Chương 11 — Độ cứng & Ứng suất–Biến dạng¶

11.1 Vì sao độ cứng quan trọng¶

Độ cứng — mức đất biến dạng khi ứng suất thay đổi — chi phối lún, phân bố tải giữa các cấu kiện kết cấu và dịch chuyển quanh hố đào. Nó được đo bằng một mô đun, và khác với cường độ, nó rất phi tuyến và phụ thuộc biến dạng.

11.2 Các thông số đàn hồi¶

Ở biến dạng nhỏ, đất được mô tả bằng:

Mô đun Young \(E\) — độ dốc ứng suất–biến dạng theo hướng chất tải.
Hệ số Poisson \(\nu\) — tỷ số biến dạng ngang trên biến dạng dọc (thường 0,2–0,5; 0,5 cho không thoát nước).
Mô đun cắt \(G = E / [2(1+\nu)]\) — khả năng kháng biến dạng cắt, thường là thông số hữu ích nhất cho bài toán động và biến dạng nhỏ.
Mô đun khối \(K\) — khả năng kháng biến đổi thể tích.

11.3 Phi tuyến và mức biến dạng¶

Độ cứng của đất giảm khi biến dạng tăng:

Biến dạng rất nhỏ (\(< 0,001\%\)) — độ cứng lớn nhất \(G_0\) hoặc \(E_0\), đo bằng phương pháp địa chấn (bender element, CPT địa chấn, MASW).
Biến dạng nhỏ — liên quan móng máy và tải động.
Biến dạng làm việc (\(0,01–1\%\)) — liên quan hầu hết lún móng; độ cứng là một phần của \(G_0\).
Biến dạng lớn — gần phá hoại; liên quan ổn định.

Thiết kế phải dùng mô đun phù hợp mức biến dạng của bài toán — lỗi phổ biến là dùng một "mô đun" duy nhất cho mọi trường hợp.

11.4 Xác định giá trị mô đun¶

Trong phòng — thí nghiệm ba trục hoặc thí nghiệm nén cố kết cho \(E\) hoặc mô đun nén trong một dải biến dạng.
Hiện trường — Máy nén ngang, dilatometer, thí nghiệm bàn nén và phương pháp địa chấn cho giá trị tại chỗ, thường tốt hơn vì tránh xáo trộn mẫu.
Tương quan — với SPT \(N\) hoặc sức kháng mũi CPT, hữu ích để ước lượng ban đầu.

11.5 Các điểm then chốt cần ghi nhớ¶

Độ cứng chi phối lún và phân bố tải.
Độ cứng đất phi tuyến và phụ thuộc biến dạng — \(G_0\) ở biến dạng nhỏ, thấp hơn nhiều gần phá hoại.
Dùng mô đun phù hợp mức biến dạng của bài toán.
Phương pháp địa chấn cho mô đun biến dạng nhỏ; thí nghiệm hiện trường cho giá trị làm việc.
Tương quan với SPT/CPT là điểm khởi đầu, không thay thế thí nghiệm.