BÀI GIẢNG THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG - CHUYÊN NGHÀNH CẦU ĐƯỜNG BỘ

Các phương pháp thí nghiệm được tiến hành theo tiêu chuẩn TCVN-4198-1995 Thành phần hạt của đất là hàm lượng các nhóm hạt có độ lớn khác nhau ở trong đất được biểu diễn bằng tỷ lệ % so

Giảng Viên:

NCS Ngô Tấn Dược

2Thành phần hạt của đất là gì ?

Các phương pháp thí nghiệm được tiến hành

theo tiêu chuẩn TCVN-4198-1995

Thành phần hạt của đất là hàm lượng các nhóm hạt có độ lớn khác nhau ở trong đất được biểu diễn bằng tỷ lệ % so với k.lượng mẫu đất khô tuyệt đối đã lấy phân tích

Rây khô để phân chia các hạt có kích thước đến 2mm

Cân k thu t có độ chính xác từ 1g đến 0.01 gỹ ậ

Bộ rây có nắp, đáy và Máy lắt sàng

Cối sứ và chày bọc cao su

Tủ sấy

Đồng hồ bấm giây

Que khu y và ấ Nhiệt kế

Tỷ trọng kế

( 151H đến 152H)

Bình lắng đọng bằng thủy tinh (ống đo) dung tích 1000 ml

a) Phương pháp rây sàng

Lắp đặt rây theo thứ tự tăng dần kích thước lỗ từ dưới lên trên, bên dưới là đáy rây và trên cùng là nắp rây

Mẫu đất sau khi sấy khô được lấy bằng p.pháp chia tư

Khối lượng đất lấy làm thí nghiệm được ước lượng như sau:

100-200g đối với đất không chứa các hạt có kích thước hơn 2mm 300-900g đối với đất chứa đến 10% các hạt có kích thước1ớn hơn 2mm 1000-2000g đối với đất chứa 10 đến 30% các hạt có kích thước1ớn hơn 2mm và 2000-5000g đối với đất chứa trên 30% các hạt có kích thước lớn hơn 2mm

Cân xác định khối lượng mẫu đất thí nghiệm Cho toàn bộ đất lên rây trên cùng và tiến hành rây trong khoảng

b) Phương pháp tỷ trọng kế

Lấy mẫu đất lọt qua rây No10 (khoảng 20g đối với đất sét; 30g đối với đất sét pha và 40g đối với cát pha)

Cho mẫu đất và nước cất vào trong chén sứ và nghiền bằng

chày có bọc cao su để tách rời các hạt mịn

Cho huyền phù vào trong bình thủy tinh và thêm nước cho đến khi được 1000ml

Cho thêm 25ml pirophốtphat natri (Na P O ) có nồng độ

Dùng que để khuấy huyền phù 1phút Sau khi thôi khuấy

20 giây thả trọng kế vào trong huyền phù

Đọc và ghi nhận các số đọc trên tỷ trong kế ở các thời điểm 1 phút, 2 phút, 4 phút, 8 phút

Dùng nhiệt kế để kiểm tra to của huyền phù

Khuấy lại huyền phù và tiếp tục ghi nhận các

số đọc trên tỷ trọng kế sau 15 phút, 30 phút,…

24 giờ

a) Phương pháp rây sàng

Gọi A: tổng khối lượng đất làm thí nghiệm

x i (%) phần trăm giữ lại cộng dồn

a i : trọng lượng giữ lại cộng dồn của đất trên rây

y i (%) phần trăm trọng lượng lọt qua.

Ta có x i = ( a i /A)* 100%

Bảng số liệu thí nghiệm rây sàng

Trọng lượng tổng cộng A =

% Trọng lượng lọt

qua Ghi chú

Chú ý: Đối với p.pháp TN rây có rửa nước khối lượng đất lấy làm TN lọt qua rây N010 đã tính được phần trăm lọt qua cộng dồn là B (phương pháp rây khô) Do đó phần trăm trọng lượng lọt qua đối với toàn mẫu sẽ bằng phần trăm trọng lượng lọt qua của mẫu đất rây có rửa nước nhân với B

Tỷ trọng kế là 1 lọai dụng cụ bằng thủy tinh để xác định tỷ trọng của chất lõng Các vạch ghi trên tỷ trọng kế có độ chính xác tới 0.001 Số đọc trên tỷ trọng kế sẽ được rút gọn bằng cách bỏ hàng đơn vị đi và dịch dấu phẩy về bên phải

3 số Ví dụ số đọc là 24 thì tỷ trọng của dung dịch là 1.024

b)

b) Phương pháp tỷ trọng kế

Hiệu chỉnh nhiệt độ:

Khi tiến hành thí nghiệm ở nhiệt độ khác 20oC cần phải hiệu chỉnh lại số đọc trên tỷ trọng kế theo bảng tra sau:

Hiệu chỉnh mặt cong

Có thể lấy số hiệu chỉnh mặt khum là 0.0004 cho tỷ trọng kế thường dùng

Ví dụ: Số đọc trên tỷ trọng kế là 24 Lượng hiệu chỉnh chiều cao mặt khum là 0.0004 Thí nghiệm được tiến hành

ở nhiệt độ là 280 C nên có số hiệu chỉnh là 0.0018 (tra bảng) Số đo cuối cùng theo tỷ trọng kế là:

Tính đường kính hạt đất lớn nhất d của nhóm hạt tích lũy nằm gần tâm bầu tỷ trọng kế tương ứng số đọc R:

d =

m: là trọng lượng mẫu đất khô đem TN tỷ trọng kế

Phần trăm tích lũy y của nhóm hạt có đường kính nhỏ hơn d là:

Phương pháp thí nghiệm được tiến hành theo TCVN

4197-1995

Giới hạn nhão của đất?

Giới hạn dẻo của đất?

Trạng thái của đất ứng với những giá trị độ ẩm

Dụng cụ Casagrande (hoặc chùy Vaxiliev)

Dao khía rãnh

Kính mờ (kính mài nhám)

Rây No 40 hoặc rây có đường kính 1mm

Lò sấy

Các thiết bị liên quan khác

a) Thí nghi m xác định giới hạn nhão W ệ L

Hiện nay cĩ 2 P.pháp xác định giới hạn nhão chính

Phương pháp bán cầu rơi Casagrande

Phương pháp dùng chùy Vaxiliev



Cho đất vào đĩa khum (tránh tạo bọt khí trong đất) cách phần trên chỗ tiếp xúc với mĩc treo chừng 1/3 đ.kính đĩa,đảm bảo độ dày của lớp đất ko nhỏ hơn 10mm

Dùng dao cắt rãnh chia đất ra làm 2 phần theo phương vuơng gĩc với trục quay

Dùng khoản 100g đất đã được sấy khơ, nghiền nhỏ qua rây No40

Trộn đất với nước vừa đủ nhão trên kính phẳng (hoặc trong chén sứ) và ủ đất tối thiểu trong 2giờ

Quay đều cần quay với vận tốc khoảng 2vịng/s cho đến khi đất trong đĩa khép lại thành một đoạn daì 12.7mm (1/2 inch), đếm số lần rơi N.

Lặp lại TN trên khoản 3 lần sao cho số lần rơi của lần

TN thứ nhất khoảng 10-20lần, lần 2 khoảng 20-30, lần 3 khoảng 30-40

Lấy đất ở vùng xung quanh rãnh khép để xác định độ

ẩm (khoảng 10g)

Kết quả thí nghiệm giới hạn nhão được thể hiện trên biểu đồ quan hệ W-logN

Qua các điểm này vẽ đường thẳng trung bình

Giá trị độ ẩm tại điểm N=25 là giới hạn nhão của đất

Các kết quả thí nghiệm được tính toán biểu diễn theo bảng

Bảng số liệu thí nghiệm

Yêu Cầu:

Tính toán kết quả thí nghiệm và xác định giá trị Ip, IL

b) Thí nghi m xác đ nh gi i h n d o W ệ ị ớ ạ ẻ P:

Mẫu đất được chọn cĩ thể lấy từ đất dư ở TN xác định giới hạn nhão Mẫu được để khơ cho tới gần giới hạn dẻo (cầm nắm khơng dính tay nhưng vẫn cịn tính dẻo)

Dùng tay lăn đất trên kính mờ cho đến khi trên thân các dây đất cĩ đường kính khoản 3mm và xuất hiện các vết nứt

Lấy những dây đất đạt được những điều kiện như trên đem xác định độ ẩm Độ ẩm này chính là giới hạn dẻo của đất

Giới hạn dẻo Wp là độ chứa nước của một que đất có đướng kính 3mm bị rạn nứt khi se đất bằng tay trên mặt kính

Chỉ Số Dẻo Ip = WL - Wp

Ip < 1 đất cát 1 < Ip < 7 đất á cát

7 < Ip <17 đất á sét Ip > 17 đất sét

P L

P L

W W

W

W I

Phương pháp thí nghiệm được tiến hành theo tiêu chuẩn

TCVN 4201 – 1995

Độ chặt tiêu chuẩn(γtc ) ?

Độ ẩm tốt nhất (W opt ) ?

Độ chặt của đất nền được xác định thông qua hệ số đầm

tc k

k ht

K

maxγ

=

Cân kỹ thuật có độ chính xác đến 0.01g.

Rây No.4 (D = 4,76mm)

Khuôn đầm có thể tích 944 cm3

Búa đầm có khối lượng 2.5kg

Chiều cao rơi của búa 30,48cm

Tủ sấy và bình phun nước

01.01

m01

=

q: lượng nước phun thêm (g) Ws: độ ẩm của đất cần chế bị

Wt: độ ẩm của đất trước khi làm ẩm thêm

m: khối lượng đất trước khi làm ẩm thêm (g)

Cho đất vào khuôn và tiến hành đầm làm 3 lớp.

Tùy theo từng loại đất mà số búa đầm trên mỗi lớp sẽ là 25, 40, 50 ứng với các loại đất cát hoặc á cát, đất á sét, đất sét

Sau đó Tháo cổ khuôn và dùng dao gọt bằng mặt Cân đất ướt và khuôn để xác định khối lượng riêng của đất ẩm Lấy một ít đất trong khuôn sau khi cân để xác định độ ẩm

Lặp lại thí nghiệm 4 đến 6 lần ứng với độ ẩm chế bị của mẫu tăng lên

Kết quả TN được thể hiện trên biểu đồ quan hệ W– γk

Xác định giá trị dung trọng khô lớn nhất γkmax và độ ẩm tốt nhất Wopt

Xác định khoảng độ ẩm để độ chặt có giá trị lớn hơn 0.95

Khối lượng thể tích ẩm: γw = P/V (g/cm3)

Khối lượng thể tích khô: γk = γw/(1+0.01W) (g/cm3)

BIỂU ĐỒ QUAN HỆ W – gk

A – trọng lượng đất ẩm + lon

Ký hiệu lon chứa

3 2

1

Số thứ tự lần đầm

Đơn vị đo Các chỉ tiêu thí nghiệm

THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP (DIRECT

SHEAR TEST)

Phương pháp U-U: Unconsolidation - Undrained Phương pháp C-U: Consolidation - Undrained Phương pháp C-D: Consolidation - Drained.

Vòng đo lực (vòng ứng biến).

Dao vòng hình trụ đường kính trong D= 6.3cm, chiều cao h = 2cm

Đá thấm

Hộp cắt

Các quả cân

46Đồng hồ đo chuyển vị

1 Dùng dao vòng ấn vào mẫu đất để tạo mẫu chuẩn bị đưa vào hộp cắt.

2 Cho mẫu đất vào hộp cắt

3 Đặt hộp cắt chứa mẫu đất lên máy & điều chỉnh vị trí

4 Đặt tải trọng thẳng đứng

5 Quay tay quay để tạo chuyển vị trượt trên hai mặt phẳng của hộp cắt có chứa mẫu đất

6 Ghi lại số đọc của đồng hồ trên vòng ứng biến sau mỗi

Ứng suất cắt τ được xác định như sau:

τ = Dial Reading x R

R – hệ số vòng của vòng ứng biến, (với vòng ứng biến hiện có

ở PTN thì R = 0.03kg/cm 2 /vạch)

Tính các giá trị của sức chống cắt theo số liệu TN thu được

Việc tính toán này dựa vào nguyên tắc bình phương cực tiểu

) (

1

1 1

i

i n

i

i i

tc

p p

n

) (

tc

p p

p

Có thể xác định các giá trị sức chống cắt của đất bằng cách vẽ trực tiếp trên biểu đồ

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Tính nén lún của đất là khả năng giảm thể tích của nó (do giảm độ rỗng) dưới tác dụng của tải trọng ngoài.

Đối với đất sét thì tốc độ thoát nước chậm nên công trình có thời gian lún lâu.

Đối vơi đất cát thì tốc độ thoát nước nhanh nên công trình sẽ bị lún trong thời gian ngắn

Khi công trình được xây dựng trên đất bão hòa nước, tải trọng công trình xem như truyền lên nước trong các lỗ rỗng của đất trước tiên Vì chịu tải nên nước sẽ bị ép thoát

ra từ các lỗ rỗng trong đất Do vậy thể tích của đất giảm xuống và công trình bị lún

Hiện tượng nén chặt do sự thoát nước từ các lỗ rỗng của đất dưới tác dụng của tải trọng nén ép được gọi là hiện tượng cố kết (Consolidation).

56

Từ thí nghiệm cố kết các thông số cần xác định là:

Hệ số nén a

Mô đun biến dạng tổng quát E

Hệ số cố kết Cv

Hệ số thấm cố kết K…

Các thông số này dùng để dự tính độ lún của công trình và độ lún theo thời gian của công trình

Máy nén cố kết

Cho mẫu đất vào hộp nén, ở trên và dưới mẫu phủ bằng giấy lọc và đá thấm.

Lắp đặt hộp nén vào máy và hiệu chỉnh kim đồng hồ chuyển vị về vị trí 0

Đặt áp lực theo từng cấp áp lực 0.25; 0.50; 1.0; 2.0; 4.0… Kg/cm2

Ứng với mỗi cấp tải phải tiến hành ghi nhận độ biến dạng nén của mẫu ở từng thời điểm 6’’, 15’’, 45’’, 1’, 2’,

Lưu ý:

Ứng với mỗi cấp áp lực mẫu được giữ cho đến khi đạt độ biến dạng nén ổn định (không vượt quá 0.01mm/30phút đối với đất cát; 3h đối với đất cát pha và 12h đối với đất sét pha và sét

) 1

ho – chiều cao ban đầu của mẫu

∆h – biến dạng ổn định của mẫu ứng với cấp tải thứ n

Mẫu đất trước khi đem thí nghiệm cần phải biết trước các đặc trưng vật lý, từ các chỉ tiêu này ta tính được hệ số rỗng ban đầu eo

Sự thay đổi hệ số rỗng ∆en đối với từng cấp tải trọng được tính theo công thức:

Dựa vào các số liệu thí nghiệm để tính toán kết quả và thiết lập các đường cong nén lún e-σ; e-log(p)

Tính hệ số nén lún a (cm2/KG):

Mô đun biến dạng E (KG/cm2):

o n

n

o n

n

a a

,

1

1 ,

n

n n

n

e

e a

σ σ

66

Áp lực nén

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT