Chương 4 — Tổng quan thiết bị đo ứng suất tổng trong đất¶
4.1 Giới thiệu¶
Ứng suất tổng là tổng của ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng (\(\sigma = \sigma' + u\)). Vì áp lực nước lỗ rỗng được đo riêng bằng áp kế (piezometer) (Chương 2), việc đo ứng suất tổng cho phép tách hai thành phần và thu được ứng suất hữu hiệu — đại lượng thực sự chi phối sức kháng cắt và biến dạng của đất. Ứng suất tổng trong đất được đo bằng hộp đo áp lực đất (Earth Pressure Cell - EPC).
4.2 Hộp đo áp lực đất đặt chôn¶
Hộp đo áp lực đất đặt chôn là một tấm dẹt chứa đầy chất lỏng không chịu nén hoặc có màng đo, được chôn trong khối đất, đo ứng suất tổng tác dụng vuông góc lên mặt của nó.
4.2.1 Các loại hộp đo điển hình¶
Hộp đo gồm hai bản kim loại hàn kín mép viền với một lớp chất lỏng mỏng ở giữa; ứng suất tổng làm các bản uốn và được đọc bằng một cảm biến áp lực (thường là cảm biến dây rung). Hộp đo phải được đặt chôn sao cho đất tác dụng lên nó tương thích với môi trường đất xung quanh.
4.2.2 Hạn chế do môi trường đất¶
Vì hộp đo cứng hơn hoặc mềm hơn đất quanh nó, nó phân phối lại ứng suất cục bộ, nên hộp đo ghi nhận một ứng suất có thể khác giá trị tự nhiên thực tế. Đây là vấn đề trung tâm của công tác đo áp lực đất.
4.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến số đo¶
Các yếu tố chính:
- Tỷ số kích thước (đường kính trên chiều dày) của hộp đo,
- Tỷ số độ cứng đất trên độ cứng hộp đo,
- Chất lượng lắp đặt và đầm nén lấp đất quanh hộp đo, và
- Ảnh hưởng nhiệt độ và hiệu chuẩn cảm biến.
Tỷ số kích thước cao và độ cứng hộp đo tương thích với đất đều giúp giảm thiểu sai số đo.
Hình. Hộp đo áp lực đất đặt chôn: hộp đo dẹt với cảm biến đọc ứng suất tổng vuông góc với mặt; chất lượng lắp đặt và độ cứng tương thích quyết định độ chính xác (theo FHWA-HI-98-034, Ch. 4).
4.3 Hộp đo áp lực đất tiếp xúc¶
Hộp đo áp lực đất tiếp xúc đo ứng suất (hoặc tải trọng) tại một mặt tiếp giáp — giữa đất và kết cấu, hoặc tại đáy một cấu kiện móng. Các biến thể:
- Hộp đo tiếp xúc tiêu chuẩn — ứng suất tại mặt tiếp giáp đất/kết cấu.
- Hộp đo áp lực ở mũi cọc đóng — đặt tại mũi cọc.
- Hộp đo áp lực ở đáy cọc khoan nhồi — gắn giữa hai bản tròn phẳng đáy cọc.
- Hộp đo ứng suất trên mặt bên cọc đóng — để tách ma sát thành bên khỏi sức kháng mũi.
- Hộp đo ứng suất trên mặt bên cọc khoan nhồi và các mặt tiếp xúc khác.
Vì độ cứng kết cấu khác độ cứng đất, hộp đo tiếp xúc cũng cần được lắp đặt và diễn giải cẩn thận.
4.4 Các điểm then chốt cần ghi nhớ¶
- Ứng suất tổng = ứng suất hữu hiệu + áp lực nước lỗ rỗng (\(\sigma = \sigma' + u\)). Đo cả hai để tách đại lượng chi phối sức kháng cắt.
- Hộp đo áp lực đất phân phối lại ứng suất cục bộ; độ cứng không tương thích gây sai số.
- Tỷ số kích thước và tỷ số độ cứng đất/hộp đo là hai yếu tố thiết kế then chốt cho hộp đo đặt chôn.
- Hộp đo áp lực đất tiếp xúc phân giải ứng suất tại mặt tiếp giáp, mũi cọc và đáy cọc khoan.
- Chất lượng lắp đặt quan trọng ngang với chính thiết bị.