Xem mẫu
- TRƯỜNG ĐHXD MIỀN TRUNG
KHOA XÂY DỰNG
BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh
BÀI GIẢNG
THÍ NGHIỆM ĐỊA KỸ THUẬT
Phú Yên, 2020
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
Phần 1:
THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ
2.1. Xác định thành phần hạt của đất (TCVN 4198: 2014)
2.1.1. Những quy định chung và mục đích thí nghiệm
- Thành phần hạt của đất là hàm lượng của từng nhóm hạt có đường kính khác nhau ở
trong đất, được biểu diễn bằng % so với khối lượng mẫu đất khô tuyệt đối đã lấy để
phân tích.
- Thành phần hạt của đất được xác định bằng phương pháp sàng (rây) theo hai cách:
+ Rây khô để phân chia các hạt có kích thước từ 10 ÷ 0,5 mm.
+ Rây ướt (rây có rửa nước) để phân chia các hạt có kích thước từ 10 ÷ 0,1 mm.
- Thành phần hạt của đất loại cát và đất loại sét được xác định bằng phương pháp tỷ
trọng kế với các hạt có kích thước từ 0,1 ÷ 0,002 mm và phương pháp rây với các hạt
có đường kính lớn hơn 0,1 mm (xem thêm hướng dẫn trong tài liệu [1]).
- Xác định thành phần hạt là phân chia đất thành từng nhóm các cỡ hạt gần nhau về độ
lớn và xác định hàm lượng phần trăm của chúng.
- Kết quả phân tích thành phần hạt đất dùng để phân loại đất và đánh giá tính cấp phối.
2.1.2. Thiết bị thí nghiệm
- Bộ sàng tiêu chuẩn có kích thước lỗ: 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,25 và 0,1 mm;
- Cân kỹ thuật có độ chính xác tới 0,01 g;
- Cối sứ và chày có bọc cao su để tách rời các hạt đất;
- Tủ sấy điều chỉnh được nhiệt độ; quả lê bằng cao su (để dồn hạt đất, hút nước);
- Bát đựng đất; dao con;
- Chổi lông nhỏ để quét các hạt đất bám vào rây; máy sàng lắc.
Hình 2.1. Cân kỹ thuật Hình 2.2. Bộ sàng Hình 2.3. Máy sàng lắc
2.1.3. Chuẩn bị mẫu thử
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 1
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
Mẫu đất trung bình để phân tích được lấy theo phương pháp chia tư (trộn đều đất,
rải đất thành lớp mỏng, dùng dao vạch hai đường chéo chia đất làm bốn phần, lấy đất ở
2 phần đối xứng). Khối lượng đất lấy làm thí nghiệm phụ thuộc vào hàm lượng hạt lớn
hơn 2 mm (được ước lượng bằng mắt thường) như sau:
Bảng 2.1. Khối lượng mẫu đất thí nghiệm thành phần hạt
% theo khối lượng các hạt có kích thước
Khối lượng đất cần lấy để thí nghiệm (g)
lớn hơn 2 mm
0% 100 ÷ 200
0% ÷ 10% 300 ÷ 900
10% ÷ 30% 1000 ÷ 2000
> 30% 2000 ÷ 5000
2.1.4. Trình tự thí nghiệm
2.1.4.1. Phương pháp rây khô
- Lắp các sàng thành chồng theo thứ tự tăng dần kích thước lỗ sàng kể từ đáy sàng đến
nắp sàng.
- Mẫu đất đại diện sẽ được phơi khô gió hay sấy khô trong tủ sấy.
- Dùng chày bọc cao su hay bóp bằng tay để tách các hạt đất dính vào nhau, tránh không
đập mạnh để làm vỡ các hạt đất.
- Trộn đều đất, lấy khối lượng mẫu đất theo hướng dẫn ở trên, cho vào chồng sàng và
sàng bằng tay hoặc bằng máy.
- Cân khối lượng của từng nhóm cỡ hạt giữ lại trên từng sàng và lọt xuống ngăn đáy, kết
quả lấy chính xác đến 0,01 g.
2.1.4.2. Phương pháp rây ướt
- Lấy một mẫu đất trung bình, cân khối lượng mẫu đất như hướng dẫn ở trên và đổ đất
vào các bát nhỏ đã được cân trước.
- Dùng nước làm ẩm đất và nghiền đất bằng chày có đầu bọc cao su. Sau đó đổ nước
vào đất, khuấy đục huyền phù và để lắng 10 ÷ 15 giây. Đổ nước có các hạt không lắng
(thể vẫn) qua rây có lỗ 0,1 mm. Cứ tiến hành khuấy đục và đổ lên rây như vậy cho đến
khi nước bên trên các hạt lắng xuống hoàn toàn trong mới thôi.
- Dùng quả lê cao su bơm nước dội sạch các hạt còn lại trên rây vào bát, gạn đổ nước
trong bát đi.
- Sấy đất trong các bát cho đến trạng thái khô gió và cân bát với đất để tìm khối lượng
của đất sau khi dội rửa các hạt có kích thước < 0,1 mm qua rây.
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 2
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
- Xác định khối lượng các hạt có kích thước < 0,1 mm theo hiệu số giữa khối lượng của
mẫu trung bình lấy để phân tích và khối lượng mẫu đất sau khi đã rửa đi các hạt có kích
thước < 0,1 mm.
- Sàng đất đã được rửa bỏ các hạt có kích thước < 0,1 mm qua bộ rây.
- Cân khối lượng của từng nhóm cỡ hạt giữ lại trên từng rây, kết quả lấy chính xác đến
0,01g.
Ghi chú: sai lệch giữa khối lượng các nhóm hạt với khối lượng mẫu đất trung bình đem
phân tích không được lớn hơn 1%.
2.1.5. Tính toán kết quả
- Hàm lượng % từng nhóm hạt (P, %) được tính theo công thức sau:
mh
P .100% (Kết quả lấy chính xác đến 0,1%) (2.1)
m
Trong đó:
mh: khối lượng nhóm hạt, g;
m: khối lượng của mẫu trung bình lấy để phân tích, g.
- Trình bày kết quả phân tích dướng dạng bảng số lượng chứa % các nhóm hạt và đường
cong cấp phối hạt trên hệ trục bán logarit. Đường cong được lập theo hàm lượng cộng
dồn các nhóm hạt bắt đầu từ nhóm hạt bé nhất trong mẫu đất.
Bảng 2.2. Hàm lượng chứa % các nhóm hạt
Đường kính các nhóm hạt (mm)
Đại lượng xác định 0,5 ÷ 0,25
> 10 10 ÷ 5 5÷2 2÷1 1 ÷ 0,5 0,1
0,25 ÷ 0,1
Khối lượng nhóm hạt (g)
Hàm lượng nhóm hạt (%)
Hàm lượng cộng dồn (%)
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 3
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
Hình 2.4. Đường cong cấp phối hạt
- Dựa vào kết quả phân tích hàm lượng cỡ hạt để phân loại đất theo bảng sau:
Bảng 2.3. Phân loại đất theo hàm lượng % kích thước hạt
Tên đất Hàm lượng kích thước hạt
Cát pha sạn sỏi Khối lượng hạt có đường kính d > 2,0 mm chiếm trên 25%
Cát hạt to Khối lượng hạt có đường kính d > 0,5 mm chiếm trên 50%
Cát hạt trung Khối lượng hạt có đường kính d > 0,25 mm chiếm trên 50%
Cát hạt nhỏ Khối lượng hạt có đường kính d > 0,1 mm chiếm trên 75%
Cát hạt mịn (cát bột) Khối lượng hạt có đường kính d > 0,1 mm chiếm dưới 75%
- Tính hệ số đồng nhất:
d 60
Cu (2.2)
d10
- Tính hệ số cong (biểu thị đường cong cấp phối hạt có đều đặn hay không):
(d30 ) 2
Cg (2.3)
d10d 60
Trong đó:
d60, d30, d10: đường kính mà các hạt có đường kính bằng và nhỏ hơn nó chiếm 60%,
30%, 10% hàm lượng mẫu đem phân tích.
- Một mẫu đất có cấp phối tốt cần thỏa mãn điều kiện:
Sỏi sạn: Cu > 4 và 1 < Cg < 3
Cát: Cu > 6 và 1 < Cg < 3
Nếu một trong những điều kiện này không thỏa mãn thì đất có tính cấp phối kém.
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 4
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Nêu mục đích, ý nghĩa thí nghiệm xác định thành phần hạt đất.
2. Nêu trình tự thí nghiệm xác định thành phần hạt.
3. Nêu kích thước các cỡ rây đã dùng trong thí nghiệm xác định thành phần hạt.
4. Cách vẽ đường cong cấp phối hạt.
5. Hãy vẽ đường cong cấp phối hạt của đất:
a. Cát hạt trung, đồng nhất.
b. Cát hạt to, không đồng nhất.
6. Kết quả phân tích thành phần hạt của 100 g một mẫu đất như sau:
Đường kính các nhóm hạt (mm)
Đại lượng xác định 10 ÷ 0,5 ÷ 0,25 ÷
> 10 5÷2 2÷1 1 ÷ 0,5 0,1
5 0,25 0,1
Khối lượng nhóm hạt (g) 0 0 0,58 8,11 28,09 13,53 21,79 27,9
Hãy vẽ đường cong cấp phối hạt, xác định tên và tính cấp phối của mẫu đất.
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 5
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
2.2. Xác định khối lượng thể tích hạt đất (TCVN 4195: 2012)
2.2.1. Những quy định chung và mục đích thí nghiệm
- Khối lượng thể tích hạt đất (h, g/cm3) là khối lượng trong một đơn vị thể tích của các
hạt đất, khô tuyệt đối, xếp chặt xít, không kể các lỗ rỗng.
- Về mặt trị số, khối lượng thể tích hạt đất bằng tỷ số giữa khối lượng phần hạt cứng của
mẫu đất đã được sấy khô đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 105 ÷ 110 oC và thể tích
của chính phần hạt cứng đó, được xác định theo công thức:
mh
h (2.4)
Vh
Trong đó:
mh: khối lượng phần hạt cứng của mẫu, g;
Vh: thể tích phần hạt cứng của mẫu, cm3.
- Khối lượng thể tích hạt đất chỉ phụ thuộc vào thành phần khoáng vật của đất, không
phụ thuộc vào độ ẩm, độ rỗng, càng nhiều khoáng vật nặng khối lượng thể tích hạt đất
càng lớn.
- Đối với mỗi mẫu đất cần tiến hành hai lần thử song song. Chênh lệch kết quả giữa hai
lần thử song song không được lớn hơn 0,02 g/cm3.
- Khối lượng thể tích hạt của mẫu đất là trị số trung bình của hai lần thử song song.
- Có hai phương pháp để xác định khối lượng thể tích hạt đất là phương pháp đun sôi và
phương pháp bơm hút chân không.
- Khối lượng thể tích hạt đất là chỉ tiêu trực tiếp rất quan trọng được dùng để xác định
các chỉ tiêu gián tiếp khác như: độ rỗng n, hệ số rỗng e, độ bão hào G,...
2.2.2. Thiết bị thí nghiệm
- Bình tỷ trọng loại có dung tích không nhỏ hơn 100 cm3;
- Sàng có lỗ đường kính 2 mm;
- Cối chày sứ, chày cao su và chày đồng;
- Cân kỹ thuật có độ chính xác 0,01 g;
- Bếp cát, nước cất, nhiệt kế; tủ sấy điều chỉnh được nhiệt độ;
- Bơm chân không (có cả bình hút chân không).
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 6
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
Hình 2.5. Bình tỷ trọng Hình 2.6. Cối sứ, chày cao su Hình 2.7. Tủ sấy
Hình 2.8. Bình chân Hình 2.9. Máy bơm chân Hình 2.10. Bếp cách cát
không không
2.2.3. Trình tự thí nghiệm
2.2.3.1. Phương pháp đun sôi
- Bằng phương pháp chia tư, lấy khoảng 100 ÷ 200 g mẫu đất cần thí nghiệm đã sấy khô
tuyệt đối cho vào cối sứ rồi nghiền bằng chày cao su (đối với đất chứa dăm sạn thì dùng
chày sứ hoặc đồng), cho đất qua sàng.
- Lấy khoảng 15 ÷ 20 g đất, dùng phễu cho vào bình tỷ trọng đã biết khối lượng bình là
go, đem cân xác định khối lượng của đất và bình là g1.
- Đổ nước cất vào bình tỷ trọng (có đất) ở mức 1/3 ÷ 1/2 thể tích bình, giữ nguyên bình
trong tay, lắc đều rồi đặt lên bếp cát để đun sôi trong thời gian 30 phút đối với đất cát,
cát pha và một giờ đối với đất sét pha, sét để phá vỡ kết cấu đất và đuổi khí trong lỗ rỗng
ra khỏi đất.
- Lấy bình tỷ trọng ra khỏi bếp cát, đổ thêm nước cất (đã được đun sôi trong 1 giờ) vào
bình cho đến ngấn và làm nguội huyền phù (đất và nước) bằng nhiệt độ trong phòng. Đo
nhiệt độ huyền phù trong bình tỷ trọng với độ chính xác đến 0,5 oC.
- Đổ huyền phù ra, rửa sạch bình rồi cho nước cất đã đun sôi vào bình và làm nguội đến
nhiệt độ của huyền phù. Nước trong bình đầy tới vạch cân lên được khối lượng bình đầy
nước là m2.
2.2.3.2. Phương pháp bơm hút chân không
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 7
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
- Bằng phương pháp chia tư, lấy khoảng 100 ÷ 200 g mẫu đất cần thí nghiệm đã sấy khô
tuyệt đối cho vào cối sứ rồi nghiền bằng chày cao su (đối với đất chứa dăm sạn thì dùng
chày sứ hoặc đồng), cho đất qua sàng.
- Lấy khoảng 15 ÷ 20 g đất, dùng phễu cho vào bình tỷ trọng đã biết khối lượng bình là
go, đem cân xác định khối lượng của đất và bình là g1.
- Đổ nước cất vào bình tỷ trọng (có đất) ở mức 1/3 ÷ 1/2 thể tích bình, giữ nguyên bình
trong tay, lắc đều để bọt khí nổi lên trên mặt thoáng.
- Mở máy bơm để tạo chân không trong bình tỷ trọng có chứa đất và nước. Sự thoát khí
khi hút chân không bắt đầu từ khi trong bình bắt đầu xuất hiện bọt khí. Tiếp tục tạo chân
không cho đến khi trong bình tỷ trọng ngừng nổi bọt, nhưng thời gian bơm (kể từ khi
xuất hiện bọt khí) không ít hơn một giờ.
- Lấy bình tỷ trọng ra khỏi bình hút chân không, đổ thêm nước cất (đã được đun sôi
trong 1 giờ) vào bình cho đến ngấn và làm nguội huyền phù (đất và nước) bằng nhiệt độ
trong phòng. Đo nhiệt độ huyền phù trong bình tỷ trọng chính xác đến 0,5 oC.
- Đổ huyền phù ra, rửa sạch bình rồi cho nước cất đã đun sôi vào bình và làm nguội đến
nhiệt độ của huyền phù. Nước trong bình đầy tới vạch cân lên được khối lượng bình đầy
nước là m2.
2.2.4. Tính toán kết quả
- Xác định khối lượng riêng của đất theo công thức:
mo
h .n (2.5)
mo m2 m1
mo = g1 – go (2.6)
Trong đó:
go: khối lượng bình tỷ trọng, g;
g1: khối lượng bình tỷ trọng và đất khô tuyệt đối, g;
mo: khối lượng của đất khô tuyệt đối, g;
m1: khối lượng bình tỷ trọng có chứa huyền phù, g;
m2: khối lượng bình tỷ trọng chứa đầy nước, g;
n: khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ tiến hành thí nghiệm, g/cm3.
Ghi chú: kết quả lấy chính xác đến 0,01g/cm3.
- Khối lượng thể tích hạt phải được xác định ở nhiệt độ tiêu chuẩn là 20 oC, nên khi xác
định ở các nhiệt độ khác ta phải tiến hành hiệu chuẩn theo hệ số A như sau:
h (t 20o C )
A (2.7)
h (t oC )
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 8
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
Bảng 2.4. Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ trong phòng thí nghiệm xác định khối lượng thể tích
hạt đất
Nhiệt độ, oC Hệ số hiệu chỉnh A Nhiệt độ, oC Hệ số hiệu chỉnh A
16 1,0007 24 0,9991
17 1,0006 25 0,9998
18 1,0004 26 0,9986
19 1,0002 27 0,9983
20 1,0000 28 0,998
21 0,9998 29 0,9977
22 0,9996 30 0,9974
23 0,9993
CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Nêu mục đích và ý nghĩa thí nghiệm xác định khối lượng thể tích hạt đất.
2. Nêu trình tự thí nghiệm xác định khối lượng thể tích hạt đất.
3. Khi thí nghiệm xác định h cho mỗi mẫu đất cần phải tiến hành ít nhất là mấy bình tỷ
trọng? Sai số cho phép cho mỗi lần thử là bao nhiêu?
4. Tại sao khi thí nghiệm xác định h cần phải sấy khô đất tuyết đối trước khi thí nghiệm?
5. Thời gian đun dung dịch huyền phù cho mỗi loại đất là bao nhiêu?
6. Một mẫu đất khô hoàn toàn qua rây 1 mm có khối lượng 10 g được cho vào bình tỷ
trọng có dung tích 100 ml và cho thêm nước cất vào. Đem bình có chứa đất và nước trên
đun sôi trên bếp cát để đuổi toàn bộ khí ra khỏi đất. Sau đó châm thêm nước cất vào
bình để tạo huyền phù nước và đất có dung tích là 100 ml rồi đem cân ở nhiệt độ 20 oC
được khối lượng là 138,73 g. Cho biết khối lượng bình tỷ trọng chứa đầy nước cất ở 20
o
C là 132,5 g và khối lượng riêng của nước là 1 g/cm3. Xác định khối lượng thể tích hạt
của mẫu đất trên.
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 9
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
2.3. Xác định khối lượng thể tích tự nhiên của đất (TCVN 4202: 2012)
2.3.1. Những quy định chung và mục đích thí nghiệm
- Phương pháp này chỉ áp dụng đối với đất loại cát và đất loại sét, không áp dụng đối
với đất chứa dăm sạn lớn.
- Khối lượng thể tích tự nhiên của đất (, g/cm3) là khối lượng của một đơn vị thể tích
đất có kết cấu và độ ẩm tự nhiên.
- Về trị số, khối lượng thể tích tự nhiên của đất bằng tỷ số giữa khối lượng của mẫu đất
và thể tích của nó.
m
(2.8)
V
Trong đó:
m: khối lượng của mẫu đất thí nghiệm, g;
V: thể tích của mẫu đất thí nghiệm, cm3.
- Khối lượng thể tích tự nhiên của đất phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, độ rỗng và
độ ẩm của đất. Như vậy, khối lượng thể tích tự nhiên của đất được coi như là một chỉ
tiêu về trạng thái đất.
- Căn cứ vào thành phần và trạng thái của đất, các phương pháp thí nghiệm sau đây được
dùng để xác định khối lượng thể tích của đất: phương pháp dao vòng; phương pháp bọc
sáp; phương pháp đo thể tích.
Phương pháp dao vòng, áp dụng cho đất dính, hạt mịn dễ cắt bằng dao vòng, khi
cắt không bị vỡ và giữ nguyên được thể tích và hình dạng. Khi xác định khối lượng thể
tích của đất cát có kết cấu không bị phá hoại và độ ẩm tự nhiên tại hiện trường cũng có
thể dùng phương pháp dao vòng.
Phương pháp bọc sáp dùng để xác định khối lượng thể tích của đất dính có cỡ hạt
nhỏ hơn 5 mm, đất khó cắt bằng dao vòng, khi cắt dễ bị vỡ vụn, nhưng đất vẫn có thể
giữ nguyên được hình dạng (xem thêm hướng dẫn trong tài liệu [1]).
Phương pháp đo thể tích bằng dầu hỏa dùng để xác định khối lượng thể tích cho
các loại đất dính, đất than bùn, đất có chứa nhiều tàn tích thực vật ít bị phân hủy hoặc
khó lấy mẫu theo hai phương pháp trên (xem thêm hướng dẫn trong tài liệu [1]).
- Đối với mỗi mẫu đất cần tiến hành hai lần thử song song. Chênh lệch kết quả giữa hai
lần thử song song không được lớn hơn 0,03 g/cm3.
- Khối lượng thể tích tự nhiên của mẫu đất là trị số trung bình của hai lần thử song song.
- Khối lượng thể tích tự nhiên của đất được dùng trong tính toán khối lượng thể tích khô
của đất, độ lỗ rỗng và hệ số rỗng,…; tính toán áp lực đất lên tường chắn; tính ổn định
mái đốc; tính lún nền đất dưới công trình; tính sự phân bố ứng suất trong nền đất,…
2.3.2. Thiết bị thí nghiệm
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 10
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
- Dao vòng làm bằng kim loại không gỉ, có mép sắt và thể tích V 50 cm3. Đối với đất
sét đồng nhất, đường kính bên trong d 40 mm; đối với đất cát bụi và cát mịn, đường
kính bên trong d 50 mm; đối với đất cát thô và lẫn sạn sỏi, đường kính bên trong d
100 mm.
- Thước cặp;
- Dao cắt đất lưỡi thẳng và cung dây thép;
- Cân kỹ thuật có độ chính xác 0,01 g;
- Các tấm kính phẳng;
- Dụng cụ để xác định độ ẩm.
2.3.3. Trình tự thí nghiệm
- Dùng thước kẹp để đo đường kính d và chiều cao h của dao vòng.
- Xác định thể tích dao vòng V, khối lượng dao vòng mo và ghi số hiệu dao vòng.
- Xác định khối lượng các tấm kính đậy m1.
- Mẫu đất thí nghiệm được cắt thành khoanh có chiều cao cao hơn dao vòng khoảng 1 ÷
2 cm, cho vào dao vòng. Dùng dao cắt đất gọt bỏ phần đất dư thừa ở 2 đáy dao vòng rồi
lấy 2 tấm kính đậy lên trên mặt nẫu.
- Làm sạch đất bám ở thành dao vòng và ở trên các tấm kính đậy.
- Đặt dao vòng có chứa mẫu đất được đậy 2 tấm kính lên cân kỹ thuật, ta xác định được
khối lượng m2.
Ghi chú: việc cắt gọt các bề mặt mẫu đất phải hết sức cẩn thận để không bị lồi lõm.
Nếu có, phải được bù vào bằng đất tương tự và làm phẳng lại.
Hình 2.11. Dao vòng Hình 2.12. Dao vòng có đất
2.3.4. Tính toán kết quả
Khối lượng thể tích tự nhiên của đất (, g/cm3) theo công thức:
m2 m1 mo
(2.9)
V
Trong đó:
m2: khối lượng dao vòng có đất và các tấm kính đậy, g;
m1: khối lượng các tấm kính đậy, g;
mo: khối lượng dao vòng, g;
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 11
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
V: thể tích mẫu đất trong dao vòng, cm3.
Ghi chú: kết quả lấy chính xác đến 0,01g/cm3.
CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Nêu mục đích và ý nghĩa thí nghiệm xác định khối lượng thể tích rự nhiên của đất.
2. Nêu trình tự thí nghiệm xác định khối lượng thể tích rự nhiên của đất.
3. Khi thí nghiệm xác định khối lượng thể tích tự nhiên của đất, cần phải tiến hành ít
nhất là mấy lần? sai số cho phép cho mỗi lần thử là bao nhiêu?
4. Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích tự nhiên của một mẫu đất bằng phương pháp
dao vòng có các thông số sau: dao vòng có chiều cao h = 2 cm, đường kính trong 6,14
cm. Khối lượng của dao vòng và đất 209,20 g, khối lượng dao vòng 95,00 g. Hãy
xác định khối lượng thể tích tự nhiên, dung trọng tự nhiên của mẫu đất này.
Ghi chú: Dung trọng của đất đá () là tích số giữa khối lượng thể tích () của chúng
với gia tốc trọng trường (g).
- Trong hệ SI:
+ Đơn vị khối lượng là kg, chiều dài là m, thời gian là s. Vì vậy đơn vị của khối
lượng thể tích sẽ là kg/m3.
+ Đơn vị của lực là N, gia tốc là m/s2 và 1 N = 1 kg.m/s2
+ Gia tốc trọng trường g biến đổi theo vị trí, tuy nhiên trong tính toán thường lấy
gần đúng g = 10 m/s2.
- Do đó, nếu nước có khối lượng thể tích = 1000 kg/m3 sẽ có dung trọng là:
1000kg.10m / s 2 104 N 10kN
.g
m3 m3 m3
- Một cách tương tự, ứng với các khối lượng thể tích của đất đá, dung trọng của đất đá
cũng có các dạng:
+ Dung trọng tự nhiên: = .g (G/cm3, kN/m3)
+ Dung trọng hạt: h = h.g (G/cm3, kN/m3)
+ Dung trọng khô: k = k.g (G/cm3, kN/m3)
+ Dung trọng bão hòa: bh = bh.g (G/cm3, kN/m3)
+ Dung trọng đẩy nổi: đn = đn.g (G/cm3, kN/m3)
- Ví dụ ta có khối lượng thể tích tự nhiên của đất = 1,8 g/cm3
Với: = 1,8 g/cm3 = 1,8.10-3 kg/10-6m3 = 1,8.103 kg/m3.
Suy ra: Dung trọng tự nhiên của đất là:
= .g = 1,8.103 kg/m3x10m/s2 = 1,8.104 N/m3 = 18 kN/m3 = 1,8 G/cm3.
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 12
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
2.4. Xác định độ ẩm tự nhiên của đất (TCVN 4196: 2012)
2.4.1. Những quy định chung và mục đích thí nghiệm
- Độ ẩm tự nhiên của đất (W, %) là lượng nước chứa trong đất được tính bằng phần
trăm.
- Về mặt trị số, độ ẩm tự nhiên được biểu thị bằng tỷ số của khối lượng nước thoát ra
khỏi mẫu đất khi sấy khô tuyệt đối ở nhiệt độ 105 ÷ 110 oC và khối lượng hạt đất trong
mẫu đất đem sấy.
mn
W .100 (2.10)
mh
Trong đó:
mn: khối lượng nước trong mẫu đất, g;
mh: khối lượng hạt đất trong mẫu đất, g;
- Đối với mỗi mẫu đất phải tiến hành ít nhất hai lần thử song song. Nếu kết quả của hai
lần thử song song chênh lệch nhau lớn hơn 2% thì phải tiến hành thử lần thứ ba. Kết quả
là giá trị trung bình số học của các lần thử song song đó.
- Giá trị độ ẩm tự nhiên của đất thể hiện lượng nước chứa trong đất, là một đặc trưng
quan trọng chi phối một loạt các tính chất của đất. Đặc biệt các tính chất của đất sét biến
đổi rất mạnh theo giá trị của độ ẩm tự nhiên. Xác định độ ẩm tự nhiên của đất giúp ta
tính toán được các chỉ tiêu khác như độ bão hòa, độ sệt,…
2.4.2. Thiết bị thí nghiệm
- Tủ sấy có điều chỉnh nhiệt độ;
- Cân kỹ thuật độ chính xác đến 0,01g;
- Hộp nhôm có nắp đậy;
- Bình hút ẩm.
Hình 2.13. Hộp nhôm Hình 2.14. Bình hút ẩm
2.4.3. Trình tự thí nghiệm
- Xác định khối lượng hộp nhôm đã sấy khô mo bằng cân kỹ thuật và ghi số hiệu hộp.
- Dùng dao cắt một lượng đất (40 ÷ 80 g) ở trạng thái tự nhiên cho vào hộp nhôm, đậy
nắp lại, dùng cân kỹ thuật xác định được khối lượng đất và hộp nhôm m1.
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 13
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
- Đưa hộp nhôm có đất đã mở nắp vào tủ sấy. Sấy khô mẫu đất ở nhiệt độ 105 ÷ 110 oC.
Thời gian sấy như sau:
+ Sấy khô lần đầu:
3 giờ với đất cát và cát pha;
5 giờ đối với đất sét và sét pha;
8 giờ đối với đất chứa thạch cao và đất chứa hữu cơ (Qhc> 5%).
+ Sấy lại trong thời gian:
1 giờ cát và cát pha;
2 giờ đối với các loại đất khác.
- Lấy mẫu đất ra để nguội trong bình hút ẩm trong 45 ÷ 60 phút rồi xác định khối lượng
trên cân kỹ thuật. Hộp nhôm có nắp và đất đã sấy là m2.
2.4.4. Xử lý kết quả
Tính độ ẩm của đất theo công thức:
m1 m2
W .100 (%) (2.11)
m2 mo
Trong đó:
mo: khối lượng hộp nhôm có nắp, g;
m1: khối lượng hộp nhôm có nắp và đất chưa sấy, g;
m2: khối lượng hộp nhôm có nắp và đất đã sấy, g.
Ghi chú: kết quả tính toán biểu diễn với độ chính xác đến 0,1%.
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 14
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Nêu mục đích, ý nghĩa thí nghiệm xác định độ ẩm tự nhiên của đất.
2. Nêu trình tự thí nghiệm xác định độ ẩm tự nhiên của đất.
3. Nhiệt độ sử dụng để sấy đất khi thí nghiệm xác định độ ẩm tự nhiên là bao nhiêu?
4. Khi thí nghiệm xác định độ ẩm tự nhiên của đất, cần phải tiến hành ít nhất là mấy lần?
sai số cho phép cho mỗi lần thử là bao nhiêu?
5. Thí nghiệm xác định độ ẩm tự nhiên của một mẫu đất sét có các thông số sau:
Khối lượng đất ẩm và hộp nhôm: 38,92 g;
Khối lượng đất khô và hộp nhôm: 31,53 g;
Khối lượng hộp nhôm: 18,58 g.
Hãy xác định độ ẩm tự nhiên của mẫu đất.
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 15
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
2.5. Xác định giới hạn dẻo và giới hạn chảy của đất (TCVN 4197: 2012)
2.5.1. Những quy định chung và mục đích thí nghiệm
- Phương pháp này áp dụng cho các loại đất không gắn kết, chứa phần lớn các hạt có
đường kính nhỏ hơn 1 mm và có giới hạn dẻo, không áp dụng cho các đất hữu cơ (than
bùn, đất than bùn hóa)
- Độ ẩm giới hạn dẻo của đất tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết cấu bị phá hoại
chuyển từ trạng thái nửa cứng sang dẻo. Độ ẩm giới hạn dẻo (Wd, %) được đặc trưng
bằng độ ẩm của đất do nhào trộn đều với nước và lăn thành que có đường kính 3 mm
bắt đầu rạng nứt thành các đoạn có hiều dài 3 ÷ 10 mm.
- Độ ẩm giới hạn chảy của đất tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết cấu bị phá
hoại chuyển từ trạng thái dẻo sang chảy. Độ ẩm giới hạn chảy (Wch,%) của đất được đặc
trưng bằng độ ẩm của bột đất nhào với nước mà ở đó quả dọi thăng bằng hình nón dưới
tác dụng của trọng lượng bản thân (tương đương với sức kháng xuyên đơn vị Rx = 0,076
kG/cm2) sau 10 giây sẽ lún sâu 10 mm.
- Đối với mỗi mẫu đất phải tiến hành không ít hơn hai lần thử song song khi xác định
giới hạn dẻo, giới hạn chảy.
- Sai số về độ ẩm giữa hai lần xác định song song phải 2%.
- Giới hạn dẻo, giới hạn chảy của đất là trị trung bình cộng của kết quả hai lần thử song
song.
- Xác định độ ẩm giới hạn chảy và độ ẩm giới hạn dẻo để xác định chỉ số dẻo A (phân
loại đất) và chỉ số độ sệt B (đánh giá trạng thái đất).
- Chỉ số dẻo của đất được tính theo công thức:
Ip = WL – Wp (2.12)
- Chỉ số độ sệt của đất được tính theo công thức:
W Wp
B (2.13)
WL Wp
Trong đó:
W: độ ẩm tự nhiên của đất, %;
Wp: độ ẩm giới hạn dẻo của đất, %;
WL: độ ẩm giới hạn chảy của đất, %.
- Đất thí nghiệm nếu có các hạt có đường kính d > 1mm thì cần phải loại bỏ chúng. Nếu
hàm lượng hạt có d > 1 mm chiếm từ 10 ÷ 50 thì cần phải nhân với hệ số K (K = G1/G)
để hiệu chỉnh các giá trị giới hạn dẻo và giới hạn chảy cho phù hợp với thực tế. Trong
đó, G1 là khối lượng phần mẫu chỉ gồm cát hạt lọt qua rây 1 mm, G là khối lượng toàn
bô mẫu, kể cả phần hạt trên rây 1 mm.
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 16
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
2.5.2. Thiết bị thí nghiệm
- Để xác định giới hạn chảy cần bộ chùy xuyên Vaxiliev, gồm:
+ Chùy xuyên Vaxiliev: là một quả dọi hình nón bằng thép không gỉ, có góc ở đỉnh
30 và cao 25 mm. Trên quả dọi, theo chiều cao của hình nón, cách đỉnh 10 mm có khắc
o
một ngấn tròn. Bộ phận thăng bằng gồm hai quả cầu bằng kim loại gắn vào hai đầu một
thanh thép nhỏ uốn thành hình nửa vòng tròn, đường kính 85 cm, lồng qua và gắn chặt
với quả dọi. Ở đáy quả dọi có một núm tay cầm. Khối lượng của dụng cụ là 76 0,2 g;
+ Khuôn hình trụ bằng kim loại không gỉ có đường kính lớn hơn 40 mm và chiều
cao lớn hơn 20 mm.
+ Đế gỗ, hoặc kim loại không gỉ để đặt khuôn mẫu thí nghiệm.
- Để xác định giới hạn dẻo, cần dùng tấm kính nhám (hoặc vật có khả năng thấm hút
nước) có kích thước 40x60 cm2;
- Các dụng cụ khác cần dùng cho thí nghiệm:
+ Sàng có đường kính d = 1 mm, cối sứ và chày có đầu bọc cao su;
+ Giấy (vải khô) thấm, hộp nhôm có nắp, nước cất, dao trộn; bình thủy tinh có nắp;
+ Cân kỹ thuật có độ chính xác 0,01 g;
+ Tủ sấy điều chỉnh được nhiệt độ; bát sắt tráng men hoặc bát sứ.
Hình 2.15. Bộ thiết bị thí nghiệm giới hạn
Hình 2.16. Bộ chùy xuyên Vaxiliev
dẻo
2.5.3. Xác định giới hạn dẻo
2.5.3.1. Trình tự thí nghiệm
- Dùng phương pháp chịa tư, lấy khoảng 300 g đất có tính đại diện mẫu đất cho vào cối
sứ nghiền nhỏ rồi cho qua sàng d = 1 mm. Đem đất lọt qua sàng đựng trong bát, vừa
tưới nước cất vào vừa dùng dao trộn đều. Sau đó đặt mẫu đất vào bình thủy tinh đậy kín
trong khoảng 2 giờ trước khi thử.
- Lấy một ít đất và dùng mặt phẳng lòng bàn tay hoặc các đầu ngón tay nhẹ nhàng vê
trên tấm kính nhám cho đến khi thành ve đất có đường kính 3 mm bắt đầu rạn nứt và
đứt ra thành đoạn 3 ÷ 10mm là được.
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 17
- Thí nghiệm Địa kỹ thuật
Nếu ve đất d = 3mm không có vết nứt thì vê thành hòn (ướt quá thì phải lấy vải
sạch thấm bớt nước) rồi lại vê thành que đất trạng thái như trên là được.
Que đất lúc này ứng với độ ẩm giới hạn dẻo quy ước.
- Cho các đoạn que đất này vào hộp nhôm đạt tối thiểu 10 g, đậy nắp lại và đem cân xác
định khối lượng đất chưa sấy và hộp nhôm. Trình tự tiếp theo làm như khi xác định độ
ẩm tự nhiên của đất ta sẽ tính được giá trị Wp.
2.5.3.2. Tính toán kết quả
- Tính giá trị giới hạn dẻo theo công thức:
m1 m2
Wp .100 (2.14)
m2 mo
Trong đó:
mo: khối lượng hộp nhôm có nắp, g;
m1: khối lượng hộp nhôm có nắp và đất chưa sấy, g;
m2: khối lượng hộp nhôm có nắp và đất đã sấy, g.
Ghi chú: kết quả được tính chính xác đến 0,1%.
2.5.4. Xác định giới hạn chảy
2.5.4.1. Trình tự thí nghiệm
- Trộn thêm một bát đất, hoặc lấy mẫu đất còn thừa sau thí nghiệm xác định giới hạn
dẻo, cho thêm nước cất rồi dùng dao trộn đảo đều. Lấy đất này cho vào khuôn hình trụ
bằng thép. Sau khi nhồi đầy đất vào khuôn, dùng dao gạt bằng mặt mẫu đất với mép
khuôn.
- Đặt khuôn đựng mẫu lên giá đỡ, dùng chùy xuyên có bôi Vaseline, ta đặt mũi chùy
vừa chạm mặt mẫu đất trong khuôn rồi buông ra cho chùy rơi tự do. Nếu sau 10 giây
mũi chùy ngập sâu vào trong đất tới vạch chuẩn 10 mm thì độ ẩm của mẫu đất ứng với
trạng thái độ ẩm giới hạn chảy.
- Khi đạt yêu cầu, lấy từ khuôn thép ra khối lượng đất 10 g cho vào hộp nhôm đã được
xác định trước khối lượng. Đem cân hộp nhôm chứa đất. Đưa mẫu đất sau khi mở nắp
hộp vào sấy trong tủ, sấy khô ta xác định được khối lượng đất đã sấy và hộp nhôm.
2.5.4.2. Tính toán kết quả
- Tính giá trị giới hạn chảy theo công thức:
m1 m2
WL .100 (2.15)
m2 mo
Trong đó:
mo: khối lượng hộp nhôm có nắp, g;
m1: khối lượng hộp nhôm có nắp và đất chưa sấy, g;
GVC. TS. Nguyễn Thanh Danh 18
nguon tai.lieu . vn
