Chương 3 — Móng nông: Sức chịu tải¶

3.1 Bài toán sức chịu tải¶

Móng nông (thường là móng có độ sâu \(D_f\) nhỏ hơn bề rộng \(B\)) phải truyền tải công trình xuống nền mà không gây phá hoại cắt cho đất đỡ. Sức chịu tải cực hạn \(q_{ult}\) là áp lực mà tại đó đất phá hoại; áp lực chịu tải cho phép là \(q_{ult}\) chia cho hệ số an toàn, đồng thời phải kiểm tra theo lún (Chương 4).

3.2 Cơ chế phá hoại¶

Phá hoại sức chịu tải xảy ra theo một trong ba cách, tùy mật độ và tính nén của đất:

Cắt tổng thể — nêm và mặt trượt rõ ràng; phá hoại giòn, đột ngột. Điển hình ở cát chặt và sét cứng.
Cắt cục bộ — mặt trượt kém phát triển, lún đáng kể trước khi phá hoại. Điển hình ở đất mật độ trung bình.
Cắt xuyên (punching) — móng xuyên vào đất, ít trồi mặt. Điển hình ở cát rời và sét yếu.

Figure: foundation-bearing-failure

Hình. Các cơ chế phá hoại sức chịu tải: cắt tổng thể (giòn), cắt cục bộ và cắt xuyên (dẻo) (theo USACE EM 1110-1-1905).

3.3 Phương trình sức chịu tải¶

Lời giải cổ điển biểu diễn \(q_{ult}\) thành tổng ba thành phần:

\[q_{ult} = c N_c s_c + q N_q s_q + \tfrac{1}{2} \gamma B N_\gamma s_\gamma\]

trong đó \(c\) là lực dính, \(q\) là tải tác dụng ở cao độ đáy móng, \(\gamma\) là dung trọng, \(B\) là bề rộng móng, \(N_c, N_q, N_\gamma\) là hệ số sức chịu tải (hàm của góc ma sát), và các số hạng \(s\) là hệ số hình dạng. Có nhiều công thức đang dùng — Terzaghi, Meyerhof, Hansen và Vesić — khác nhau ở các hệ số và cách xử lý hình dạng, độ sâu, độ nghiêng và độ lệch tâm.

3.4 Mực nước ngầm¶

Nước ngầm làm giảm ứng suất hữu hiệu trong vùng phá hoại, hạ thấp sức chịu tải. Hai trường hợp cực trị:

mực nước ngầm ở đáy móng, và
mực nước ngầm ở mặt đất.

Ở khoảng giữa, các số hạng dung trọng được giảm theo một hệ số phụ thuộc độ sâu mực nước so với \(B\). Thiết kế phải dùng mực nước cao nhất dự kiến cho sức chịu tải tới hạn (nhỏ nhất).

3.5 Tải lệch tâm và nghiêng¶

Móng thực tế chịu tải lệch tâm (mô men) và đôi khi nghiêng. Cách chuẩn là thay móng thực bằng một diện tích hữu hiệu \(B' \times L'\) (Meyerhof), đặt dưới hợp lực tải, và áp các hệ số nghiêng. Độ lệch tâm làm giảm cả diện tích chịu tải hữu hiệu lẫn sức chịu tải.

3.6 Sức chịu tải từ thí nghiệm tại chỗ¶

Nơi khó lấy mẫu, sức chịu tải được ước lượng từ thí nghiệm hiện trường:

SPT — tương quan giữa \(N\) và áp lực cho phép, hiệu chỉnh theo mực nước ngầm và tải trên.
CPT — sức chịu tải từ sức kháng mũi côn.
Thí nghiệm bàn nén — đo trực tiếp tại chỗ phản ứng tải–lún của đất thực, ngoại suy cho móng nguyên mẫu một cách cẩn thận.

3.7 Các điểm then chốt cần ghi nhớ¶

Sức chịu tải cực hạn ÷ hệ số an toàn = áp lực cho phép — nhưng lún thường chi phối.
Nắm cơ chế phá hoại: cắt tổng thể, cục bộ hay xuyên.
Phương trình sức chịu tải gồm ba số hạng (lực dính, tải trên, trọng lượng bản thân) cùng hệ số hình dạng/độ sâu/độ nghiêng.
Dùng mực nước ngầm cao nhất trong thiết kế.
Chuyển tải lệch tâm thành diện tích hữu hiệu.
Thí nghiệm bàn nén đo phản ứng đất thực; dùng kèm phán đoán.