Tóm tắt nội dung cơ học đất (dùng cho khóa 49) potx

Bảng 2-2 Kết cấu và các đặc tính khác của các loại đất Kích thước hạt Hạt thô, có thể nhìn các hạt bằng mắt thường Hạt nhỏ, mịn không thể nhìn bằng mắt thường Hạt nhỏ, mịn không thể nhì

Tóm tắt nội dung cơ học đất (dùng cho khóa 49)

ROBERT D HOLTZ, Tiến sĩ, Giáo sư danh dự

Trường Đại học Purdue

Tây Lafayette, IN

WILLIAM D KOVACS, Tiến sĩ, Giáo sư danh dự

Cục Tiêu chuẩn quốc gia

Washington, DC

2

CHƯƠNG 2

CÁC CHỈ SỐ VÀ CÁC ĐẶC TÍNH PHÂN LOẠI

ĐẤT

2.1 Giới thiệu chung

Trong chương này chúng tôi giới thiệu những khái niệm và định nghĩa cơ bản đã được các

kỹ sư địa kỹ thuật dùng để đánh giá và phân loại đất Các ký hiệu sau đây là được dùng trong chương này

kính bằng và nhỏ hơn nó chiếm 30% trọng lượng đất khô

kính bằng và nhỏ hơn nó chiếm 60% trọng lượng đất khô

M/L3 kg/m3 Khối lượng riêng tổng, ướt, ẩm (PT2-6)

Trong danh sách này L = chiều dài, M = khối lượng Khi khối lượng riêng của đất và nước biểu thị bằng kg/m3, có thể dùng các số cụ thể lớn hơn Chẳng hạn khối lượng riêng của nước w là

2.2 Các định nghĩa cơ bản và quan hệ giữa các pha hợp thành đất

Nhìn chung, một khối đất bất kỳ bao gồm các hạt rắn và lỗ rỗng giữa các hạt đó Thể rắn của đất là những hạt nhỏ có thành phần khoáng vật khác nhau, trong khi các lỗ rỗng có thể chứa đầy nước, khí hoặc chứa một phần cả nước và khí( Hình 2-1) Có thể nói cách khác, thể tích tổng Vt của khối đất bao gồm thể tích phần hạt rắn Vs và thể tích phần rỗng Vv

Thể tích rỗng của đất bao hàm cả thể tích nước Vw và thể tích khí Va Có thể biểu thị ba pha của đất bằng sơ đồ ba thể ( Hình 2-2) Trong đó các pha được thể hiện riêng biệt Phía bên trái sơ

đồ thường biểu thị thể tích của các thể còn bên phải sơ đồ khối lượng tương ứng của các thể Thậm chí, có khi chỉ thể hiện 2 đại lượng ở sơ đồ, thể tích tổng có khi được dùng với đơn vị m3, hoặc cm3

Trong thực tế xây dựng, thường xác định thể tích tổng Vt, khối lượng nước Mw và khối lượng hạt khô Ms Sau đó tính tiếp các giá trị còn lại và các quan hệ khối lương-thể tích nếu cần Phần lớn các quan hệ này không phụ thuộc vào kích thước mẫu, chúng thường là các đại lượng không thứ nguyên Các quan hệ này rất đơn giản và dễ nhớ, đặc biệt là nếu bạn vẽ sơ đồ ba thể để biểu diễn

Các quan hệ khối lượng-thể tích này dễ nhớ đến mức, khi bạn làm những bài toán về các

Hình 2.1 Cốt đất bao gồm các hạt

đất (S), các lỗ rỗng chứa khí (A) và

nước (W)

Hình 2.2 Mối quan hệ khối

lượng-thể tích của một mẫu đất qua sơ

Vs= thể tích phần hạt rắn của đất

Hệ số rỗng của đất thường biểu hiện bằng số thập phân Phạm vi giá trị lớn nhất có thể của

hệ số rỗng là giữa 0 và Tuy nhiên các giá trị điển hình hệ số rỗng của cát trong khoảng từ 0.4 đến 1.0, của đất sét biến đổi từ 0.3 đến 1.5 thậm chí có thể cao hơn đối với một vài loại đất hữu cơ

2 Độ rỗng của đất n được định nghĩa là:

(%)100

t

o

V

V n

(2-2) Trong đó: Vv = thể tích phần rỗng

1 (2-3a)

và

n

n e

1 (2-3b)

3 Độ bão hoà S được xác định theo:

(%)100

o

w

V

V S

(2-4)

Độ bão hoà muốn nói cho chúng ta rằng nước chiếm bao nhiêu phần trăm thể tích rỗng Nếu đất khô hoàn toàn thì S=0%, và nếu nước chứa đầy các lỗ rỗng, khi đó đất bão hoà hoàn toàn thì S=100%

Bây giờ ta xét sang phía khối lượng của sơ đồ ba thể ở hình 2-2 Trước hết ta xác định một

tỷ số khối lượng có thể tin rằng là quan trọng bậc nhất mà ta cần biết về một loại đất Muốn biết về

tỷ phần giữa nước trong lỗ rỗng và các hạt rắn của đất, ta xác định một tỷ số được gọi là lượng chứa nước w( hay còn gọi là độ ẩm) theo biểu thức sau:

(%)100

Độ ẩm của đất được xác định dễ dàng trong phòng thí nghiệm ASTM(1980), tiêu chuẩn thiết kế D 2216 có giải thích qui trình tiêu chuẩn Một mẫu đất đại diện được chọn lựa và xác định khối lượng tổng hay còn gọi là khối lượng ướt Sau đó mẫu đất được sấy khô tới khi có khối lượng không đổi trong tủ sấy ở nhiệt độ 1100C Thông thường, mẫu đất đạt đến khối lượng không đổi khi mẫu được sấy trong tủ sấy khoảng một đêm Khi xác định cho cả khối lượng đất ướt và khối lượng đất khô cần trừ đi khối lượng của hộp đựng mẫu khô Sau đó thì độ ẩm của đất được tính theo phương trình 2-5 Ví dụ 2.1 sẽ phản ánh cách xác định độ ẩm của đất trong thực tế

-

Ví dụ 2-1

Cho một mẫu đất ẩm vào một hộp đựng mẫu khô có khối lượng 462 gam Sau khi sấy khô trong tủ sấy trong một đêm tại nhiệt độ 1100C, cân mẫu và hộp đựng mẫu được 364 gam Khối lượng của hộp đựng mẫu là 36 gam.Yêu cầu xác định độ ẩm của mẫu đất

Bài giải

Lập thành một biểu đồ tính như sau và điền đầy đủ các số liệu cho và kết quả đo vào (a),(b)

và (d) sau đó tính toán kết quả điền vào (c),(e) và (f)

Khối lượng tổng của mẫu + hộp đựng mẫu = 462 g

Khối lượng đất khô + hộp đựng mẫu = 364 g

Khối lượng nước(a-b) = 98 g

Khối lượng hộp đựng mẫu = 39 g

Khối lượng đất khô( b-d) = 325 g

t

w s t

t

V

M M V

M

(2-6)

s

s s

có thể biến đổi từ hơn 1000 kg/m3

cho tới 2400 kg/m3 (1.0 tới 2.4 Mg/m3) Giá trị điển hình của s

6

cát có s = 2.65 Mg/m Hầu hết các loại đất sét có giá trị s trong khoảng từ 2.65 và 2.8 Mg/m, và phụ thuộc vào thành phần khoáng vật chính trong đất, trong khi đó các đất hữu cơ, có s thấp khoảng 2.5 Mg/m3 Vì vậy nên, trong phần lớn các bài toán địa kỹ thuật thường giả thiết s trong khoảng 2.65 đến 2.7 Mg/m3, trừ khi đưa ra các giá trị riêng

Khối lượng riêng của nước thì thường ít biến đổi, sự biến đổi của nó phụ thuộc chủ yếu vào

nhiệt độ Ở nhiệt độ 4 độ C, nước ở trạng thái đặc nhất, w chính xác bằng 1000 kg/m3( 1g/cm3), đôi khi khối lượng riêng của nước được ký hiệu là o Trong thực tế xây dựng giá trị khối lượng riêng của nước thường được lấy chính xác bằng 1000 kg/m3

= 1 Mg/m3

Có ba giá trị khối lượng riêng khác của đất xây dựng thường hay được dùng Đó là khối lượng riêng khô d, khối lượng riêng bão hoà sat và khối lượng riêng ngập nước hay gọi là khối lượng riêng đẩy nổi ‟

t

s d

V

M

(2-9)

%)100,

0(V S V

M M

a t

w s

w sat

' (2-11) Nói đúng ra giá trị khối lượng riêng tổng được dùng thay cho sat ở phương trình 2-11, nhưng trong hầu hết các trường hợp, đất ngập nước hoàn toàn cũng là bão hoà hoàn toàn, hoặc ít nhất hợp lý để giả thiết là bão hoà hoàn toàn Giá trị khối lượng riêng d là chỉ tiêu cơ bản để đánh giá độ chặt của khối đất đắp (Chương 5) Phạm vi biến đổi điển hình các giá trị d, sat và ‟ cho một vài loại đất được thể hiện ở bảng 2-1

Từ các định nghĩa cơ bản đã được nêu ở mục này, các quan hệ hữu ích khác có thể đưa ra trong các ví dụ ở mục tiếp theo

Bảng 2-1 Các giá trị khối lượng riêng của một số loại đất thông thường*

*Sửa đổi theo Hansbo (1975)

2.3 Giải quyết các bài toán giữa các thể

Bài toán giữa các thể là rất quan trọng với đất xây dựng, và trong mục này chúng ta sẽ sáng

tỏ việc giải các bài toán giữa các thể của đất với sự trợ giúp của các ví dụ số cụ thể Khi các nguyên tắc đã đúng và có sự trợ giúp từ thực tế, thì sẽ có thể giải quyết nhiều vấn đề Chúng trở nên đơn giản hơn và bạn cũng trở nên thuần thục hơn Ngoài ra, với thực hành bạn có thể nhớ ngay hầu hết các định nghĩa và quan hệ quan trọng, do vậy tiết kiệm thời gian khi phải tìm kiếm các công thức dùng sau này

Điều quan trọng bậc nhất cần làm khi giải bài toán giữa các thể là vẽ sơ đồ ba thể Điều này đặc biệt đúng cho những người mới làm Không nên tìm các công thức đúng để giải bài toán, mà thay vì tìm công thức, chúng ta nên vẽ sơ đồ ba thể và thể hiện tất cả những dữ liệu đề bài cho cũng như các số liệu đang cần tìm của bài toán Với một số bài toán, việc làm đơn giản này dẫn đến giải bài toán được ngay tức thì, và ít nhất là thể hiện được phương pháp tiếp cận chính xác bài toán Cũng chú ý thêm rằng, thường là có một số phương pháp để cùng giải một bài toán chẳng hạn như bài toán ở ví dụ 2.2

Ví dụ 2.2:

Cho = 1.76 Mg/m3 (khối lượng riêng tổng)

W = 10% ( Độ ẩm)

Yêu cầu: Xác định d (khối lượng riêng khô), e (hệ số rỗng), n (độ rỗng), S (độ bão hoà) và

sat (khối lượng riêng bão hoà)

Bài giải:

Vẽ sơ đồ ba thể (Hình ví dụ 2.2a), giả thiết rằng Vt=1 m3

Từ định nghĩa về độ ẩm( phương trình 2-5) và khối lượng riêng tổng( phương trình 2-6) chúng ta có thể xác định Ms và Mw Lưu ý khi tính toán độ ẩm được biểu thị theo số thập phân

0,1/

76,1

m

M M V

M m

t t

Hình ví dụ 2.2a

Thay Mw = 0.1 Ms ta nhận được:

0,1

10,0

m

M

M s s

Ms = 1,60Mg và Mw= 1,16 Mg Những giá trị này bây giờ được ghi lên cạnh khối lượng của sơ đồ ba thể ( hình ví dụ 2.2b)

và tiếp tục tính toán các chỉ tiêu tiếp theo

Từ định nghĩa của ρw (công thức 2-8) có thể tính tiếp Vw:

w w

M

Thể tích (m 3

8

3

3 0,160/

1

16,0

m m

Mg

Mg M

V

w

w w

Đưa các giá trị này vào sơ đồ ba thể hình ví dụ 2.2b

Để tính Vs, giả thiết khối lượng riêng hạt s=2.7 Mg/m3 Từ định nghĩa của s (Phương trình 2-7), có thể tính trực tiếp Vs, hoặc:

3

3 0,593/

70,2

6,1

m m

Mg

Mg M

V

s

s s

Việc tính toán các yêu cầu còn lại trở nên dễ dàng

m Mg m

Mg V

M

t

s d

Từ phương trình 2-1:

686,0593

,0

160,0247,0

s

w a s

v

V

V V V

V e

Từ phương trình 2-2:

%7,401000

,1

160,0247,0100

t

w a t

v

V

V V V

V n

Từ phương trình 2-4:

%3,39100160,0247,0

160,1100

w a w v

w

V V

V V

V S

Thể tích (m 3

Khối lượng riêng bão hoà sat là khối lượng riêng của đất khi lỗ rỗng trong đất chứa đầy nước, đó cũng là khi đất bão hoà hoàn toàn với S=100%( Phương trình 2-10) Vì thế khi thể tích khí

Va chứa đầy nước, nó sẽ có khối lượng là 0.247 m3 x 1Mg/m3 hoặc là 0.247 Mg Khi đó:

3

1

6,1)16,0247

,0(

m Mg m

Mg Mg

Mg V

M M

t

w s sat

Một cách khác, thậm chí có lẽ dễ hơn cách đã giải ví dụ này đó, là giả thiết Vs là thể tích đơn vị =1m3 Theo định nghĩa Ms = ρs = 2,7 (khi s được giả thiết bằng 2.7 Mg/m3) Sơ đồ ba thể hoàn chỉnh được thể hiện trên hình ví dụ 2-2c

Vì w = Mw/Ms = 0,10; Mw = 0,27Mg và Mt=Mw+Ms = 2,97Mg Cũng có Vw = Mw, do w = 1Mg/m3,vì vậy 0.27 Mg của lượng nước sẽ chiếm một thể tích là 0.27 m3 Có hai ẩn số còn lại cần phải xác định trước khi chúng ta có thể tính toán tiếp, đó là Va và Vt Để có được hai giá trị này, chúng ta phải dùng giá trị đã cho =1.76 Mg/m3 Từ định nghĩa về khối lượng riêng tổng (phương trình 2-6):

ρ =1,76 Mg/m3

=

t t

t

V

Mg V

M 2,97

Xác định Vt

3

3 1.688/

76.1

97.2

m m

Mg

Mg M

)

là những ví dụ điển hình của đất kết cấu hạt mịn

Kết cấu đất, đặc biệt là của kết cấu đất hạt thô, có một vài liên quan đến tính chất xây dựng của nó Thực chất, kết cấu đất là cơ sở cho các sơ đồ phân loại một loại đất nào đó mà phổ biến trong khoa học nông nghiệp hơn là trong xây dựng Tuy vậy, khái niệm phân loại kết cấu( cuội sỏi, cát, bụi, và sét) vẫn rất hiệu quả trong quan niệm chung của thực tiễn địa kỹ thuật Với các đất hạt mịn thì sự có mặt của nước ảnh hưởng nhiều đến đặc tính xây dựng của chúng hơn là của riêng kích thước hạt hay riêng kết cấu Nước tác động đến sự tương tác giữa các hạt khoáng vật, làm ảnh hưởng tới tính dẻo và tính dính của nó

Theo kết cấu, đất được chia thành đất hạt thô và đất hạt mịn Một ranh giới thuận tiện khi phân chia là những hạt nhỏ nhất có thể nhìn thấy bằng mắt thường Đất có những hạt lớn hơn hạt nhỏ nhất này (khoảng 0.05 mm) được gọi là các hạt lớn (hạt thô), trong khi đất nhỏ hơn cỡ những hạt này gọi là đất hạt mịn Cát và cuội sỏi là những hạt thô còn bụi và sét là đất hạt mịn Một cách thuận tiện khác để chia hay phân loại đất là theo tính dẻo và dính của nó (theo môn học vật lý: Tính dính là đặc tính các vật liệu có thể dính kết với nhau

Bảng 2-2 Kết cấu và các đặc tính khác của các loại đất

Kích thước hạt Hạt thô, có thể nhìn

các hạt bằng mắt thường

Hạt nhỏ, mịn không thể nhìn bằng mắt thường

Hạt nhỏ, mịn không thể nhìn bằng mắt thường

Không dẻo Rời rạc

Không dính Không dẻo Rời rạc

Dính Dẻo

Ảnh hưởng của nước

số quy trình, tốt nhất được tiến hành trong phòng thí nghiệm, để nhận biết đất theo kết cấu và một

số quy trình các đặc trưng chung khác như tính dẻo và tính dính

Cũng cần phải lưu ý là khái niệm sét đề cập đến cả khoáng vật đặc biệt gọi là khoáng vật sét (sẽ trình bày ở chương 4) và đất có chứa các khoáng vật sét Ứng xử một số loại đất chịu ảnh hưởng mạnh bởi các loại khoáng vật sét trong đất Trong địa kỹ thuật để đơn giản thường gọi các đất như vậy là sét, nhưng chúng ta nên hiểu là đất có chứa các khoáng vật sét có ảnh hưởng đến ứng xử của loại đất đó

2.5 Kích thước hạt và phân bố kích cỡ hạt

Như đã đề xuất ở mục trước, kích thước của hạt đất, đặc biệt là đất hạt thô, ảnh hưởng nhiều đến tính chất xây dựng của nó Vì vậy, với mục đích của phân loại đất, ta quan tâm đến các hạt hoặc đường kính hạt có trong một loại đất cụ thể cũng như là phân bố kích cỡ của các hạt này

Kích cỡ hạt phân bố trong phạm vi rất lớn Có thể phân chia đất có kích cỡ từ đá tảng, cuội

có đường kính vài cm cho đến các hạt ở dạng keo siêu mịn Loại lớn nhất có thể là ở bậc 108, do đó

thường xây dựng đường cong thành phần hạt dựa vào hàm logarit của đường kính trung bình hạt

Hình 2-3 chỉ ra các đường ranh giới giữa các kích cỡ cấu tạo khác nhau theo một số biểu đồ phân loại kỹ thuật phổ biến Có thể nhận thấy rằng, theo cách truyền thống ở Mỹ thì các đơn vị biểu thị kích cỡ khác nhau phụ thuộc vào kích cỡ hạt Đối với hạt có kích cỡ lớn hơn 5mm (khoảng ¼ in.),

thì người ta hay dùng đơn vị inch, mặc dù cũng có thể dùng milimet Kích cỡ hạt giữa 5mm và

0.074mm được phân loại dựa theo cỡ rây tiêu chuẩn Mỹ, tất nhiên có liên quan với kích cỡ hạt đặc trưng như đã chỉ ra trên Hình 2-3 Đất mịn hơn cỡ rây số 200, thường theo đơn vị milimet hoặc đối với các hạt có kích cỡ của các hạt keo rất mịn thì theo micromet

Làm thế nào để có được sự phân bố kích cỡ hạt? Quá trình này được gọi là phân tích cơ học hay là xác định thành phần hạt Đối với đất hạt thô, được thực hiện trên một mẫu đất khô rung cơ

học qua một loạt rây lưới dệt mắt vuông, đặt liên tiếp với các lỗ nhỏ dần Khi biết tổng khối lượng mẫu, lượng phần trăm sót lại hoặc lọt qua mỗi cỡ rây có thể được xác định bằng cách cân lượng đất còn lại trên mỗi rây sau khi đã lắc hoặc rung Các thao tác chi tiết của thí nghiệm này được nêu rõ trong ASTM- Hội thí nghiệm vật liệu Mỹ (1980), Kí hiệu C 136 và D 422 Tiêu chuẩn thí nghiệm AASHTO (1978) tương ứng là T 27 và T 88 Các cỡ rây tiêu chuẩn của Mỹ sử dụng chung cho các phân tích cỡ hạt đất được chỉ ra trên bảng 2-3 Các hạt đất ít khi là hạt hình cầu hoàn chỉnh, vì vậy

khi nói đến đường kính hạt của đất, có nghĩa là đường kính tương đương đã được xác định bằng

phân tích cỡ rây

12

Hình 2-3 Phạm vi kích cỡ hạt theo một số hệ phân loại đất kỹ thuật (cải biến theoAl-Husaini, 1977)

Bảng 2-3 Các cỡ rây tiêu chuẩn Mỹ và kích cỡ lỗ tương ứng

Đá tảng Đá dăm

Bụi Sét Dạng keo Thô Mịn

Cát

Đá tảng Sỏi

Đá dăm

Cát Thô Mịn Thô Vừa Mịn

Bụi, sét mịn

Thô Vừa Mịn Thô Vừa Mịn Thô Vừa Mịn

ASTM – Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (1980) AASHTO – Hiệp hội Giao thông và Đường bộ Liên bang (1978) USCS – Hệ thống phân loại đất thống nhất (Cục cải tạo Hoa Kì, 1974, Hội kĩ thuật quân đội

Hoa Kì, 1960 ) M.I.T – Viện Công nghệ Masachusett (Taylor, 1948)

Các phân tích rây không thực tế đối với lỗ rây nhỏ hơn khoảng 0.05 đến 0.075mm (Rây số

200, tiêu chuẩn Mỹ) Do đó đối với các hạt đất nhỏ mịn, bùn và đất sét, người ta thường dùng

phương pháp phân tích tỷ trọng kế Cơ sở của thí nghiệm này là định luật Stoke cho hạt cầu lắng

xuống trong dung dịch nhớt, tốc độ lắng cuối cùng phụ thuộc vào đường kính hạt và mật độ của hạt trong huyền phù và dung dịch Từ đó đường kính hạt được tính theo khi biết khoảng cách và thời gian chìm lắng Tỷ trọng kế cũng có thể xác định được tỷ trọng của huyền phù, và tính được phần trăm hạt với đường kính hạt tương đương Giống như phân tích rây, cũng xác định được phần trăm tổng mẫu vẫn còn trong huyền phù (hoặc gần như ra khỏi huyền phù) Quy trình cho thí nghiệm tỷ trọng kế được đưa ra bởi ASTM (1980), Kí hiệu D422 và AASHTO (1978) và Phương pháp tiêu chuẩn T88 USBR (1974) và Hiệp hội kĩ thuật quân đội Mỹ (1970) cũng có những tiêu chuẩn tương

tự cho thí nghiệm này

Sự phân bố lượng phần trăm của tổng mẫu nhỏ hơn cỡ rây cho sẵn hoặc đường kính hạt tính được có thể được biểu thị trên biểu đồ cột hay thông thường hơn là ở trên biểu đồ tích lũy tần suất Kích cỡ hạt tương đương được vẽ theo tỉ lệ lôgarit trên trục hoành, trong khi phần trăm trọng lượng (hay khối lượng) của tổng mẫu hoặc lọt qua (phần mịn hơn) hoặc sót lại (phần thô hơn) được vẽ theo số học trên tung độ (Hình 2-4) Cần nhớ rằng hình này có thể chỉ vẽ được với những kích cỡ hạt nhỏ hơn theo hướng về bên phải Một vài phân bố kích cỡ hạt đặc trưng được biểu diễn trên Hình 2-4 Đất cấp phối tốt biểu thị các kích cỡ hạt trong một khoảng rộng, và đường cong thành phần hạt trơn và nói chung là lõm lên (concave upward) Trong khi, đất cấp phối kém là đất có quá

nhiều hay quá ít số hạt kích cỡ nhất định hoặc hầu hết các hạt có cùng kích cỡ Phân bố đồng đều

trên Hình 2-4 là một ví dụ của một loại đất cấp phối kém Đất cấp phối không liên tục hay gián đoạn cấp phối trên hình này cũng là đất cấp phối kém; trong trường hợp này, phần kích cỡ hạt giữa 0.5 và 0.1mm là rất ít

Chúng ta có thể tìm được những đại lượng thống kê thông thường (trung bình, đường trung bình, độ lệch tiêu chuẩn, v.v ) cho đường cong thành phần hạt, nhưng điều này được làm phổ biến trong thạch học trầm tích hơn là trong cơ học đất Tất nhiên ta quan tâm đến phạm vi đường kính hạt tìm được của mẫu Bên cạnh đó, ta dùng các đường kính hạt D phù hợp với giá trị tương đương với “phần trăm lọt” ("percent passing") trên đường cong thành phần hạt Ví dụ, D10 là đường kính của cỡ hạt tương ứng 10% khối lượng mẫu qua rây Nói cách khác, 10% các hạt có kích cỡ nhỏ hơn đường kính D10 Đại lượng này được đặt trên đường cong thành phần hạt (GSD – grain size

distribution ) dọc theo trục của kích cỡ hạt, và nó còn được gọi là đường kính hiệu quả Hệ số đồng

đều Cu là một thông số hình dạng thô được biểu thị qua công thức:

Trong đó D60 = đường kính hạt (tính bằng mm) chiếm ít nhất 60% mẫu, và

D10 = đường kính hạt (tính bằng mm) chiếm ít nhất 10% mẫu, tính theo trọng lượng (hoặc khối lượng)

Trên thực tế, hệ số đồng đều bị gọi sai tên khi hệ số này càng nhỏ thì sự đồng đều càng tăng Do đó nó thực ra là hệ số “không đồng đều” Ví dụ, loại đất có Cu = 1 thì chỉ có một cỡ hạt duy nhất Loại đất cấp phối rất kém như cát biển chẳng hạn, có Cu bằng 2 hoặc 3, trong khi đất cấp phối rất tốt có thể có Cu lên đến 15 hoặc lớn hơn Có khi, hệ số Cu lên đến 1000 hoặc hơn nữa Ví

dụ, đất sét làm lõi của đập Oroville ở California có hệ số Cu khoảng 400-500; phạm vi kích cỡ hạt

từ những đá tảng lớn cho đến các hạt sét rất mịn

14

Một đại lượng khác cũng hay dùng để phân loại đất là hệ số cấp phối Cc:

Cc =

))(

(

)(

60 10

2 30

D D

Theo công thức 2-19 và 2-20, ta cần tính D10, D30, D60 cho mỗi đường cong trên Hình 2.4

a Đất cấp phối tốt, chỉ cần xác định đường kính của những hạt chiếm 10%, 30%, 60% khối lượng

D10 = 0.02mm, D30 = 0.6mm, D60 = 9mm,

Từ công thức 2-19,

02.0

02.0(

)6.0())(

(

)

60 10

2 30

D D

D

Vì Cu > 15 và Cc nằm trong phạm vi từ 1 đến 3, đất này là đất cấp phối tốt

b Đất cấp phối gián đoạn, làm tương tự như phần (a), ta có:

D10 = 0.022mm, D30 = 0.052mm, D60 = 1.2mm,

Từ công thức 2-19,

022.0

2.1

022.0(

)52.0())(

(

)

60 10

2 30

D D D

Mặc dù theo chỉ tiêu đánh giá hệ số đồng đều, thì đất này là cấp phối tốt, nhưng lại không đạt khi đánh giá theo chỉ tiêu hệ số cấp phối Do vậy đây là đất cấp phối kém

c Đất đồng đều, làm tương tự như phần (a), ta có:

D10 = 0.3mm, D30 = 0.43mm, D60 = 0.55mm,

Từ công thức 2-19 và 2-20 có:

3.0

55.0

3.0(

)43.0())(

(

)

60 10

2 30

D D D

Loại đất này vẫn là đất cấp phối kém mặc dù hệ số Cc hơi lớn hơn đơn vị; hệ số Cu lại rất nhỏ

16

Hình 2.4 Phân bố kích cỡ hạt tiêu chuẩn

Kích cỡ hạt (mm) Phân tích sàng (sàng Tiêu chuẩn Hoa Kỳ)

2.6 Hình dạng hạt đất

Hình dạng của từng hạt đất ít nhất cũng quan trọng như sự phân bố kích thước hạt, trong ảnh hưởng đến sự đáp ứng kỹ thuật của đất dạng hạt Có thể xác định được số lượng hình dạng hạt dựa theo quy luật phát triển của thạch học trầm tích, nhưng đối với mục đích địa kỹ thuật,

sự mài nhẵn như thế hiếm khi được chấp nhận Những chỉ tiến hành xác định định tính hình dạng như một phần của phân loại đất bằng mắt Đất hạt thô nói chung được phân loại theo hình dạng như trên Hình 2.5

Hình 2.5: Hình dạng đặc thù của các hạt thô lớn (Hình chụp của M Surendra)

Có thể phân biệt giữa các hạt lớn và hạt dạng hình kim hay dạng vảy Các lớp mica là một

ví dụ điển hình của hạt dạng vảy và cát Ottawa cho ví dụ về hạt lớn Các hình trụ của mỗi dạng khác nhau rất nhiều trong ứng xử khi bị nén bởi pittông Các hạt lớn khó nén hơn cả, ngay cả khi ở trạng thái rất rời, nhưng các lớp mica khi nén, thậm chí dưới áp lực nhỏ, cũng giảm đi một nửa thể tích ban đầu của chúng Khi nghiên cứu cường độ chống cắt của cát, hình dạng hạt là yếu tố rất quang trọng khi xác định các đặc tính ma sát của đất dạng hạt

18

2.7 Các giới hạn Atterberg và các chỉ số độ chặt

Như chúng ta đã đề cập đến (Bảng 2-2), sự có mặt của nước trong các lỗ rỗng của đất có thể ảnh hưởng đặc biệt đến ứng xử kỹ thuật của đất hạt mịn Không chỉ quan trọng là chứa bao nhiêu nước trong một lớp đất trầm tích tự nhiên (độ ẩm), ví dụ, mà ta cần so sánh hoặc phân loại độ ẩm này trên cơ sở một vài tiêu chuẩn về ứng xử kỹ thuật Đó chính là các giới hạn Atterberg – những giới hạn rất quan trọng của ứng xử kỹ thuật Nếu ta biết được độ ẩm của mẫu liên quan đến giới hạn Atterberg đến đâu, thì ta sẽ biết được rõ về sự đáp ứng kỹ thuật của những mẫu này Các giới hạn Atterberg – là những độ ẩm ở giới hạn đã biết hoặc các giai đoạn tới hạn trong ứng xử của đất Chúng, cùng với độ ẩm tự nhiên, là những chỉ tiêu quan trọng nhất trong mô tả đất hạt mịn Chúng được dùng trong việc phân loại những loại đất này, và cũng hữu ích khi liên hệ với những đặc tính

kỹ thuật và ứng xử kỹ thuật của đất hạt mịn

Giới hạn Atterberg được nghiên cứu vào đầu những năm 1900 bởi nhà khoa học thổ nhưỡng người Thụy Điển, A Atterberg (1911) Ông đã làm việc trong ngành công nghiệp gốm, và trong thời gian đó đã tiến hành làm một số thí nghiệm mô tả độ dẻo của đất sét, vì nó quan trọng trong cả việc đúc khuôn sét thành gạch, nhằm tránh ép co và gãy vỡ khi nung Sau rất nhiều thực nghiệm, Atterberg phát hiện là có ít nhất hai tham số cần biết để xác định độ dẻo của đất sét – giới hạn dưới

và giới hạn trên của độ dẻo Trên thực tế, ông đã có thể xác định được một vài giới hạn của độ sệt hay ứng xử và ông ta đã đưa ra những thí nghiệm trong phòng đơn giản để xác định những giới hạn này Đó là các giới hạn:

1 Giới hạn trên của dòng nhớt

2 Giới hạn chảy – giới hạn dưới của dòng nhớt

3 Giới hạn nhớt – đất sét làm mất đi sự kết dính với lưỡi kim loại

4 Giới hạn dính – các hạt ngừng dính với nhau

5 Giới hạn dẻo – giới hạn dưới của trạng thái dẻo

6 Giới hạn co – giới hạn dưới của biến đổi thể tích

Ông ta cũng xác định được chỉ số dẻo, là phạm vi độ ẩm khi đất ở trạng thái dẻo, và ông

cũng là người đầu tiên đề nghị lấy dùng nó để phân loại đất Sau đó, vào cuối năm 1920, K Terzaghi và A Casagrande (1932b), khi làm việc cho Cục giao thông Mỹ, đã tiêu chuẩn hóa các giới hạn Atterberg để chúng có thể dễ dàng được dùng vào mục đích phân loại đất Trong hoạt động địa kỹ thuật hiện nay ta thường dùng giới hạn chảy (LL – liquid limit hoặc wL), giới hạn dẻo (PL – plastic limit hoặc wP) và đôi khi dùng giới hạn co (SL – shrinkage limit hoặc wS) Giới hạn nhớt

và giới hạn dính được dùng thông dụng hơn trong công nghệ làm đồ gốm và nông nghiệp

Vì các giới hạn Atterberg là những độ ẩm khi ứng xử của đất thay đổi, ta có thể biểu diễn các giới hạn này khi độ ẩm liên tục như trên Hình 2.6 Đồng thời cũng cho thấy các loại ứng xử của đất ứng với các phạm vi độ ẩm đã cho Khi độ ẩm tăng, trạng thái của đất thay đổi từ dạng rắn, dễ gãy vỡ sang dạng đặc dẻo và sau đó sang chất lỏng nhớt Ta cũng có thể biểu diễn trên cùng môi trường độ ẩm liên tục phản ứng của vật liệu nói chung (biểu đồ ứng suất biến dạng) tương ứng theo các trạng thái trên

Ta có thể gọi các đường cong vẽ trên Hình 2.7 theo cơ học chất lỏng, ở đây gradien tốc độ trượt được vẽ theo ứng suất cắt Phụ thuộc vào độ ẩm, đất có thể được biểu diễn đặc trưng bằng tất

cả các đường cong trên (ngoại trừ đường chất lỏng Niutơn lý tưởng) Cũng cần lưu ý đến sự khác nhau của biểu đồ ứng suất-biến dạng của các vật liệu kỹ thuật khác như thép, bê tông hay gỗ

Hình 2.6: Độ ẩm liên tục cho thấy những trạng thái khác nhau của đất cũng nhƣ biểu đồ ứng suất-biến dạng đƣợc khái quát hóa

Dễ gãy vỡ Đặc

20

Hình 2.7: Ứng xử của một số vật liệu trong đó có đất trong một phạm vi độ ẩm

Các thí nghiệm về giới hạn độ sệt ban đầu của Atterberg phần nhiều là ngẫu nhiên và không dễ dàng lặp lại được, đặc biệt là bởi những người thao tác thiếu kinh nghiệm Như đã đề cập, Casagrande (1932b, 1958) tiến hành chuẩn hóa các thí nghiệm, và ông đã phát kiến được thiết bị xác định giới hạn chảy (LL) (Hình 2.8) vì vậy thí nghiệm không phụ thuộc nhiều vào nguồn thí nghiệm Ông đã xác định giới hạn chảy là độ ẩm của đất mà trong mẫu đất này, tại rãnh cắt tiêu chuẩn bằng dao cắt rãnh (Hình 2.8a,b) sẽ khép lại một đoạn chừng 13mm (1/2 in.) tại lần

gõ thứ 25 vào bát Giới hạn chảy khi bát rơi từ độ cao 10mm xuống một bệ cao su cứng hoặc bệ chất cách điện micarta dẻo (Hình 2.8c) Trong thực tế, rất khó để trộn đất để cho rãnh khép kín xảy ra chính xác tại lần gõ 25, nhưng Casagrande phát hiện ra rằng nếu ta dùng độ ẩm của thí nghiệm nơi tạo độ khép kín tại số lần bát trên trục tọa độ lôgarit của số lần gõ, ta sẽ nhận được

một đường thẳng gọi là đường độ chảy Đường độ chảy cắt ngang lần gõ thứ 25, thì độ ẩm tại

thời điểm đó được xác định là giới hạn chảy

Thí nghiệm về giới hạn dẻo (PL) thì có phần ngẫu nhiên hơn, và nó đòi hỏi một vài thực nghiệm để đạt được độ sệt và lặp lại kết quả được Giới hạn dẻo được xác định tại độ ẩm khi đất

bắt đầu xuất hiện một đường đứt gãy trong quá trình lăn đất cho đến khi đạt đường kính là 3mm

(1/8 in.) Đất sẽ đứt gãy thành những đoạn có độ dài từ 3mm đến 10mm (1/8 in đến 3/8 in.) Nếu đoạn đứt gãy lăn được ở đường kính nhỏ hơn, thì đất quá ướt (ở trên giới hạn dẻo); nếu đất đứt

gãy trước khi đạt được đường kính 3mm (1/8 in.) thì đã vượt quá giới hạn dẻo Quá trình lăn đất đạt giới hạn dẻo thành các đoạn đứt gãy được thấy trên Hình 2.8d

Hình 2.8 (a)Sơ đồ thiết bị xác định giới hạn chảy Casagrande và dao cắt rãnh; kích thước bằng milimet (b) Dao cắt trước khi quay tay quay (c) Sau khi quay tay quay để áp dụng đủ số lần gõ bát để khép rãnh

13mm (d) Các đoạn đất ở giới hạn dẻo Từ (a) đến (c) theo Hansbo (1975)

Tuy các thí nghiệm về giới hạn chảy và giới hạn dẻo dường như đơn giản, nhưng cả hai thí nghiệm này đều phải thành thục để có được các kết quả thích hợp Tại Thụy Điển, thí nghiệm thả cầu nón được dùng để xác định giới hạn chảy (Hansbo, 1957) Thí nghiệm này cho kết quả thích hợp hơn thiết bị Casagrande, đặc biệt là với đất sét Thụy Điển, và có phần đơn giản hơn và nhanh hơn khi sử dụng Karlsson (1977) đã trình bày một báo cáo thú vị về độ tin cậy của hai phương pháp thí nghiệm này

Đôi khi có thể sử dụng thí nghiệm giới hạn chảy một điểm vì các loại đất có nguồn gốc địa chất tương tự nhau, thì có độ dốc của các đường cong chảy giống nhau Do đó tất cả những gì

LL n (2-21)

Trong đó tanβ – độ dốc của đường cong chảy

Để đạt được kết quả tốt nhất, số lần gõ n tốt nhất từ 10 đến 40 Lambe (1951), Hội các kĩ

sư quân đội Mỹ và Karlsson (1977) đã có các báo cáo hay về thí nghiệm xác định giới hạn chảy một điểm

Có thể thấy rằng chúng ta đã không đề cập đến các qui trình ASTM cho các thí nghiệm giới hạn Atterberg Chúng tôi không giới thiệu các qui trình ASTM vì lý do duy nhất, các giới hạn được được tiến hành trên các mẫu khô gió Đối với một số loại đất, qui trình như thế này sẽ cho những kết quả rất khác nhau, so với nếu các giới hạn được xác định ở độ ẩm tự nhiên (Karlsson, 1977) Một vấn đề khác với ASTM là dao cắt rãnh cho thí nghiệm xác định giới hạn chảy Nó không cho phép bất kỳ sự điều chỉnh độ cao của dao cắt, và do vậy sẽ cho các kết quả không phù hợp Chính vì lí do này, ta nên dùng dao cắt rãnh Casagrande (Hình 2.8)

Giới hạn chảy có thể nằm trong phạm vi từ 0 đến 1000, nhưng hầu hết các loại đất có giới hạn chảy (LL) nhỏ hơn 100 Giới hạn dẻo thì có thể trong phạm vi từ 0 đến 100 hoặc hơn thế, nhưng hầu hết là nhỏ hơn 40 Mặc dù các giới hạn Atterberg thực ra là các độ ẩm, chúng cũng là các đường biên giữa các ứng xử kỹ thuật khác nhau, và Casagrande (1948) kiến nghị là các giá trị

được báo cáo không biểu hiện bằng phần trăm Chúng là những số được dùng để phân loại đất hạt

mịn, và là chỉ số ứng xử của đất Tuy nhiên, ta cũng sẽ thấy các giới hạn thường ghi bằng cả hai cách và sử dụng cả hai kí hiệu: LL và PL, và wL và wP với phần trăm

Các giới hạn Atterberg khác đôi khi dùng trong thực tiễn địa kĩ thuật, giới hạn co ngót, sẽ được bàn đến chi tiết trong Chương 6

Ta đã đề cập ở phần trước là Atterberg cũng xác định một chỉ số được gọi là chỉ số dẻo để

mô tả phạm vi độ ẩm mà đất ở trạng thái dẻo Chỉ số dẻo, PI-plastic index hay Ip, vì vậy là số bằng hiệu của LL và PL, hoặc:

PI = LL – PL (2-22)

PI hữu hiệu trong phân loại kỹ thuật đất hạt mịn, và rất nhiều đặc trưng kĩ thuật được có

sự liên hệ thực nghiệm với PI

Đầu tiên khi bàn về các giới hạn Atterberg, ta đã muốn so sánh hoặc lấy tỉ lệ giữa độ ẩm với một vài giới hạn xác định hoặc các biên hay đặc trưng kỹ thuật Bằng cách này, ta sẽ biết là mẫu đất có ứng xử như một chất dẻo, hay là chất rẵn dễ gãy, hoặc thậm chí có thể là lỏng Chỉ số

để đánh giá độ ẩm tự nhiên của một mẫu đất là chỉ số chảy, LI hay IL, được xác định:

PI

PL w

LI n (2-23) Trong đó wn là độ ẩm tự nhiên của mẫu đất thí nghiệm

Nếu LI ≤ 0, thì từ đường độ ẩm liên tục trên Hình 2.6, ta có thể biết rằng đất ở trạng thái giòn nếu bị cắt

Nếu 0< LI <1, thì đất ở trạng thái dẻo

Nếu LI ≥ 1, thì đất ở sẽ ở dạng chất lỏng rất nhớt khi bị cắt

Những loại đất này có thể cực kì nhạy khi kết cấu đất bị phá vỡ Với điều kiện mẫu đất không bị phá hoại theo cách nào thì chúng có thể tương đối bền vững, nhưng vì một vài lí do nào

đó chúng bị cắt và kết cấu đất bị phá vỡ, đất có thể chảy như một chất lỏng Có nhiều lớp trầm

tích sét siêu nhạy (chảy) ở phía Đông Canada và Scandinavia Hình 2.9 cho thấy một mẫu đất sét

Leda lấy từ Ottawa, Ontario ở trạng thái nguyên dạng và chế bị đều ở cùng một độ ẩm Mẫu nguyên dạng có thể chịu được áp lực thẳng lớn hơn 100kPa; trong khi mẫu chế bị, thì lại giống như chất lỏng

Tuy không nhấn mạnh ở phần trên, nhưng các giới hạn được xác định ở đất chế bị, và khi bàn đến kết cấu của các loại đất sét trong Chương 4, ta sẽ thấy kết cấu tự nhiên của đất chi phối rất mạnh ứng xử kĩ thuật của nó Vậy giới hạn Attenberg sẽ được dùng thế nào? Chúng được

dùng theo thực nghiệm, có nghĩa là, chúng tương quan với các đặc trưng và ứng xử kĩ thuật vì cả giới hạn Atterberg và đặc trưng kĩ thuật đều chịu những tác động giống nhau Một số tác động

phải kể đến bao gồm các khoáng vật sét, các ion trong nước lỗ rỗng, lịch sử chịu áp lực của đất trầm tích, v.v Và những tác động này sẽ được bàn đến chi tiết trong chương về kết cấu đất (Chương 4) Đến đây ta hoàn toàn thừa nhận là các giới hạn Atterberg thực nghiệm, đơn giản rất hữu ích khi phân loại đất cho các mục đích kĩ thuật và chúng tương quan tương đối tối với ứng xử

kĩ thuật của đất

Từ những khái niệm về kết cấu và cấp phối hạt của đất đã được đề cập ở chương 2, chúng

ta sẽ đưa ra các tiêu chuẩn để phân loại đất trong chương 3 Ở mục 2.4, cát và sỏi được xem như

là những hạt thô trong khi bụi và sét thì được coi như là những hạt mịn Trong mục 2.5, chúng ta

đã đưa ra bảng phân chia cỡ hạt và nhóm hạt cho đất (hình 2.3) theo các tiêu chuẩn ASTM hay

AASHTO, vv Tuy nhiên, những thuật ngữ chung chung như cát hay sét bao hàm sự thay đổi lớn của các đặc tính kỹ thuật của đất Vì vậy, cần thiết phải có những thuật ngữ chuyên sâu hơn để thuận tiện sử dụng trong thực tế Những thuật ngữ này, được tập hợp trong hệ thống phân loại đất, và thường được sử dụng vào những mục đích kỹ thuật cụ thể

Hệ thống phân loại đất có vai trò như là một ngôn ngữ để trao đổi giữa những nhà khoa học Nó không những đưa ra phương pháp phân loại dựa theo các đặc trưng kỹ thuật của đất một cách có hệ thống mà còn giúp cho các nhà khoa học có thể học hỏi kinh nghiệm lẫn nhau Nhưng

nó cũng không làm giảm bớt tầm quan trọng của việc xác định tính chất của đất bằng các thí nghiệm trong phòng hay ngoài hiện trường Tuy nhiên, giữa tính chất của đất và hệ thống phân loại lại có mối quan hệ mật thiết Chính vì vậy, khi biết cách phân loại đất, người kỹ sư đã hiểu được tương đối chính xác đặc trưng của đất trong trong quá trình xây dựng, quá trình chịu tải hay trong từng hoàn cảnh kỹ thuật khác nhau Hình 3.1 minh hoạ vai trò của hệ thống phân loại đất trong thực tế địa kỹ thuật

Hình 3.1: Vai trò của hệ thống phân loại đất trong địa kỹ thuật ứng dụng

Nhiều hệ thống phân loại đất đã được đề xuất trong thời gian qua Casagrande (1948) đã nhấn mạnh rằng: “ Hầu hết các hệ thống phân loại đang được sử dụng trong xây dựng có nguồn gốc từ khoa học đất trong nông nghiệp” Điều đó lý giải tại sao trong những hệ thống phân loại đầu tiên, các nhà khoa học phân loại đất theo kết cấu và cấp phối hạt của đất Atterberg (1905) dường như là người đầu tiên đề xuất việc phân loại đất bằng cách dùng các chỉ tiêu khác Cuối cùng, năm 1911, Atterberg đã nghiên cứu việc ứng dụng các chỉ tiêu giới hạn để xác định các đặc trưng của đất hạt mịn (mục 2.7) mặc dù thời gian đó chỉ áp dụng trong lĩnh vực nông nghiệp Sau này, Cục Đường bộ Mỹ hầu như đã dựa vào chỉ tiêu gới hạn Atterberg và các thí nghiệm đơn giản khác để phân loại đất hạt mịn Casagrande (1948) cũng giới thiệu một vài hệ thống phân loại mà

đã được sử dụng trong một số lĩnh vực như giao thông, xây dựng đường băng, nông nghiệp, địa chất và khoa học đất

Phân loại và các tính chất (w, e, ρ, S, GSD, LL, PI )

Hệ thống phân loại đất (“ngôn ngữ”)

Tính chất kỹ thuật của đất (tính thấm, khả năng chịu nén, tính co ngót

và trương nở, sức kháng cắt, vv)

Mục đích kỹ thuật (đường cao tốc, sân bay, nền móng, đê đập, vv)

26

Ngày nay, chỉ có hệ thống phân loại đất thống nhất (USCS) và hệ thống phân loại của hiệp hội Đường bộ liên bang và giao thông vận tải Mỹ (AASHTO) được sử dụng rộng rãi trong xây dựng công trình Hệ thống phân loại đất thống nhất (USCS) được dùng chủ yếu bởi các cơ quan trực thuộc Chính phủ (các đơn vị quân đội, Cục nội vụ, Vụ khai hoá), các công ty tư vấn địa

kỹ thuật và các phòng thí nghiệm Với một số thay đổi nhỏ, hệ thống này cũng được sử dụng tương đối rộng rãi ở Anh và một số nước khác Trong khi đó, tiêu chuẩn AASHTO dựa vào việc quan trắc các đặc trưng của đất trong xây dựng đường giao thông thì được sử dụng bởi Cục giao thông và đường bộ Mỹ Cơ quan quản lý hàng không liên bang của Cục giao thông và đường bộ

Mỹ cũng có những tiêu chuẩn riêng dùng trong thiết kế đường băng nhưng sau đó cũng chuyển sang dùng hệ thống phân loại đất thống nhất (USCS)

Cả hai hệ thống phân loại đất USCS và AASHTO đều dễ dàng sử dụng trong thực tế khi

mà chúng ta đã làm quen với các tiêu chuẩn này

3.2 Hệ thống phân loại đất thống nhất (USCS)

Hệ thống phân loại này được phát triển đầu tiên bởi Casagrande (1948) để ứng dụng trong việc xây dựng đường băng trong chiến tranh thế giới thứ 2 Đến năm 1952, Casagrande đã sửa đổi hệ thống phân loại và nó được Vụ khai hoá và các đơn vị quân đội áp dụng trong việc xây dựng đập, nền móng và các công trình xây dựng khác Trong USCS, cơ sở để phân loại đất hạt thô được dựa vào cấp phối hạt trong khi các tính chất kỹ thuật của đất hạt mịn thì phụ thuộc vào tính dẻo Nói cách khác, đối với đất mà những hạt mịn (hạt bụi và sét) không làm ảnh hưởng tới tính chất kỹ thuật thì được phân loại theo cấp phối hạt, còn nếu chúng ảnh hưởng tới tính chất kỹ thuật thì được phân loại theo tính dẻo Vì vậy, chỉ có phương pháp phân tích sàng và các chỉ tiêu giới hạn Atterberg là cần thiết trong hệ thống phân loại này

Bảng 3.1 đưa ra bốn nhóm đất chính gồm: hạt thô, hạt mịn, đất hữu cơ và bùn Việc phân loại được thực hiện bằng cách cho mẫu đất qua sàng 75mm, kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên hệ toạ độ log hoặc dùng bảng biểu Những hạt có đường kính tương đương lớn hơn 300 mm được gọi là đá tảng, còn những hạt nằm trong phạm vi từ 75mm đến 300 mm được gọi là cuội sỏi Đất được phân loại là hạt thô, cát hay sỏi nếu chúng chứa > 50% trọng lượng hạt trên sàng No.200 (0.075 mm) và được phân loại là đất hạt mịn nếu chúng chứa > 50% trọng lượng hạt dưới sàng No.200 Đất hữu cơ hoặc bùn thì có thể phân biệt dễ dàng bằng mắt thường Việc phân chia chi tiết hơn được minh họa trong bảng 3.1

Những ký hiệu trong bảng 3.1 được kết hợp lại với nhau để tạo thành tên gọi của loại đất tương ứng trong bảng 3.2

Bảng 3-1: Tên đất, ký hiệu và phạm vi kích thước hạt theo USCS

Từ 75 mm đến 19 mm

Từ 19 mm đến sàng No.4 (4.75 mm)

Từ sàng No.4 (4.75 mm) tới sàng No.200 (0.075 mm)

Từ sàng No.10 (2.0 mm) tới sàng No 40 (0.425 mm)

Từ sàng No.40 (4.25 mm) tới sàng No.200 (0.075 mm) Kích thước hạt nhỏ hơn kích thước mắt

sàng No.200 (0.075 mm) (Không có kích thước hạt cụ thể - sử dụng

giới hạn Atterberg) (Không có kích thước hạt cụ thể - sử dụng

giới hạn Atterberg) (Không có kích thước hạt cụ thể) (Không có kích thước hạt cụ thể)

Ký kiệu phân loại cấp phối

Phân cấp đều, W

Phân cấp không đều, P

Ký hiệu giới hạn chảy

Cao LL, H Thấp LL, L

Đất hạt thô được phân chia thành sỏi, sỏi pha, cát và cát pha Chúng được phân loại là sỏi nếu chứa > 50% trọng lượng hạt trên sàng No.4 (4.75 mm) và được phân loại là cát nếu chứa > 50% trọng lượng hạt dưới sàng No.4 Sỏi (G) và cát (S) tiếp tục được phân chia thành những nhóm nhỏ hơn, GW and SW, GP and SP, GM and SM, GC and SC, phụ thuộc vào cấp phối và bản chất các hạt Đất có chất lượng cấp phối hạt tốt nếu kích thước hạt thay đổi trong phạm vi rộng, ngược lại đất có chất lượng cấp phối không tốt nếu kích thước hạt đều nhau hoặc thay đổi trong phạm vi hẹp Để đánh giá chất lượng cấp phối của sỏi và đất cát, ta xác định hệ số hạt không đều Cu và hệ số cong Cc từ đường cong cấp phối Các hệ số này đã được định nghĩa ở chương 2:

2 30

* D D

28

Đất hạt mịn chứa > 50% trọng lượng hạt dưới sàng No.200 được phân thành hạt bụi (M) hoặc sét (C) dựa vào giới hạn dẻo và chỉ số dẻo của chúng Đất hữu cơ (O) và than bùn (Pt) cũng thuộc nhóm này nhưng không xác định cỡ hạt cụ thể ( Bảng 3-1) Trên hình 3.2, Casagrande (1948) dùng đường thẳng A để phân loại đất hạt mịn Nhóm hạt bụi có giới hạn chảy (LL) và chỉ

số dẻo (PI) nằm phía dưới đường thẳng A, còn nhóm đất sét có giới hạn chảy (LL) và chỉ số dẻo (PI) nằm phía trên đường thẳng A Đất sét hữu cơ (OL và OH) cũng nằm phía dưới đường thẳng

A vì chúng có tính chất tương tự như các loại đất có tính dẻo thấp Ngoài ra, dựa vào giới hạn chảy, hạt bụi, sét và sét hữu cơ được phân thành giới hạn chảy cao ( nếu LL > 50%) và giới hạn chảy thấp (nếu LL < 50%) Các loại đất đại diện cho đất hạt mịn được miêu tả trên hình 3.2 Bảng 3-2 ( cột 4 và 5) và bảng 3-3 giúp ta có cách nhìn trực quan trong việc nhận biết và phân loại đất hạt mịn Chúng ta cũng có thể nhận thấy rằng, một số tên đất khác nhau gần như có cùng vị trí biểu diễn trên hình 3.2 vì chúng có tính chất tương tự nhau Dưới đây là kết quả nghiên cứu của Casagrande (1948) về các đặc trưng của đất cùng giới hạn chảy nhưng khác nhau chỉ số dẻo hoặc cùng chỉ số dẻo nhưng khác nhau giới hạn chảy

nhưng tăng chỉ số dẻo

Đất có cùng chỉ số dẻo nhưng tăng giới hạn chảy Cường độ khi khô

Giảm xuống Giảm xuống Tăng lên Tăng lên -

Bảng 3-2: Hệ thống phân loại đất USCS

30

Bảng 3-2 (tiếp)

Hình 3-2 Biểu đồ độ dẻo Casagrande, thể hiện một vài dạng mẫu đất

(theo Casagrande, 1948 và Howard, 1977 )

Độ bền và cường độ khô là những tính chất quan trọng để phân loại đất và được nêu ra trong bảng 3-3 Các tính chất còn lại, sẽ được đề cập chi tiết ở các chương tiếp theo

Các giá trị của chỉ số dẻo PI và giới hạn chảy LL nằm trong phạm vi giới hạn trên của đường thẳng U cần được kiểm chứng lại một cách cẩn thận Một số loại đất sét hoạt tính cao như ben-tô-nít nằm ở vị trí phía trên đường thẳng A và gần kề với đường thẳng U Các khoáng vật sét chủ yếu trong đất có thể nhận ra một cách định tính bằng cách sử dụng biểu đồ dẻo của Casagrande ở trong chương 4

Bảng 3-3: Phương pháp nhận dạng đất hạt mịn hoặc nhóm hạt ngoài hiện trường

Đất cát hạt nhỏ sạch cho phản ứng nhanh nhất với tính trương nở trong khi sét dẻo không có hiện tượng trên Các đất không chứa hữu cơ có phản

Sau khi loại bỏ những hạt trên sàng No.40, cho thêm nước (nếu cần thiết)

để chế bị mẫu đất có trạng thái dẻo Làm khô mẫu đất bằng lò sấy, ánh nắng mặt trời hoặc để ngoài không khí tự nhiên rồi kiểm tra cường độ bằng cách dùng các ngón tay bẻ hoặc bóp vỡ mẫu Cường độ này nói lên tính chất và số lượng nhóm hạt sét trong mẫu đất Cường độ khô tỷ lệ thuận với tính dẻo của đất

Đất sét ở nhóm CH cho giá trị cường độ khô cao trong khi đất bụi không chứa hữu cơ có giá trị rất nhỏ Cát bụi và bụi gần như có giá trị cường độ khô như nhau nhưng ta có thể phân biệt bằng cảm giác khi bóp vụn mẫu đất khô Cát bụi sẽ cho ta cảm giác sàn sạn còn bụi thì cho cảm giác mịn như bột

Sau khi dây đất bị vỡ vụn, các mẩu đất được vo viên lại và quá trình nhào trộn được tiếp tục đến khi dây đất bị vỡ vụn

Thành phần nhóm hạt sét càng lớn thì độ bền của dây đất gần giới hạn dẻo

và độ cứng của viên đất khi được vo viên lại càng tăng lên Độ bền yếu của dây đất gần giới hạn dẻo và sự suy giảm nhanh tính kết dính của viên đất dưới giới hạn dẻo chỉ ra sự có mặt của các hạt sét vô cơ, độ dẻo thấp hoặc sét hữu cơ và sét loại kaolin Các loại đất này có vị trí nằm dưới đường thẳng A

Đất chứa hàm lượng hữu cơ cao thì có độ bền rất kém và xốp khi gần với giới hạn dẻo

Đối với đất hạt thô có chứa hàm lượng hạt mịn hơn 12%, được gọi là GM hoặc SM nếu các hạt nhỏ thuộc nhóm hạt bụi (các giá trị giới hạn nằm phía dưới đường thẳng A trong biểu đồ dẻo) và được gọi là GC hoặc SC nếu các hạt mịn thuộc nhóm hạt sét (các giá trị giới hạn nằm phía trên đường thẳng A trong biểu đồ dẻo) Cả hai loại đất có cấp phối hạt tốt và không tốt đều thuộc những nhóm này

Loại đất chứa 5% đến 12% trọng lượng hạt dưới sàng No.200 thì được coi như là ở gianh giới giữa 2 nhóm và có ký hiệu ghép đôi Phần trước của ký hiệu nói lên phần hạt thô có cấp phối tốt hoặc cấp phối kém, phần thứ 2 mô tả thành phần hạt mịn Chẳng hạn, nếu một loại đất được phân loại SP-SM có nghĩa đây là đất cát có cấp phối hạt không tốt và chứa từ 5% đến 12% các hạt bụi Tương tự như vậy, GW-GC có nghĩa đây là đất sỏi có cấp phối hạt tốt và chứa các hạt sét, loại đất này được biểu thị ở phía trên đường thẳng A

Đất hạt mịn cũng có những ký hiệu ghép đôi Đương nhiên nếu các giá trị giới hạn của đất nằm trong vùng gạch chéo ở hình 3.2 (4 < PI < 7 và 12 < LL < 25) thì đất được phân loại CL-

ML Howard (1977) đề xuất mang tính thực nghiệm rằng nếu các giá trị của LL và PI nằm gần đường thẳng A hoặc gần với đường LL = 50 thì nên dùng ký hiệu ghép đôi Do đó, các ký hiệu ghép đôi có thể như sau:

ML-MH CL-CH OL-OH CL-ML CL-OL CH-MH CH-OH Ngoài ra, các ký hiệu ghép đôi cũng có thể dùng cho các loại đất chứa 50% hạt mịn hoặc các loại đất hạt thô Trong trường hợp này, các ký hiệu ghép đôi có thể như sau:

GM-ML GM-MH GC-CL GC-CH SM-ML SM-MH SC-CL SC-CH

34

Hình 3.3 Chỉ dẫn phân giới các loại đất (theo Howard, 1977)

Trình tự các bước phân loại đất theo hệ thống USCS được chỉ dẫn một cách chi tiết trên hình 3.4, theo phương pháp này loại đất được xác định bằng cách loại các trường hợp chưa phù hợp và đến khi trường hợp duy nhất còn lại Việc phân loại đất nên kết hợp với bảng 3-2 và hình 3.4, các bước chi tiết được thực hiện như sau:

Hình 3.4 Chỉ dẫn phân giới các loại đất (theo Howard, 1977)

và được phân loại là cát nếu lượng chứa các hạt dưới sàng No.4 lớn hơn

b Xác định lượng chứa các hạt dưới sàng No.200, nếu có giá trị < 5% thì ta dựa vào hình dạng của đường cong để phân loại đất thành GW hay SW (đất có cấp phối tốt) và GP hay SP (đất

có cấp phối không tốt)

c Nếu lượng chứa các hạt dưới sàng No.200 có giá trị trong khoảng 5% đến 12% thì đất được coi là ở giữa ranh giới 2 nhóm và sẽ có các ký hiệu ghép đôi tuỳ thuộc vào chất lượng cấp phối hay tính dẻo của đất (GW-GM, SW-SM )

d Nếu lượng chứa các hạt dưới sàng No.200 có giá trị > 12% thì ta xác định các giá trị giới hạn Atterberg của các hạt dưới sàng No.40 và dùng biểu đồ dẻo để phân loại đất (GM, SM,

GC, SC, GM-GC hoặc SM-SC)

3 Nếu là đất hạt mịn:

a Xác định các giá trị giới hạn Artterberg của các hạt dưới sàng No.40, nếu giới hạn chảy

LL nhỏ hơn 50% thì đất được phân loại thấp (L) và nếu giới hạn chảy LL lớn hơn 50% thì đất được phân loại cao (H)

b Đối với đất thuộc phân loại L: nếu các giá trị giới hạn nằm phía dưới đường thẳng A và

36

thay đổi của giới hạn chảy và giới hạn dẻo khi mẫu đất được sấy khô Trong trường hợp này đất được phân thành nhóm hữu cơ (OL) hoặc nhóm vô cơ (ML) Nếu các giá trị giới hạn nằm trong vùng gạch chéo, đất sẽ được phân thành nhóm CL-ML Còn khi các giá trị giới hạn nằm phía trên đường thẳng A và vùng gạch chéo thì chúng được phân thành nhóm CL

c Đối với đất thuộc phân loại H: nếu các giá trị giới hạn nằm phía dưới đường thẳng A thì chúng được phân thành nhóm hữu cơ (OH) hoặc nhóm vô cơ (MH) Khi các giá trị giới hạn nằm phía trên đường thẳng A thì chúng được phân thành nhóm CH

d Khi các giá trị giới hạn nằm trong vùng gạch chéo và gần với đường thẳng A hoặc gần với đường thẳng LL = 50% thì ta sử dụng các ký hiệu ghép đôi như trên hình 3.3

vi điện tử.Những tinh thể riêng lẻ trông giống như các bản mỏng hoặc các đám bông nhỏ và từ các nghiên cứu nhiễu xạ tia X, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng, các đám bông này bao gồm nhiều lớp tinh thể với cấu trúc nguyên tử lặp lại Trên thực tế, chỉ có hai lớp tinh thể cơ bản đó là các khối tứ diện silic và các khối bát diện alumin Sự khác nhau trong việc sắp xếp các lớp tinh thể

cùng với liên kết và các ion kim loại ở các nút mạng không giống nhau sẽ tạo ra các khoáng vật sét khác nhau

Về cơ bản, các lớp tinh thể có hình khối tứ diện là sự kết hợp các đơn vị tứ diện oxit silic đơn vị - được tạo lên từ 4 nguyên tử oxi ở các góc và bao quanh một nguyên tử silic Hình 4.1a cho thấy khối tứ diện oxit silic đơn, hình 4.1b cho thấy các nguyên tử oxi của các khối tứ diện kết hợp với nhau tạo ra lớp tinh thể Các nguyên tử oxi ở mặt đáy của mỗi khối tứ diện thì cùng nằm trên một mặt phẳng, còn các nguyên tử oxi khác đều hướng về cùng một phía Hình 4.1c là sơ đồ thông dụng biểu diễn một lớp khối tứ diện Nhìn từ trên xuống, lớp oxit silic cho thấy các nguyên

tử oxi ở mặt đáy của các khối tứ diện liên kết với các khối tứ diện khác như thế nào và các nguyên tử silic được liên kết như thế nào ở hình 4.1d Lưu ý với các lỗ 6 cạnh của lớp tinh thể

Các lớp bát diện là sự kết hợp của các khối bát diện đơn vị bao gồm 6 nguyên tử oxi hoặc hydroxin bao quanh 1 nguyên tử nhôm, sắt, magie hoặc một nguyên tử nào đó Một khối bát diện riêng lẻ được minh họa ở hình 4.2a, trong khi hình 4.2b cho thấy các khối bát diện kết hợp với nhau tạo thành lớp bát diện.Dãy các nguyên tử oxi hoặc hydroxin trong lớp bát diện nằm trong 2 mặt phẳng Hình 4.2c là sơ đồ biểu diễn lớp bát diện chúng ta sẽ sử dụng sau này Hình 4.2d cho thấy, khi nhìn từ trên xuống các nguyên tử khác nhau kết hợp và liên kết với nhau như thế nào

Nguyên tử ôxy ở mặt phẳng silic phía trên Nguyên tử Silic

Nguyên tử ôxy liên kết để tạo thành mạng tinh thể

Sơ họa khối tứ diện silica

Sơ họa chuỗi vòng silica (2 chiều) và minh họa các liên kết từ nguyên tử silic tới các nguyên tử ôxy ở mặt dưới (liên kết thứ 4 của mỗi nguyên tử silic vuông góc với mặt phẳng giấy)

Hình 4.1 (a) Khối tứ diện silic (theo Grim, 1959), (b) Chuỗi tứ diện hay lớp silic (theo Grim, 1959), (c) Giản đồ biểu diễn của lớp silic (theo Lambe, 1953), (d) Hình chiếu bằng của lớp silic (theo Warshaw

và Roy, 1961)

38

Sự thay thế các cation khác nhau trong lớp bát diện xảy ra tương đối phổ biến và sẽ tạo ra các khoáng vật sét khác nhau Vì các ion được thay thế có cùng kích thước hình học nên sự thay thế như thế gọi là thay thế đồng hình Đôi khi không phải tất cả các khối bát diện đều chứa một cation, kết quả là chúng tạo ra các kiến trúc kết tinh không giống nhau với các tính chất vật lý khác nhau chút ít và tạo ra các khoáng vật sét khác nhau Nếu tất cả các anion của các lớp bát diện là hydroxin và 2/3 các vị trí catrion này được lấp đầy bởi nhôm, thì sẽ có khoáng vật gibbsit còn nếu magie thay thế các nguyên tử nhôm trong lớp bát diện và lấp đầy vị trí các cation, thì tạo thành là khoáng vật bruxit Sự biến đổi trong kết cấu của lớp cơ bản tạo ra nhiều khoáng vật sét khác nhau Tất cả các khoáng vật sét bao gồm 2 lớp cơ bản được sắp xếp với nhau theo các cách thức duy nhất nhất định và với các cation xác định trong các lớp bát diện và tứ diện Với mục đích xây dựng, chúng ta thường mô tả một số khoáng vật sét chủ yếu thường gặp trong các loại đất sét

Nguyên tử Hydroxyn ở mặt phẳng phía trên

Nguyên tử Al Các vị trí tám mặt khuyết thiếu (sẽ được lấp đầy trong lớp bruxit)

Nguyên tử Hydroxyn ở mặt phẳng thấp hơn

Sơ họa các mặt bát diện alumina song song với các mặt hydroxyl thấp hơn

Sơ họa các mặt bát diện alumin khuyết thiếu song song với các mặt hydroxyn thấp hơn

Các liên kết từ nguyên tử Al tới các nguyên tử hydroxyn (mỗi nguyên tử Al

có 6 liên kết)

Hình 4.2 (a) Khối bát diện Al hoặc Mg (theo Grim, 1959), (b) Chuỗi

tứ diện hay lớp alumina (theo Grim, 1959), (c) Giản đồ biểu diễn của lớp Al hoặc Mg (theo Lambe, 1953), (d) Hình chiếu bằng của lớp bát diện (theo Warshaw và Roy, 1961)

4.3 Nhận dạng khoáng vật sét

Do các khoáng vật sét thường rất nhỏ, việc nhận dạng chúng bằng các kỹ thuật quang học trong khoáng vật học thông thường không giải quyết được, cần phải có phương pháp khác để xác định chúng Từ các kiến thức đã học trong vật liệu xâu dựng, chúng ta biết rằng đặc tính cá biệt hoặc lặp lại của cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu sẽ làm nhiễu xạ tia X Các khoáng vật khác nhau có cấu trúc mạng tinh thể khác nhau sẽ có kiểu dáng nhiễu xạ khác nhau và dựa vào đó, khoáng vật sẽ được xác định Kiểu nhiễu xạ của các khoáng vật đã biết sẽ được xuất bản và căn

cứ vào đó để so sánh với các khoáng vật chưa biết Nhưng vấn đề rắc rối gặp phải là với những loại đất là hỗn hợp các khoáng vật sét, đất có chứa hữu cơ và chứa các thành phần không thuộc nhóm khoáng vật sét hoặc đất có các lớp khoáng vật xáo trộn lẫn nhau Trong trường hợp này, việc phân tích chi tiết hàm lượng từng khoáng vật là không thể, chỉ có thể chỉ ra tương đối bao nhiêu khoáng vật có mặt trong đất và mỗi loại chiếm bao nhiêu phần trăm

Một phương pháp khác được dùng để xác định các khoáng vật sét là phương pháp DTA (differential thermal analysis) Một mẫu đất cần được xác định được đưa vào lò sấy điện ở nhiệt

độ khoảng vài trăm độ C với một chất hóa học trơ, sự thay đổi diễn ra do cấu trúc mạng tinh thể các khoáng vật sét Sự thay đổi đó ở nhiệt độ nào đó được ghi lại và nó đặc trưng cho từng khoáng vật, đây sẽ là cơ sở để so sánh với các khoáng vật đã biết

Kính hiển vi điện tử loại truyền dữ liệu hoặc chụp đều có thể sử dụng để xác định các khoáng vật sét trong mẫu đất nhưng đây là quá trình phức tạp và tính định lượng không cao

GS Casagrande có cách tiếp cận đơn giản sử dụng giới hạn Atterberg Mục 2.8 đã cho thấy hoạt tính có liên quan với đất sét hoạt động hay không hoạt động Khoáng vật monmorilonit

sẽ hoạt động mạnh vì có kích thước nhỏ và có chỉ số dẻo lớn Sử dụng biểu đồ dẻo của Casagrande (hình 3.2) chúng ta có thể thu nhận được nhiều thông tin phục vụ cho xây dựng, như khi dùng phương pháp nhiễu xạ phức tạp hoặc phương pháp phân tích DTA Trình tự chi tiết

Hình 4.14 Vị trí các khoáng vật sét thường gặp trên biểu đồ dẻo của Casagrande (phát triển từ Casagrande, 1948 và số liệu của Mitchell, 1976)

40

được thấy trong hình 4.14 Ta xác định vị trí mẫu cần xác định trên biểu đồ LL-PI và so sánh nó với vị trí các khoáng vật đã biết Nếu mẫu của bạn có giới hạn Atterberg cao hơn và nằm trên đường A, gần đường U thì nó có thể chứa nhiều khoáng vật hoạt động mạnh như monmorilonit Thậm chí, nếu đất được xác định là CL, ví dụ như sét pha (CL) có thể vị trí vẫn nằm gần đường

U, hàm lượng sét trong mẫu đất này phần lớn vẫn là khoáng vật monmorilonit Sét băng tích - hồ

ở quanh vùng Great Lakes ở Mỹ và Canada chủ yếu chứa Ilit và chúng nằm phía trên bên phải đường A Trầm tích biển vùng Scandinavian cũng chứa nhiều Ilit nên cũng nằm ở vị trí tương tự Khoáng vật Kaolinits thuộc nhóm các khoáng vật hoạt động kém và thường nằm dưới đường A trên biểu đồ Mặc dù chúng là những loại khoáng vật có liên quan nhiều tới công tác xây dựng, chúng có các đặc tính tương tự các vật liệu ML-MH

4.4 Tỷ diện tích bề mặt

Tỷ diện tích bề mặt là tỷ số của diện tích bề mặt của đất đá với thể tích hay khối lượng của chúng Giá trị này được xác định như sau: tỷ diện tích thể tích = diện tích bề mặt/thể tích (4.1) Ý nghĩa vật lý của đại lượng này được minh họa bằng hình lập phương có các cạnh 1x1x1cm

Tỷ diện tích

Nếu mỗi cạnh có chiều dài 1mm, tỷ số này sẽ là:

Nếu mỗi cạnh có chiều dài 1μm, tỷ số này sẽ là:

Các ví dụ trên đã chỉ ra rằng, các hạt có đường kính lớn thì có tỷ diện tích nhỏ hơn và ngược lại, các hạt có đường kính nhỏ thì có tỷ diện tích lớn hơn Để xác định tỷ diện tích theo khối lượng phải chia giá trị thể tích cho dung trọng khối lượng p nên đơn vị có thể là m2/g hoặc

m2/kg

Nếu nước có mặt chỉ đủ để làm ẩm ướt bề mặt các khối lập phương trong các ví dụ trên,

sẽ cần khoảng 10 lần lượng nước để làm ướt bề mặt các hạt có kích thước 1mm so với các hạt có kích thước 1cm Nếu chúng ta cố gắng để tách nước ra khỏi bề mặt các hạt đất thì với các hạt nhỏ (1mm) lượng nước đó sẽ lớn hơn 10 lần các hạt lớn (1cm)

Tỷ diện tích tỷ lệ nghịch với đường kính các hạt đất Thực tế chúng ta không thể xác định giá trị này được vì hình dạng các hạt đất không giống nhau, nhưng rõ ràng khối đất được tạo bởi nhiều hạt nhỏ thì sẽ có tỷ diện tích lớn hơn các loại đất tạo bởi các hạt có kích thước lớn

Từ khái niệm tỷ diện tích, chúng ta thấy rằng, đất hạt nhỏ có độ ẩm cao hơn đất hạt lớn (hạt thô) cho dù các thông số khác như: độ lỗ rỗng, cấu trúc đất có thể như nhau