chng 1 c¬ häc ®Êt Ch¬ng 1 b¶n chÊt vµ tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt chương 1 các tính chất vật lý của đất Bài 1 điều kiện lịch sử tự nhiên của Sự hình thành đất I Sự hình thành đất 1 Nguồn gốc và cách thức hình thành đất Khái niệm Đất tự nhiên được tạo nên do kết quả phong hoá vật lý và hoá học của đá gốc Trong quá trình hình thành và trong những điều kiện tồn tại tiếp theo, tuỳ thuộc điều kiện bên ngoài mà các tính chất của đất được hình thành Trong thời gian tồn tại lâu dài của đất, điều kiện tự.
Trang 1chương 1 các tính chất vật lý của đất Bài 1 điều kiện lịch sử tự nhiên của Sự hình thành đất
I Sự hình thành đất
1 Nguồn gốc và cách thức hình thành đất
- Khái niệm: Đất tự nhiên được tạo nên do kết quả phong hoá vật lý và hoá học của đá
gốc Trong quá trình hình thành và trong những điều kiện tồn tại tiếp theo, tuỳ thuộc điều kiện bên ngoài mà các tính chất của đất được hình thành.
Trong thời gian tồn tại lâu dài của đất, điều kiện tự nhiên đã có nhiều lần thay đổi: sựtái trầm tích nhiều lần, sự làm chặt dưới tác dụng của trọng lượng các trầm tích mới phủtrên, sự giảm nén khi các trầm tích ấy bị xói mòn; đôi khi sự ngập nước và sự tháo khômới khi có hiện tượng nâng kiến tạo v.v… Một số loại đất bị sức ép của những lớpbăng dày lục địa, bị chuyển dời do băng, nước và các dòng không khí v.v tất cả đã tạonên những điều kiện hình thành đất tự nhiên, chúng quuyết định đặc điểm các tính chấtvật lý của từng loại đất
- Quá trình đá cứng biến đổi thành đất diễn ra ở mặt đất hay gần mặt đất và chịu ảnhhưởng của các yếu tố sau đây:
(1) Bản chất và thành phần của đá gốc
(2) Điều kiện khí hậu, đặc biệt là nhiệt độ và độ ẩm
(3) Điều kiện địa hình và điều kiện chung của vùng đất, chẳng hạn như mức độ phủkín hay xuất lộ, mật độ và loại thực vật…
(4) Khoảng thời gian liên quan với các điều kiện đặc biệt chiếm ưu thế
(5) Sự can thiệp của các yếu tố khác như bão, tai biến lớn, động đất, hoạt động củacon người…
(6) Cách thức và điều kiện vận chuyển
2 Các tác nhân phong hoá
* Khái niệm phong hoá: là thuật ngữ chung để chỉ một số quá trình tự nhiên trên mặt đất,
do hoạt động riêng lẻ hay phối hợp của các yếu tố như gió, mưa, đóng băng, thay đổi nhiệt
độ và trọng lực, hay do tác động của quá trình hoá học, v.v…
a) Phong hoá vật lý: diễn ra mạnh mẽ phụ thuộc vào khí hậu và mức độ thay đổi lớn của
nhiệt độ Quá trình đóng băng và tan băng làm rộng thêm các vết nứt Quá trình thayđổi nhiệt độ quá lớn, giữa ngày và đêm, ở khu vực hoang mạc làm đất đá nở ra, co lạiliên tục, tạo ra các nứt tách và phân rã
- Nước trong các khoảng rỗng của đá, nở thể tích khi đóng băng đã làm nứt vỡ
đá Vụn đá sinh ra bằng cách này thì sắc và có góc cạnh
Trang 2- Hoạt động của gió có tác dụng ngược lại, các hạt thường tròn cạnh do bị cọmòn.
Đặc điểm: đá bị nát vụn ra nhiều mảnh có kích thước khác nhau và có góc cạnh,
thường có kích thước to và khoáng vật vẫn mang thành phần của đá mẹ gọi là khoáng
vật nguyên sinh.
b) Phong hoá hoá học: là sự tác động của các hợp chất hoặc nguyên tố hoá học có trong
không khí và nước lên các hợp chất của khoáng vật tạo đá dẫn đến các khoáng vật bịthay đổi và làm hoà tan vật liệu đá Sự biến đổi khoáng vật bị tác động chủ yếu bởiquá trình ôxi hoá, quá trình thuỷ hoá và quá trình cácbonát hoá Dung dịch hoà tan lànước chứa axit hoặc bazơ Kết quả là từ những khối đá cứng với các khoáng vật thànhtạo, đã dần dần biến đổi các vật chất ban đầu thành vật chất khác mềm yếu hơn
Phong hoá hoá học gây ra biến đổi hoàn toàn, cả thành phần vật liệu cấu tạo và kiếntrúc hình thành ban đầu Sản phẩm cuối cùng tạo ra là đất tàn tích
Đặc điểm : các sản phẩm sau quá trình phong hoá hoá học có tính chất khác hẳn đá
gốc, gọi là khoáng vật thứ sinh Kích thước các hạt thường nhỏ và rất nhỏ, có tính chất
đồng đều hơn so với phong hoá vật lý
c) Phong hoá sinh vật:
là quá trình phá hoại các tầng lớp đá do các tác động của cây cỏ, động vật và conngười cũng đóng vai trò quan trọng vào quá trình tách vỡ, phân huỷ, chuyển hoá đất
đá Quá trình này diễn ra mạnh mẽ và đã chuyển hoá đất đá ban đầu thành đất mới
Đặc điểm: sản phẩm phong hoá mang tính chất trung gian giữa hai loại trên.
II quá trình trầm tích và các loại đất trầm tích
Khái niệm : là quá trình các sản phẩm phong hoá do tác dụng dòng nước, của băng trôi,
của gió các hạt đất đá bị cuốn đi nơi khác Tuỳ kích thước các hạt to, nhỏ mà trong quá trình di chuyển chúng sẽ lắng đọng hoặc rơi xuống tạo thành các tầng lớp đất khác nhau 3/4 lục địa được bao phủ bởi các lớp trầm tích này.
1.
Đất tàn tích: Đất không bị di rời vẫn giữ nguyên trên đá gốc Loại đất này thành tạo
ở nơi quá trình phong hoá hoá học ưu thế hơn phong hoá vật lý, như tại vùng địa hìnhbằng phẳng nhiệt đới…
2.
Đất sườn tích: sản phẩm phong hoá được vận chuyển tới lưng chừng dốc (do trọng
lượng bản thân), có tính chất không đồng nhất và không ổn định, dễ bị sạt lở vào mùamưa
3.
Trầm tích thung lũng: có bề dày lớn, có tính phân lớp nhưng chiều dày mỗi lớp thay
đổi nhanh không đồng đều Khi xây dựng công trình chú ý đến vấn đề lún và lúnkhông ổn định của công trình
4.
Trầm tích châu thổ: được hình thành ở lưu vực các con sông, có tính phân lớp và có
chiều dày lớn, và thường có độ rỗng lớn
Lượng bùn cát vận chuyển bởi các con sông, suối phụ thuộc nhiều vào vận tốc dòngchảy ở thượng lưu vận tốc cao có thể vận chuyển cả các hòn đá lớn Tuy nhiên khi
Trang 3sông chảy xuôi ra biển, vận tốc sẽ giảm dần và sự trầm đọng diễn ra như sau: ở vùng
trung lưu: đầu tiên là hạt cuội rồi đến cát thô và hạt trung cuối cùng ở vùng châu thổ hay cửa sông là cát mịn và bụi.
Trong quá trình vận chuyển các hạt bị mài mòn do đụng trạm với đáy sông và với cáchạt khác vì vậy các hạt có hình dạng tròn hay gần tròn
5.
Trầm tích biển : được hình thành do các dòng nước biển hoặc cửa các con sông.
Thường có lẫn xác động thực vật các hạt khá tròn trĩnh do bị mài mòn mạnh, có chiềudày lớn và độ rỗng rất lớn
6.
Trầm tích gió : được hình thành do gió cuốn hình thành nên các cồn cát, có tính đồng
nhất, xốp và tính chịu nén mạnh…
Hình 1-1 : Quá trình trầm tích do vận chuyển dòng nước.
III thuật ngữ đất trong xây dựng
Đất xây dựng: là mọi loại đất hoặc đá, vốn là một hệ nhiều thành phần, mà ta sẽ tiến
hành xây dựng ở trên hay bên trong nó hoặc dùng nó để xây dựng.
1.
Đất hữu cơ: Đó là hỗn hợp giữa các hạt khoáng vật và vật chất hữu cơ, chủ yếu có
nguồn gốc thực vật, ở các giai đoạn phân huỷ khác nhau Nhiều loại đất hữu cơ cónguồn gốc hồ, vũng vịnh, cửa sông, cửa biển, hồ chứa nước…đất sờ trơn, có mầu sẫm
và có mùi dễ cảm nhận
2.
Than bùn: tạo bởi các vật chất hữu cơ, rất xốp, nén lún mạnh và có khả năng đốt cháy
cao Than bùn có hệ số độ rỗng, độ ẩm lớn, khả năng nén lún mạnh và đôi khi có tínhaxít
3.
Đất tàn tích: là tàn dư của các đá bị phong hoá chưa bị di chuyển Thường là cát hay
cuội, hàm lượng ô xít cao là do quá trình rửa đất xảy ra, như đất laterit, đất sét làm đồsứ
Trang 4Đất bồi (aluvi): đó là các vật liệu như cát, cuội,… được trầm đọng từ sông suối Đặc
trưng là tuyển lựa (cỡ hạn) tốt nhưng thường hình thành các tầng không liên tục và bấtthường
5.
Đất dính: đất chứa các hạt sét hay bụi vừa đủ để tạo được rõ tính dính và dẻo.
6.
Đất không dính: các đất, như cát, cuội, bao gồm các hạt tròn hay góc cạnh (không có
dạng tấm), không biểu hiện tính dẻo hay tính dính
7.
Đất trầm tích mới: chỉ các trầm tích trên mặt còn mới, chưa cố kết như đất bồi, đất
sét chứa đá tảng nguồn gốc sông băng, cát do gió, hoàng thổ…
Thành phần chủ yếu của đất là các hạt đất được tạo thành do quá trình phong hoá, gồm bapha: rắn (hạt đất), lỏng (nước trong các lỗ rỗng giữa các hạt đất), và khí (tồn tại trong các lỗrỗng không có nước)
Trang 5Hạt cuội 200 – 10 Cuội và dăm 300 – 150
Trang 6n R
c
d c
D
D
Trong đó:
tích hình chiếu của hạt khi nằm trên một
- Khoáng vật hợp thành các hạt đất chia làm 3 loại: khoáng vật nguyên sinh, khoáng vật
thứ sinh và vật chất hoá học hữu cơ Các hạt kích thước lớn thành phần khoáng vật càng
giống với đá gốc gọi là khoáng vật nguyên sinh Các hạt có kích thước nhỏ thành phầnkhoáng vật bị biến chất đi gọi là khoáng vật thứ sinh
- Khoáng vật thứ sinh chia làm 2 loại:
(1) Loại không hoà tan trong nước gồm: kaolinit, ilit, montmorilonit
(2) Loại hoà tan trong nước gồm: can xít, mica trắng, thạch cao và muối mỏ.
- Đất gồm các hạt kích thước lớn thì thành phần khoáng vật không ảnh hưởng gì nhiềuđến tính chất của đất, nhưng đất gồm các hạt nhỏ (< 0.005mm – cỡ hạt sét) thì thànhphần khoáng vật lại ảnh hưởng rất lớn đến tính chất vật lý của và cơ học của đất
4 Các tính chất quan trọng của khoáng vật sét
a) Tỷ diện tích bề mặt
Trang 7- KN: Tỷ diện tích bề mặt là tỷ số của diện tích bề mặt trên đơn vị khối lượng (g/cm 3 ).
Khi đất gồm nhiều hạt càng nhỏ thì tỷ diện tích bề mặt càng lớn, điều đó dẫn đến hiệntượng hoạt động mặt ngoài của các hạt càng lớn, các liên kết giữa các hạt sẽ càng mạnh
< 5.10 -6
1~2 10 80 800 1300
b) Diện tích và sự hấp phụ bề mặt
Các ion O2- hoặc (OH)- hình thành bề mặt khoáng vật sét, nên bề mặt mang điện âm Vì phân
tử nước là lưỡng cực, một đầu mang điện âm, một đầu mang điện dương, một lớp các phân tửnước này được giữ trên bề mặt khoáng vật bởi liên kết hyđro (H3O)+ Sát bề mặt khoáng vật,các phân tử nước được giữ lại ở dạng lớp dính chắc (hấp phụ), nhưng càng xa bề mặt, liên kếtyếu đi và nước trở nên lỏng hơn
c) Khả năng trao đổi cơ bản
Tổng diện tích âm của các khoáng vật sét được trung hoà bằng nhiều cách: phần do các cationnội bộ, phần do liên kết hyđro trong nước hấp phụ và phần do cation ở trong lớp hấp phụ Sự
cân bằng điện tích âm bề mặt không do nội bộ thoả mãn được gọi là khả năng trao đổi của
khoáng vật
d) Sự kết bông và sự phân tán
Lực kết hợp giữa hai hạt kéo chúng lại gần nhau, ở một thể huyền phù trong nước, chịu ảnhhưởng của 2 nhóm lực:
- Lực hấp dẫn giữa các hạt do lực Van der Waal hay lực liên kết thứ cấp.
Lực hấp dẫn Van der Waal tăng lên nếu các hạt xích lại gần nhau Trong đất, chỗ nào
mà lớp hấp phụ dày, thì khả năng đẩy nhau lớn hơn và các hạt sẽ ở dạng tự do hay phântán
- Lực đẩy do bản chất mang điện âm của bề mặt hạt và lớp hấp phụ
Khi lớp hấp phụ đủ mỏng để lực hút chiếm ưu thế, sẽ xảy ra tiếp xúc cạnh với cạnhhình thành nên nhóm hạt; Trong huyền phù, các nhóm hạt này sẽ lắng chìm cùng với
nhau, đó là quá trình kết bông và đất có hiện tượng này gọi là đất kết bông.
e) Trương nở và co ngót
Trang 8Lực tương tác giữa các hạt và lớp hấp phụ có thể đạt cân bằng trong sự trao đổi về áp lực baoquanh và điều kiện nhiệt độ do các phân tử nước chuyển động vào hay ra khỏi lớp hấp phụ.Bất kỳ sự thay đổi nào về các điều kiện bao quanh thì độ ẩm cũng biến đổi theo
Nếu thêm nước vào, áp lực trương nở sẽ tác động và làm tăng thể tích Co ngót xảy ra nếu lớphấp phụ bị ép, nước thoát ra hoặc do nước bốc hơi làm giảm độ ẩm
Khả năng trương nở của sét montmorilonit rất cao, trong khi đất kaolinit kém nhạy cảm hơn.Trong khối đất co ngót tự biểu hiện ở loại các vết nứt dạng hình nhiều góc bắt đầu từ mặt đấtlan xuống phía dưới
f) Tính dẻo và tính dính
- Tính dẻo: là khả năng tạo và duy trì hình dạng mới khi ép hay nặn Tính chất này quyết
định bởi kích thước và bản chất của hạt khoáng sét cũng như của lớp hấp phụ Tính dẻocao khi đất có tỷ diện tích bề mặt lớn
- Tính dính: độ sệt của hỗn hợp sét/nước thay đổi rõ rệt theo độ ẩm Khi độ ẩm thấp,
nước chủ yếu ở trong lớp hấp phụ, vì thể giữa các hạt sét lực hấp dẫn nhau mạnh hơn.Tác động dính kết này hay tạo ra một dạng ứng suất trong, gọi là tính dính Khi độ ẩmtăng thì hiệu quả hút ẩm kém đi và tính dính giảm
II nước trong đất:
Nước tồn tại trong đất dưới nhiều dạng khác
nhau Mỗi loại đều có ảnh hưởng nhất định
đến các tính chất khác nhau của đất Thường
phân ra các dạng sau:
- Nước trong khoáng vật của hạt đất.
- Nước kết hợp với mặt ngoài hạt đất:
1 Nước trong khoáng vật của hạt đất
- Là loại nước nằm trong tinh thể khoáng vật của hạt đất, tồn tại dưới dạng phân tử H2O,hoặc dạng ion H+ và OH- Loại nước này không thể tách ra bằng biện pháp cơ học, nóliên kết chặt chẽ với các phần tử ion khác Muốn tách ra khỏi tinh thể khoáng vật chỉ cóthể sấy ở nhiệt độ 100o đến 300o
- Loại này ít ảnh hưởng đến tính chất xây dựng của đất
Trang 9- Lượng chứa nước hút bám đối với đất: cát 0.5%, sét pha 5 - 7%, sét là 10 - 20%.
(b) Nước màng mỏng
- Nước màng mỏng nằm ngoài lớp nước hút bám Đây là lớp nước gồm các phần tử nước
bị tác dụng của lực tĩnh điện trên mặt hạt đất, bị hút chặt vào mặt hạt đất
- Lực điện phân tử gần mặt hạt đất thì lớn, càng xa mặt hạt thì càng nhỏ và giảm nhanh,càng ra xa mặt hạt thì sự bố trí các phân tử càng lộn xộn
- Lớp nước màng mỏng phân thành:
* Nước kết hợp mạnh: bám tương đối chắc vào mặt hạt Khi đất chỉ chứa nước hút bám và kết
hợp mạnh thì ta gọi là lượng nước phân tử Nước kết hợp mạnh không truyền áp lực thuỷ tĩnh nhưng có thể hoà tan muối.
Khi đất chỉ có nước kết hợp mạnh thì nó ở trạng thái nửa rắn, chưa thể hiện tính dẻo.
* Nước kết hợp yếu: là lớp nước bao bọc bên ngoài nước kết hợp mạnh tính chất của nó không
khác nhiều so với nước thường.
Khi đất có chứa nước kết hợp yếu, nếu kết cấu tự nhiên đã bị phá hoại thì thường đất ở trạng thái dẻo Nếu đất có kết cấu tự nhiên thì đất không thể hiện tính dẻo.
- Nước mao dẫn làm tăng độ ẩm của đất, giảm sức chịu tải của nền và ảnh hưởng xấu đếnvật liệu làm móng khi nước mang những hoá chất ăn mòn…
- Nguyên nhân sinh ra hiện tượng mao dẫn là lực căng mặt ngoài của nước, chiều caomao dẫn có thể tính theo công thức sau:
Trang 10Lực căng mặt ngoài:
r r
r
2 1
r
q h
Trong đó:
q : lực căng mặt ngoài của chất lỏng
: hệ số tỷ lệ (với nước =0.00075 MN/m)
III KHí trong đất
Khí luôn có trong đất với số lượng khác nhau và có thể tồn tại dưới các dạng sau:
(a) Khí kín: tại các lỗ rỗng trong đất được bao quanh bởi màng nước liên kết, có ảnh
hưởng rõ rệt đến tính biến dạng của đất, tạo nên tính nén của nước lỗ rỗng và làm tăngtính đàn hồi của đất
(b) Khí tự do: thông với khí quyển, không có ý nghĩa đặc biệt trong cơ học đất, vì thực tế
nó không tham gia vào sự phân bố ứng suất giữa các hạt đất
(c) Khí hoà tan trong nước lỗ rỗng.
III kết cấu và liên kết kiến trúc của đất
1 Kết cấu của đất
* Kết cấu của đất: là sự sắp xếp các hạt với nhau, ảnh hưởng nhiều tới các tính chất vật lý,
cơ học của chúng Kết cấu của đất phụ thuộc vào quá trình hình thành và tồn tại rất lâu dàinên rất đa dạng, gồm:
(a) Kết cấu hạt đơn:
Là các hạt sắp xếp cạnh nhau, giữa chúng không có sự liên kết nào Trong quá trình trầmtích, các hạt có trọng lượng bản thân lớn hơn các lực tương tác giữa chúng với nhau khirơi xuống hạt nọ tựa lên hạt kia
Các loại đất này chỉ bao gồm các loại hạt lớn như từ hạt bụi trở lên, và được phân thành 2loại:
* Kết cấu xốp: là sự sắp xếp các hạt một cách rời rạc, thường có lỗ rỗng lớn Loại đất này có
cường độ yếu và tính nén lún mạnh.
* Kết cấu chặt: là sự sắp xếp các hạt liền khít, chèn chặt với nhau Đất cát kết cấu chặt thì thường
có hệ số độ rỗng nhỏ, cường độ cao và độ lún nhỏ.
Trang 11(b) Kết cấu tổ ong
Các loại đất trầm tích gồm các hạt tương đối nhỏ, khi lắng đọng, trọng lượng các hạtkhông đủ thắng được lực tác dụng tương hỗ giữa chúng với nhau, các hạt bám vào nhau,khi lắng xuống tạo thành nhiều lỗ hổng như tổ ong
(c) Kết cấu bông
Các hạt kích thước rất nhỏ, như các hạt keo trở xuống, có trọng lượng bản thân rất nhỏ,chúng lơ lửng trong một thời gian nhất định, sau khi kết hợp với nhau thành từng đám rồilắng xuống Đám này lắng xuống cùng với các đám đã lắng trước tạo thành các lỗ rỗnglớn
2 Liên kết kiến trúc của đất
Trong quá trình tồn tại lâu dài hình thành các lực liên kết giữa các hạt đất; làm cho đất có thểchịu được một tác dụng nào đó, gọi là các liên kết kết cấu của đất
Thường phân thành hai loại:
- Liên kết nguyên sinh: là sự tác dụng của những lực phân tử giữa đất với nước các liên
kết này thường có tính đàn hồi và nhớt
- Liên kết thứ sinh: là liên kết cứng giữa các hạt đất, được hình thành do sự hoá già của
các chất keo và sự kết tinh của các muối trong đất Liên kết thứ sinh có thể làm cho đấtchịu được một tải trọng lớn, cho đến một mức độ nào đó thì liên kết này bị phá hoại,đây thường là phá hoại dòn, đột biến và khó khôi phục
Bản chất các liên kết là rất phức tạp và quyết định bởi tổng hợp các trường năng lượng trong
và ngoài tác dụng trong đất, trong đó chủ yếu là lực phân tử có bản chất điện từ Đặc trưng tácdụng của những lực đó phụ thuộc vào bề mặt của phân pha, bản chất hoá học của những hạtkhoáng rắn, kiến trúc và tính chất của vật chất lấp nhét khoảng không gian giữa các hạt.Tuỳ theo tính chất của hạt khoáng và dung dịch nước lấp đầy trong lỗ rỗng cảu đất, cũng như
các điều kiện tích tụ ban đầu của trầm tích khoáng vật và tác dụng sinh đá tiếp theo (chuyển
hoá thành đá), mà liên kết kết trúc của đất có thể rất khác nhau Có thể phân các liên kết kiếntrúc trong đất thành các loại chủ yếu sau:
(1) Liên kết keo nước (liên kết đông tụ, liên kết ngưng tụ: liên kết dẻo-nhớt-mềm, thuận
và tác dụng keo của các chất tăng lên
- LK keo nước là LK dẻo thuận nghịch: khi độ ẩm tăng thì độ lớn của LK này giảm tớigiá trị gần bằng không
(2) Liên kết kết tinh (LK dòn, không thuận nghịch – chịu nước và không chịu nước)
Trang 12- Sinh ra do tác dụng của ngẫu lực hoá học, tạo nên các hợp chất đa tinh thể mới giữacác hạt khoáng rất bền, nhưng dòn và không thuận nghịch khi bị phá huỷ.
- Độ bền của LK này phụ thuộc vào thành phần các khoáng Như những LK được tạobởi thạch cao và cacbonat canxi kém bền và kém chịu nước hơn, trong khi đó thì opan,sắt ôxít và silic ôxít cho LK kết tinh có tính bền và chịu nước lớn hơn
Bài 3 các chỉ tiêu tính chất của đất
I Trọng lượng thể tích
1 Trọng lương thể tích tự nhiên - (Ch tiêu xác nh tr c ti p))ỉ tiêu xác định trực tiếp) định trực tiếp) ực tiếp) ếp)
* KN: là tr ng lọng lượng của một đơn vị thể tích ượng của một đơn vị thể tíchng c a m t ủa một đơn vị thể tích ột đơn vị thể tích đơn vị thể tíchn v th tíchịnh trực tiếp) ể tích
t tr ng thái t nhiên
đất ở trạng thái tự nhiên ạt đất ực tiếp)
V
g m V
Sét Than bùn
18
16 – 22 15
* Phương pháp xác định: tuỳ theo thành phần và trạng thái của đất mà chọn dùng một trong
các phương pháp sau đây:
- PP dao vòng: dùng cho các loại đất mềm dính hoặc đất cát có kết cấu không phá hoại và
độ ẩm thiên nhiên, tại hiện trường
Trang 13- PP bọc sáp (PP nhúng nước, hay thay thế nước): dùng cho đất dính hoặc đất ổn định mà
cục đất lấy được chưa bị phá huỷ có hình dạng bất kỳ
to thì dao càng dầy và đường kính càng lớn
- Thước cặp, dao cắt đất lưỡi thẳng, cân kỹ
V ; Khối lượng dao vòng m 0, và số hiệu dao
2 Xác định khối lượng các tấm kính đậy: m 1
3 Mẫu đất thí nghiệm được cắt thành khoanh có chiều cao khoảng 3cm Đặt mép sắc của daovòng và dụng cụ lấy mẫu lên trên khoanh đất rồi ấn thẳng đứng, từ từ để dao ngập dần đếnngập hẳn vào trong khối đất
Dùng dao cắt đất gọt bỏ phần đất dư thừa ở hai đầu dao vòng, gọt dần từ xung quanh vàogiữa mặt đáy dao vòng, phải đảm bảo mặt đất hai đầu dao vòng thật phẳng Gọt xong mộtmặt, lấy tấm kính đậy lên, lật ngược lại để gọt tiếp đầu kia, gọt phẳng xong lại đậy tấm kínhlên trên mặt mẫu
4 Đặt dao vòng có chứa mẫu đất được đậy 2 tấm kính lên cân kỹ thuật, xác định được khối
lượng m 2, chính xác đến 0.01g
* K t qu thí nghi m:ếp) ả thí nghiệm: ệm:
g V
m m m
1 0
s s
M M M V
Trang 14* Cuối cùng ta có: g
V V
M
s ds
d
(c) PP rót cát
- Dùng một ống trụ để rót cát
- Trước tiên đào một hố nhỏ có đường
kính khoảng 100mm và độ sâu không lơn
hơn 150mm Đất đào lên được cân cẩn
thận khối lượng là (m).
- Xác định thể tích hố bằng cách rót cát từ
ống trụ vào trong hố Cân ống trụ rót cát
trước và sau khi rót sẽ xác định được cát
2 Trọng lương thể tích bão hoà - bh (ch tiêu xác nh gián ti p))ỉ tiêu xác định trực tiếp) định trực tiếp) ếp)
- KN: là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất ở
trạng thái no nước Đó là trạng thái mà các lỗ
rỗng đều được lấp đầy bởi nước Đất chỉ còn hai
19 - 22
3 Trọng lương thể tích đẩy nổi - dn (ch tiêu xác nh gián ti p))ỉ tiêu xác định trực tiếp) định trực tiếp) ếp)
- KN: là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất
nằm ở dưới nước Trong trạng thái này các hạt đất
chịu lực đẩy Acsimet
9 - 12
4 Trọng lương thể tích khô - k (ch tiêu xác nh gián ti p))ỉ tiêu xác định trực tiếp) định trực tiếp) ếp)
Trang 15- KN: là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất ở
trạng thái khô Đó là trạng thái mà các lỗ rỗng
Sét Than bùn
14 - 18
10 – 20
3 – 10.2
5 Trọng lương thể tích hạt - h (ch tiêu xác nh tr c ti p))ỉ tiêu xác định trực tiếp) định trực tiếp) ực tiếp) ếp)
- KN: là trọng lượng của một đơn vị thể tích hạt
(không có lỗ rỗng)
- Công thức xác định:
n h
h h s
(a) Lấy khoảng 100-200g mẫu đất cần thí
nghiệm đã sấy khô cho vào cối sứ rồi
nghiền bằng chày cao su, đặt sàng lên
trên tờ giấy, đổ đất ở cối sứ vào sàng,
đất qua sang nằm trên giấy được san
Hình 1-7 : Thiết bị xác định tỷ trọng
phẳng làm thành hình vuông và chia thành 4 phần bằng nhau
(b) Cân khối lượng bình rỗng được M1
(c) Lấy khoảng 15~20g đất (ở phần đất chia trên giấy) cho vào bình tỷ trọng, đem cân lại
được khối lượng là M 2 (M2=khối lượng của bình + Khối lượng của đất).
(d) Đổ nước cất vào bình tỷ trọng có đất ở mức 1/3 - 1/4 thể tích bình rồi đặt lên bếp cát
để đun sôi trong thời gian: đất cát, cát pha là 30 phút; đất sét và sét pha là 1 giờ, đểphá kết cấu đất và đuổi khí trong lỗ rỗng ra khỏi đất
(e) Lấy bình tỷ trọng ra khỏi bếp cát, đổ thêm nước cất vào bình cho đến ngấn rồi để
nguội bằng nhiệt độ trong phòng Cân bình được khối lượng M 3 (M3= khối lượng của
bình +đất + nước)
(f) Đổ hết nước trong bình, rửa sạch, sau đó lại đổ nước cất vào bình cho đến ngấn, rồi cân
được khối lượng M 4 (M4 = khối lượng của bình + khối lượng của nước)
Kết quả thí nghiệm:
Trang 16 4 1 3 2
1 2
M M M
M
M M
1 Độ rỗng - n (Chỉ tiêu xác định gián tiếp)
* KN: là t s th tích p)h n r ng so v i th tích toàn b m u ể tích ần rỗng so với thể tích toàn bộ mẫu đất, tính như sau: ỗng so với thể tích toàn bộ mẫu đất, tính như sau: ới thể tích toàn bộ mẫu đất, tính như sau: ể tích ột đơn vị thể tích ẫu đất, tính như sau: đấtt, tính nh sau:ư
%100
e n
1
Khoảng giá trị Cát
Bụi Sét cứng Sét cứng vừa Sét yếu than bùn
0.5 – 1.0 0.4 – 1.0 0.3 – 0.5 0.5 – 1.0 1.0 – 4.0
- Đất có độ rỗng càng lớn thì cường độ chịu lực càng nhỏ và biến dạng càng lớn Nóichung có thể nhận biết sơ bộ tính chất của đất như sau:
e < 0.5 là độ rỗng nhỏ
e = 0.5 - 0.7 là độ rỗng thường gặpe> 0.7 là độ rỗng lớn, đất yếu
III Độ ẩm và độ bão hoà của đất
1 Độ ẩm - W(Chỉ tiêu xác định trực tiếp)
* KN: là hàm lượng của một đơn vị thể tíchng nưới thể tích toàn bộ mẫu đất, tính như sau: đc, ó là t s gi a tr ng lỉ tiêu xác định trực tiếp) ữa trọng lượng nước ở trong lỗ rỗng và ọng lượng của một đơn vị thể tích ượng của một đơn vị thể tíchng nưới thể tích toàn bộ mẫu đất, tính như sau: ở trạng thái tự nhiênc trong l r ng vàỗng so với thể tích toàn bộ mẫu đất, tính như sau: ỗng so với thể tích toàn bộ mẫu đất, tính như sau:
tr ng lọng lượng của một đơn vị thể tích ượng của một đơn vị thể tíchng p)h n h t c a m u.ần rỗng so với thể tích toàn bộ mẫu đất, tính như sau: ạt đất ủa một đơn vị thể tích ẫu đất, tính như sau:
%100
%100
h
n h
n
m
m Q
Q
Trang 17* Dụng cụ: Tủ sấy có điều chỉnh nhiệt độ
(1) Xác định khối lượng hộp nhôm đã sấy khô là (m o), ghi số hiệu hộp
(2) 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 là (m 1)
(3) Đưa hộp nhôm có đất đã mở nắp vào tủ sấy Sấy mẫu đất ở nhiệt độ t = 105~110o trongthời gian như sau:
- Sấy khô lần đầu:
+ Đất chứa thạch cao và hữu cơ (>5%): 8 giờ
- Sấy lại trong thời gian:
%100
0 2
2 1
m m
m m m
m W
2 Độ bão hoà - S R (Chỉ tiêu xác định gián tiếp)
* KN: là t s c a th tích nỉ tiêu xác định trực tiếp) ủa một đơn vị thể tích ể tích ưới thể tích toàn bộ mẫu đất, tính như sau:c trong đấtt so v i th tích l h ng c a ới thể tích toàn bộ mẫu đất, tính như sau: ể tích ỗng so với thể tích toàn bộ mẫu đất, tính như sau: ổng của đất ủa một đơn vị thể tích đấtt
r
n R
V
V
- Khi Sr = 0 chứng tỏ đất khô hoàn toàn
- Khi 0 < Sr < 1 đất gồm 3 pha: hạt + nước + khí.
- Khi Sr = 1 nước lấp đày lỗ rỗng trong đất
- Đối với đất cát là loại đất rời rạc chỉ gồm các hạt lớn thì nước có khả năng lấp đầy lỗrỗng và Sr = 1 Còn với đất dính gồm nhiều hạt nhỏ như các hạt sét, hạt keo thì nướckhó chiếm đầy thể tích các lỗ rỗng, nên độ bão hoà có thể <1
Trang 18- Theo Tiêu chuẩn 22TCN 18-1979 trạng thái ướt của đất dính tuỳ thuộc vào độ bão hoànhư sau:
0.5 < S r 0.8 đất ẩm
IV một số công thức liên hệ
Dưới thể tích toàn bộ mẫu đất, tính như sau: đi ây trích d n m t s công th c c b n hay s d ng trong bài t p), còn cácẫu đất, tính như sau: ột đơn vị thể tích ức cơ bản hay sử dụng trong bài tập, còn các ơn vị thể tích ả thí nghiệm: ử dụng trong bài tập, còn các ụng trong bài tập, còn các ập, còn cáccông th c liên h khác có th tham kh o trong SGK.ức cơ bản hay sử dụng trong bài tập, còn các ệm: ể tích ả thí nghiệm:
n
h n
bh n
Trang 19Bài 4 các chỉ tiêu trạng thái của đất
I độ chặt của đất rời
1 Chỉ tiêu độ chặt - I d
* Công thức xác định: (dùng đánh giá cho đất rời)
min max
max
e e
e e
nhất, xác định theo qui trình thí nghiệm)
nhất, xác định theo qui trình thí nghiệm)
e : Hệ số rỗng ở trạng thái tự nhiên
Khoảng giá trị Cát rất xốp
Cát xốp Cát chặt vừa Cát chặt Cát rất chặt
0.0 – 0.15 0.16 – 0.35 0.36 – 0.65 0.66 – 0.85 0.86 – 1.00
Trang 201-PhuÔ 2-èngmÉu 3-Qu¶c©n 4-Thanhgâ D=76
Hình 1-8 : Thiết bị xác định hệ số độ rỗng e max ; e min
- Cân khối lượng của ống (2) là (m 1 ), thể tích của ống là (V).
- Lấy 100 - 1200g đất cát sấy khô
- Đổ đất đã sấy qua phễu vào ống (2) Khi đất đã đầy thì dùng dao gạt đất cho bằng và
cân lại được (m 2)
- Kết quả emax tính như sau:
- Sau đó, đo độ lún của mặt đất trong ống (2)
- Tiếp tục gõ 3 lần nữa, mỗi lần 30 giây và đo độ lún của quả cân Nếu thấy độ lún không tăng thêm tức là đất đã nén chặt, có độ rỗng nhỏ nhất
- Kết quả emin tính như sau:
m m
1 Sự thay đổi trạng thái của đất dính khi độ ẩm thay đổi
S ơn vị thể tích đồ trạng thái của đất khi độ ẩm thay đổi ạt đất tr ng thái c a ủa một đơn vị thể tích đấtt khi đột đơn vị thể tích ẩn Anh (BS) m thay đổng của đất.i
Trang 21* Các khái niệm:
* Hoạt tính của đất: Khoáng vật sét khác nhau có độ bông không giống nhau, mặt khác ngay
cả “sét” cũng chỉ bao gồm 40 - 50% khoáng vật sét Mức độ dẻo của bản thân phần sét
được gọi là hoạt tính của đất:
)2.(
%
m hatset
I tinh
- Giá trị hoạt tính điểm hình của một số khoáng vật sét và đất phổ biển trong bảng sau:
Bảng 1-4: Hoạt tính của một số loại đất
> 1.25
Đất sét kaolin Đất sét băng tích và hoàng thổ Đất sét hữu cơ cửa sông
0.40 – 0.50 0.5 0 – 0.75
> 1.25
* Công thức tính chỉ số độ sệt:
P
P P
L
P L
I
W W W W
W W
Căn cứ vào độ sệt I L xác định trạng thái của đất như sau:
Bảng 1-5: Phân loại đất theo độ sệt I L
I L < 0
0 I L 1
I L > 1
