Móng không vững thì công trình có thể đổ gục (ảnh). Do đó kỹ sư xây dựng phải học 1 số giờ tối thiểu về đất và nền móng. Chuỗi bài viết hy vọng bình dân hoá kiến thức khó hiểu này, cho nhiều người cần nhất có thể 🆗

1. Đất là gì?

câu hỏi nghe có vẻ ngây ngô, nhưng

Đất trong mắt người xây dựng khác với khái niệm đất trong trồng trọt hay khai mỏ, là bất kỳ vật liệu rời hay dễ đào nào mà ta sẽ tiến hành xây dựng ở trên nó (móng) hay bên trong nó (tầng hầm) hoặc dùng nó để xây dựng (đê). Sờ tay cũng thấy được, đất gồm vô số hạt vật liệu rời. Các hạt này có nguồn gốc từ đá.

Trải qua quá trình hàng triệu năm, dưới tác động của môi trường và các hoạt động bên trong, đá bị chia nhỏ thành các hạt đất, gọi là quá trình Phong hoá. Các hạt đất tự di chuyển hoặc do bị lôi kéo sau đó tích tụ lại tạo thành các loại đất, gọi là quá trình Trầm tích.

Ngoài các hạt đất (thể rắn), đất còn gồm 2 thể (pha): lỏng, khí như minh hoạ dưới

Đất trong thiết kế xây dựng

Ảnh hưởng đến tính chất xây dựng của đất nhiều nhất là pha rắn, gồm các hạt đất to nhỏ khác nhau. Kích thước hạt bé đến một mức độ nào đó, chúng sẽ xuất hiện khả năng liên kết với các phân tử nước tạo nên tính Dính, ta có loại đất quen thuộc là Sét, vốn là nguồn nguyên liệu cho muôn vàn tác phẩm gốm sứ từ cổ chí kim. Tính Dính là khả năng duy trì hình dạng mới khi ép hay nặn.

Khi độ ẩm đủ thấp (ít nước), nước giữa các hạt đất tạo thành lực hấp dẫn nhau mạnh hơn, tạo thành tính Dính. Độ ẩm thấp nhất ở đó đất chuyển từ trạng thái cứng sang tính dính gọi là giới hạn dẻo WP (%). 💦Khi độ ẩm tăng thì hiệu quả hút ẩm kém đi và tính dính giảm xuống. Độ ẩm tăng cao đến mức không còn khả năng hút ẩm và hỗn hợp đất biểu hiện giống như 1 dịch thể, gọi là giới hạn chảy WL (%).

Móng thường nằm sâu vào trong lòng đất, thậm chí rất sâu đến hàng chục mét như móng cọc. Khi đó người xây dựng phải quan tâm đất thay đổi như thế nào suốt chiều sâu đó và hơn nữa trong phạm vi ảnh hưởng của móng. Do đất hình thành từ đá, có thể dễ dàng nhận thấy đất càng xuống sâu càng tốt cho việc chịu lực: chặt hơn, hạt đất cứng hơn, to hơn, cuối cùng là đá gốc💎. Những công trình tải trọng rất lớn như nhà siêu cao tầng (cao trên 200m) thường phải làm móng cọc chống vào đá. Hình dưới là ví dụ điển hình của 1 trụ địa chất gồm nhiều lớp đất theo độ sâu:

Trụ địa chất điển hình trong thiết kế xây dựng

Cơ sở đâu để phân loại thành các lớp đất? Với người xây dựng cách phân loại đất phổ biến nhất là dựa trên kích thước các hạt đất. Nhiều hệ thống Âu Mỹ phân theo: hạt đất kích thước nhỏ hơn 0,002mm có thể xếp vào đất Sét, bắt đầu có tính dính khi trộn với nước. Các hạt đất lớn hơn không có tính dính, xếp vào đất Cát. Lưu ý chữ “có thể”, vì nhiều loại đất có cỡ hạt nhỏ như vậy nhưng không có tính dính, như loại có nguồn gốc từ các loại đá (khoáng vật) như Thạch anh, Fenspat, Mica. Hạt đất nguồn gốc từ các khoáng vật như Kaolinite, Montmorillonite… gọi là khoáng vật sét. Các hạt khoáng vật này có diện tích bề mặt lớn, tăng tiếp xúc với các phân tử nước, tạo thành lực hấp dẫn lớn hơn giữa các hạt sét, tạo nên tính dính.

Như vậy có 2 loại đất quan trọng: đất cát (đất rời) và đất sét (đất dính). Vì có rất nhiều quan điểm khác nhau trong phân loại đất nên phải theo Tiêu chuẩn, sống và làm việc theo pháp luật. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9362:2012 “Thiết kế nền nhà và công trình” đưa ra cách phân loại rất rõ:

Phân loại đất của tiêu chuẩn thiết kế nền móng TCVN 9362_2012

Tóm tắt như sau:

- Đất cát được phân thành các loại theo cỡ hạt: cát sỏi, cát thô, cát thô vừa, cát mịn, cát bụi. Trạng thái theo hệ số rỗng e: chặt, chặt vừa, rời. Trạng thái theo độ no nước G: Ít ẩm, ẩm, no nước.

- Đất sét được phân thành các loại theo chỉ số dẻo IP: Á cát, Á sét, sét. Trạng thái phân theo chỉ số sệt IS: cứng, nửa cứng, dẻo cứng, dẻo mềm, dẻo nhão, nhão.

 

2. Các con số của Đất

Hòn đất mà biết nói năng

Thì thầy Địa chất hàm răng nói năng.. 😂

Hòn đất nói năng thế nào? Bằng các con số. Làm sao để có các con số? Chỉ có cách khảo sát địa chất, lấy mẫu thí nghiệm. Sau đó tổng hợp thống kê ra 1 con số đại diện cho mỗi tính chất, còn gọi là 1 chỉ tiêu cơ lý. Kỹ sư địa chất khảo sát cần cấp cho kỹ sư thiết kế, hoặc tốt hơn là người thiết kế chủ động yêu cầu người khảo sát tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý như dưới đây:

Các chỉ tiêu cơ lý khảo sát đất nền trong thiết kế xây dựng

Cũng nhiều con số đấy nhỉ. Các chỉ tiêu cơ lý của đất gồm: chỉ tiêu vật lý, chỉ tiêu cơ học.

Các chỉ tiêu vật lý thiết kế đất nền

Còn các chỉ tiêu cơ học bao gồm

Lực dính c, góc ma sát trong ϕ, module biến dạng E, là quan trọng nhất đối với người xây dựng.

Để hiểu ý nghĩa các con số này, cần nắm vài khái niệm Cơ học đất, là môn khoa học cơ bản về tính chất cơ học của đất cho người xây dựng.

===============================

🎁đón đọc phần 2