Cách Đọc Biểu Đồ P-S Trong Thí Nghiệm Nén Tĩnh Cọc

Biểu đồ P-S nén tĩnh là “tấm bản đồ” quan trọng nhất của một cuộc thí nghiệm nén tĩnh cọc: nó cho thấy đầu cọc lún bao nhiêu dưới mỗi cấp tải trọng, từ đó giúp kỹ sư xác định sức chịu tải thực tế của cọc. Trong bài viết này, Koden Test VN hướng dẫn cách đọc biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún (P-S): ý nghĩa hai trục tọa độ, đường cong lún theo cấp tải, cách xác định sức chịu tải cực hạn bằng điểm gãy khúc và phương pháp Davisson, cách phân biệt lún dư với lún đàn hồi, cùng tiêu chí đánh giá kết quả theo TCVN 9393:2012.

Biểu Đồ P-S Trong Thí Nghiệm Nén Tĩnh Là Gì?

Biểu đồ P-S là đồ thị biểu diễn quan hệ giữa tải trọng thí nghiệm (P) đặt lên đầu cọc và độ lún (S) tương ứng, thu được trong quá trình thí nghiệm nén tĩnh cọc. Mỗi điểm trên đồ thị là kết quả đo tại một cấp tải: sau khi gia tải và giữ tải đủ thời gian theo quy định, kỹ sư ghi nhận độ lún ổn định rồi mới chuyển sang cấp tải tiếp theo. Nhờ đó, biểu đồ P-S phản ánh trung thực ứng xử làm việc của cọc trong đất nền – từ giai đoạn biến dạng gần như đàn hồi đến giai đoạn đất quanh cọc bắt đầu phá hoại.

Cách Đọc Trục Tải Trọng Và Trục Độ Lún Trên Biểu Đồ P-S Nén Tĩnh

Điểm đầu tiên cần nắm khi đọc biểu đồ P-S nén tĩnh là quy ước vẽ hai trục:

• Trục hoành – tải trọng P (kN hoặc tấn): các cấp tải tăng dần, phổ biến theo các nấc 25%, 50%, 75%, 100%, 125%, 150% tải trọng thiết kế; tải trọng lớn nhất thường gấp 1,5–2 lần tải trọng thiết kế để có đủ dữ liệu đánh giá.
• Trục tung – độ lún S (mm), đo bằng đồng hồ đo chuyển vị chính xác tới 0,01 mm. Theo quy ước địa kỹ thuật, độ lún được vẽ tăng dần xuống phía dưới nên đường cong P-S có dạng “đi xuống” khi tải trọng tăng – điều dễ gây nhầm lẫn cho người mới đọc lần đầu.

Đường Cong Lún Theo Cấp Tải Và Điểm Gãy Khúc

Nối các điểm (P, S) theo trình tự chất tải, ta được đường cong lún theo cấp tải – “xương sống” của biểu đồ P-S. Ở những cấp tải đầu, đường cong thường thoải và gần như thẳng: cọc và đất nền làm việc trong miền gần đàn hồi. Khi tải trọng vượt qua một ngưỡng nhất định, độ lún tăng nhanh, đường cong “gãy” sang hướng dốc đứng – vị trí chuyển hướng đột ngột này gọi là điểm gãy khúc của đường cong P-S.

Điểm gãy khúc đánh dấu thời điểm đất nền quanh cọc chuyển sang phá hoại cục bộ; tải trọng tại đây thường được lấy làm sức chịu tải cực hạn. Nếu đường cong không có điểm gãy rõ, cần dùng phương pháp Davisson để xác định sức chịu tải.

Cách Xác Định Sức Chịu Tải Cực Hạn Từ Biểu Đồ P-S

Hai cách phổ biến để xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ biểu đồ P-S nén tĩnh là:

1. Phương pháp điểm gãy khúc (phương pháp tiếp tuyến): kẻ hai tiếp tuyến với đoạn đầu và đoạn cuối của đường cong P-S; giao điểm của hai tiếp tuyến khi chiếu xuống trục tải trọng cho sức chịu tải cực hạn. Cách này trực quan nhưng phụ thuộc nhiều vào cảm quan người vẽ.

2. Phương pháp Davisson (theo ASTM D1143): từ gốc tọa độ vẽ đường thẳng biểu diễn độ lún đàn hồi lý thuyết của thân cọc, rồi vẽ đường song song dịch chuyển một khoảng bằng độ lún cho phép theo Davisson (thường bằng 4 mm cộng với đường kính hoặc cạnh cọc chia cho 120). Giao điểm của đường thẳng này với đường cong P-S là tải trọng giới hạn Davisson, được lấy làm sức chịu tải cực hạn của cọc.

Phân Biệt Lún Dư Và Lún Đàn Hồi Trên Biểu Đồ P-S

Một cuộc thử đầy đủ gồm chất tải (tăng dần đến tải trọng lớn nhất) và dỡ tải (giảm dần về 0). Trên biểu đồ P-S, quá trình dỡ tải tạo thành đường cong riêng đi ngược trở lại, và sự chênh lệch giữa hai đường cong cho ta:

• Lún đàn hồi: phần độ lún hồi phục khi dỡ tải (đoạn đường cong “đi lên”); phản ánh biến dạng phục hồi được của hệ cọc – đất nền.
• Lún dư (lún dẻo): phần độ lún còn lại sau khi dỡ hết tải – khoảng cách trên trục S giữa điểm cuối đường dỡ tải và gốc tọa độ. Lún dư càng lớn, đất nền đã biến dạng dẻo càng nhiều.

Lún dư chiếm tỷ trọng lớn là dấu hiệu cọc đã làm việc gần hoặc vượt giới hạn chịu tải.

Tiêu Chí Đánh Giá Kết Quả Theo TCVN 9393:2012

Theo TCVN 9393:2012 (thí nghiệm cọc bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục), kết quả được đánh giá theo các tiêu chí chính:

• Độ lún ổn định: chỉ gia tải cấp tiếp theo khi tốc độ lún đã giảm xuống dưới ngưỡng quy định của tiêu chuẩn trong thời gian giữ tải.
• Không phá hoại: cọc bị coi là phá hoại khi độ lún tăng liên tục, không ổn định dưới một cấp tải duy trì hoặc vượt giới hạn quy định – phải dừng thí nghiệm để đảm bảo an toàn.
• Lún dư sau dỡ tải: sau khi dỡ hết tải, độ lún dư của đầu cọc phải nằm trong giới hạn cho phép; lún dư quá lớn là cơ sở xem xét lại sức chịu tải khai thác.

Tham khảo thêm: quy trình thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi và các phương pháp chất tải trong thí nghiệm nén tĩnh cọc.

Kết luận: đọc thành thạo biểu đồ P-S nén tĩnh – từ hai trục tọa độ, đường cong lún, điểm gãy khúc, phương pháp Davisson đến lún dư và lún đàn hồi – là kỹ năng cốt lõi để đánh giá đúng sức chịu tải cọc theo TCVN 9393:2012. Cần đơn vị thí nghiệm uy tín, liên hệ Koden Test VN – hotline 0963.886.661.