Bài giảng địa kỹ thuật chương 2 3

Bảng 2-2 Kết cấu và các đặc tính khác của các loại đấtTương đối không quan trọng Tương đối không quan trọng Quan trọng Ảnh hưởng của kích thước hạt đến tính chất xây dựng Rất quan trọng

CHƯƠNG 3 TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

1.1.2 Các định nghĩa cơ bản và quan hệ

giữa các pha tạo thành đất.

Vt = Vs + Vv

Tồn tại trong lỗrỗng của đất

V s

(2-6) Khối lượng riêng nước

(2-7) (Thường lấy bằng 1T/m3)

% 100 M

Khối lượng riêng khô

(2-8).

Khối lượng riêng bão hoà

(2-9).

(Va= 0, S=100%) Khối lượng riêng đẩy nổi

Bảng 2-1 Các giá trị khối lượng riêng của một số loại

đất thông thường

0.3 – 0.8 0.5 – 1.5

1.3 – 1.8 Bùn sét hữu

cơ

0.0 – 0.1 0.1 – 0.3

1.0 – 1.1 Than bùn

0.9 – 1.2 1.5 – 2.0

1.9 – 2.2

Đá dăm

1.1 – 1.4 1.7 – 2.3

2.1 – 2.4 Sét tảng do

băng

0.4 – 1.1 0.6 – 1.8

1.4 – 2.1 Bụi sét

1.0 – 1.3 1.5 – 2.3

1.9 – 2.4 Cát và cuội

Yêu cầu: Xác định ρd (khối lượng riêng khô), e (hệ

số rỗng), n (độ rỗng), S (độ bão hoà) và ρsat (khối

lượng riêng bão hoà).

(Vẽ sơ đồ 3 thể và dựa vào công thức định

nghĩa để giải)

1.2 Kết cấu đất, xác định thành phần hạt 1.2.1 Kết cấu của đất.

Kết cấu của đất là các biểu hiện bên ngoài của đất, phụ thuộc vào kích thước tương đối và hình dạng hạt cũng như độ lớn hay sự phân bố của các hạt

Kết cấu đất, đặc biệt là của kết cấu đất hạt thô,

có một vài liên quan đến tính chất xây dựng của

nó

Theo kết cấu, đất được chia thành đất hạt thô

và đất hạt mịn ( Hạt thô là những hạt có thể nhìn thấy bằng mắt thường d>0.05 mm)

Kết cấu và các đặc tính khác của các loại đất được trình bày trong bảng 2-2

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

Tương đối không quan trọng

Tương đối không quan trọng

Quan trọng Ảnh hưởng của

kích thước hạt

đến tính chất

xây dựng

Rất quan trọng Quan trọng

Không quan trọng (Trừ trường hợp vật liệu rời bão hoà chịu tác dụng tải trọng động)

Không dính Không dẻo Rời rạc

Không dính Không dẻo Rời rạc Đặc tính

Hạt nhỏ, mịn không thể phân biệt bằng mắt thường

Hạt nhỏ, mịn khó phân biệt bằng mắt thường

Hạt thô, có thể nhìn các hạt bằng mắt thường Kích thước hạt

Sét Bụi

Cuội sỏi, cát

Kích thước hạt (đặc biệt là hạt thô) ⇒ ảnh

hưởng nhiều đến tính chất của đất.

Kích cỡ hạt phân bố trong phạm vi rất lớn Xác định thành phần hạt (phân tích cơ học)

để có phân bố kích cỡ hạt.

Dùng phương pháp rây

(Với hạt có d > 0,05) Đường kính hạt ⇒ Đường kính tương

đương Các hạt có đường kính nhỏ hơn và bằng 0,05 dùng phương pháp tỷ trọng kế.

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

quân đội Hoa Kì, 1960 ) M.I.T – Viện Công nghệ Masachusett (Taylor, 1948) Bảng 2-3 Các cỡ rây tiêu chuẩn Mỹ và kích cỡ lỗ tương ứng

0.075 200

0.106 140

0.15 100

0.25 60

0.425 40

0.85 20

2.00 10

4.75 4

(mm)

Số rây

Lỗ rây Tiêu chuẩn Mỹ

Hình 2.4 Phân bố kích cỡ hạt tiêu chuẩn

?;

D D

D D

hưởng đến tính chất xây dựng của đất cũng như sự

phân bố kích thước hạt Đất hạt thô nói chung được

phân loại theo hình dạng như trên Hình 2.5.

Đất hạt mịn, hình dạng hạt ít ảnh hưởng đến tính

chất xây dựng của đất mà đường kính hạt và thành

phần khoáng vật vủa hạt mới quyết định thính chất

của nó.

Hình 2.5: Hình dạng đặc thù của các hạt thô lớn (Hình

chụp của M Surendra)

1.2.6 Giới hạn Atterberq và chỉ số độ chặt

Nước trong đất có ảnh hưởng đặc biệt đến

ứng xử của đất trong hạt mịn.

Atterberq là nhầ thổ nhưỡng người Thụy

Điển – Phát hiện ra ít nhất hai tham số để xác

định độ dẻo của đất dính.

Giới hạn chảy (LL – Liquid Limit).

Giới hạn dẻo (PL – Plastic Limit).

Chỉ số dẻo – Là phạm vi độ ẩm khi đất ở trạng

thái dẻo – Dùng để phân loại đất dính.

Giải thích hình 2-6

Cách xác định LL (Theo casagrande) Phương pháp thả chùy vaxiliep.

Nếu dây nhỏ hơn → Đất quá ướt.

Nếu dây đứt trước khi d = 3mm → Đất quá

khô

(Giải thích hình 2-8d)

Chỉ số dẻo PI

(Dùng phân loại đất hạt mịn) Chỉ số chảy LI

PL LL

1.3 phân loại đất.

1.3.1 Mục đích phân loại đất.

Đưa ra một “ngôn ngữ” chung để trao đổi vμ

học hỏi kinh nghiệm lẫn nhau giữa các nhμ khoa

học.

Giúp cho các kỹ sư xây dựng hiểu được một

cách tương đối các đặc trưng vμ sự “ứng sử” của

đất trong quá trình xây dựng

1.3.2 Vai trò của hệ thống phân loại đất trong ĐKT.

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

(đường cao tốc, sõn bay, nền múng, đờ đập, vv)

1.3.2 Vai trò của hệ thống phân loại đất trong ĐKT.

Lμ một “ngôn ngữ” để trao đổi giữa những nhμ 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 mμ còn giúp cho các nhμ khoa học có

thể học hỏi lẫn nhau.

Giữa tính chất của đất vμ hệ thống phân loại có một

mối liên hệ mật thiết với nhau, vì vậy khi biết cách

phân loại đất người kỹ sư đã hiểu được một cách

tương tối các đặc trưng vμ sự “ứng sử” của đất trong

quá trình xây dựng.

Hiện nay trên thế giới sử dụng nhiều hệ thống

phân loại đất khác nhau Sau đây sẽ giới thiệu một

vμi hệ thống phân loại đất được sử dụng rộng rãi ở

Vì vậy USCR dựa vào kết quả phân tích hạt và các chỉ tiêu giới hạn Atterberg để phân loại.

2) Nội dung của hệ thống phân loại USCR.

Bảng 3.1 đưa ra bốn nhúm đất chớnh gồm: hạt thụ, hạt mịn, đất hữu cơ và bựn Việc phõn loại được thực hiện bằng cỏch cho mẫu đất qua sàng 75mm, kết quả thớ nghiệm được biểu diễn trờn hệ toạ độ log hoặc dựng bảng biểu Việc phõn 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 tờn gọi của loại đất tương ứng trong bảng 3.2.

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

> 300 mm

Từ 75 mm đến 300 mm

Từ 75 mm đến sàng No.4 (4.75 mm)

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.4 (4.75 mm) tới sàng No.10 (2.0 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)

Khụng Khụng G

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

(Tiếp theo)

Ký hiệu giới hạn chảy

Cao LL, H Thấp LL, L

Ký hiệu phõn loại cấp phối

Phõn cấp đều, W Phõn cấp khụng đều, P

Kớch thước hạt nhỏ hơn kớch thước mắt sàng No.200 (0.075 mm) (Khụng cú kớch thước hạt cụ thể - sử dụng giới hạn Atterberg)

(Khụng cú kớch thước hạt cụ thể - sử dụng giới hạn Atterberg)

(Khụng cú kớch thước hạt cụ thể) (Khụng cú kớch thước hạt cụ thể)

M C O

Pt

(2) Đất hạt mịn Hạt mịn Hạt bột, phự sa Hạt sột

(3)Đất hữu cơ (4) Than bựn

Kớch cỡ hạt

Ký hiệu Hạt và nhúm hạt

1.3.3 Hệ thống phân loại đất thống nhất (USCS).

Bảng 3-2: Hệ thống phõn loại đất USCS

1.3.3 Hệ thống phân loại đất thống nhất (USCS).

Bảng 3-2: Hệ thống phõn loại đất USCS (Tiếp theo)

1.3.3 Hệ thống phân loại đất thống nhất (USCS).

Đất hạt thụ được phõn chia thành sỏi, sỏi pha,

cỏt và cỏt pha

Để đỏnh giỏ chất lượng cấp phối của sỏi và đất

cỏt, ta xỏc định hệ số hạt khụng đều hạt Cu và hệ

số cong Cc từ đường cong cấp phối Cỏc hệ số

này đó được định nghĩa ở chương 2:

2 30

1.3.3 Hệ thống phân loại đất thống nhất (USCS).

Trờn hỡnh 3.2, Casagrande (1948) dựng đường thẳng A để phõn loại đất hạt mịn Nhúm hạt bụi cú giới hạn chảy (LL) và chỉ số dẻo (PI) nằm phớa dưới đường thẳng A, cũn nhúm đất sột cú giới hạn chảy (LL) và chỉ số dẻo (PI) nằm phớa trờn đường thẳng A Đất sột hữu cơ (OL và OH) cũng nằm phớa dưới đường thẳng A vỡ chỳng cú tớnh chất tương tự như cỏc loại đất cú tớnh dẻo thấp Ngoài

ra, dựa vào giới hạn chảy, hạt bụi, sột và sột hữu

cơ được phõn thành giới hạn chảy cao ( nếu LL > 50%) và giới hạn chảy thấp (nếu LL < 50%) Cỏc loại đất đại diện cho đất hạt mịn được miờu tả trờn hỡnh 3.2

(Tham khảo thờm từ trang 74 đến trang 80 của giảo trỡnh Giới thiệu về Địa kỹ thuật)

1.3.3 Hệ thống phân loại đất thống nhất (USCS).

Trỡnh tự cỏc bước phõn loại đất theo hệ thống USCS được

thực hiện như sau:

1 Xỏc định đất thuộc nhúm hạt thụ, hạt mịn hay đất hữu cơ bằng mắt

thường hay dựa vào kết quả phõn tớch hạt qua sàng No.200

2 Nếu là đất hạt thụ:

a Thực hiện thớ nghiệm phõn tớch hạt và vẽ đường cong cấp phối

Xỏc định lượng chứa cỏc hạt dưới sàng No.4, đất được phõn loại là

sỏi nếu lượng chứa cỏc hạt trờn sàng No.4 lớn hơn và được phõn

loại là cỏt nếu lượng chứa cỏc hạt dưới sàng No.4 lớn hơn

b Xỏc định lượng chứa cỏc hạt dưới sàng No.200, nếu cú giỏ trị <

5% thỡ dựa vào hỡnh dạng của đường cong để phõn loại đất thành

GW hay SW ( cấp phối tốt) và GP hay SP (cấp phối khụng tốt)

c Nếu lượng chứa cỏc hạt dưới sàng No.200 cú giỏ trị trong

khoảng 5% đến 12% thỡ đất được coi là ở giữa ranh giới 2 nhúm và

sẽ cú cỏc ký hiệu ghộp đụi tuỳ thuộc vào chất lượng cấp phối hay

tớnh dẻo của đất (GW-GM, SW-SM )

d Nếu lượng chứa cỏc hạt dưới sàng No.200 cú giỏ trị > 12% thỡ ta

xỏc định cỏc giỏ trị giới hạn Atterberg của cỏc hạt dưới sàng No.40

và dựng biểu đồ dẻo để phõn loại đất (GM, SM, GC, SC, GM-GC

LL lớn hơn 50% thỡ đất được phõn loại cao (H).

b Đối với đất thuộc phõn loại L: nếu cỏc giỏ trị giới hạn nằm phớa dưới đường thẳng A và vựng gạch chộo trong biểu đồ dẻo thỡ chỳng được xỏc định bằng màu sắc, mựi vị hoặc bằng sự thay đổi của giới hạn chảy và giới hạn dẻo khi mẫu đất được sấy khụ Trong trường hợp này đất được phõn thành nhúm hữu

cơ (OL) hoặc nhúm vụ cơ (ML) Nếu cỏc giỏ trị giới hạn nằm trong vựng gạch chộo, đất sẽ được phõn thành nhúm CL-ML Cũn khi cỏc giỏ trị giới hạn nằm phớa trờn đường thẳng A và vựng gạch chộo thỡ chỳng được phõn thành nhúm CL.

c Đối với đất thuộc phõn loại H: nếu cỏc giỏ trị giới hạn nằm phớa dưới đường thẳng A thỡ chỳng được phõn thành nhúm hữu cơ (OH) hoặc nhúm vụ cơ (MH) Khi cỏc giỏ trị giới hạn nằm phớa trờn đường thẳng A thỡ chỳng được phõn thành nhúm CH.

d Khi cỏc giỏ trị giới hạn nằm trong vựng gạch chộo và gần với đường thẳng A hoặc gần với đường thẳng LL = 50% thỡ ta sử dụng cỏc ký hiệu ghộp đụi như trờn hỡnh 3.3 (Tr 80)

Mặc dự hệ thống USCS sử dụng cỏc ký hiệu thuận tiện, nhưng nú khụng phản ỏnh đầy đủ tớnh chất của đất Vỡ vậy, nờn dựng cỏc thuật ngữ miờu tả kết hợp với cỏc ký hiệu để phõn loại đất một cỏch chớnh xỏc ( Tham khảo thờm Bảng 3-4 (Tr 83)

1.3.4 Hệ thống phân loại đất AASHTO.

Trong những năm 20 của thế kỷ trước, Cục đường bộ Mỹ đó chỉ đạo

thực hiện nghiờn cứu mở rộng về ứng dụng của đất trong xõy dựng

đường giao thụng Từ những kết quả của nghiờn cứu, Hogentogler và

Terzaghi (1929) đó phỏt triển hệ thống phõn loại đường bộ này Ban đầu,

hệ thống phõn loại dựa vào đặc tớnh ổn định của đất khi sử dụng làm bề

mặt đường giao thụng hoặc kết hợp với việc rải thờm lớp asphalt mỏng

trờn bề mặt Sau đú, hệ thống đó được chỉnh sửa nhiều lần kể từ 1929

tới 1945 và cuối cựng trở thành hệ thống phõn loại AASHTO (1978) Khả

năng ứng dụng của hệ thống phõn loại đó được mở rộngđể xỏc định

chất lượng tương đối của đất cho một số lĩnh vực khỏc cú liờn quannhư

đờ, nền đường, nền múng Nhưng cần chỳ ý đến những mục đớch cơ bản

khi sử dụng hệ thống phõn loại này trong thực tế

Tờn nhúm hạt phõn loại theo hệ thống AASHTO được đưa ra trong

bảng 3-5 Đỏ tảng cần được loại trừ khỏi mẫu đất khi phõn loại, nhưng

theo hệ thống USCS thỡ phải kể đến lượng chứa đỏ tảng Hạt mịn được

phõn loại là hạt bụi nếu chỉ số dẻo PI nhỏ hơn 10 và là sột nếu PI lớn hơn

10

Hệ thống AASHTO phõn loại đất thành 8 nhúm chớnh từ 1 đến

A-8, trong đú gồm cú vài nhúm tiểu nhúm Cỏc đất trong mỗi nhúm được

đỏnh giỏ theo chỉ số nhúm, chỉ số nhúm được tớnh toỏn bằng cỏc cụng

thức thực nghiờm Ở đõy, ta chỉ cần sử dụng thớ nghiệm phõn tớch hạt và

xỏc định cỏc giới hạn Atterberg Bảng 3-6 minh hoạ hệ thống phõn loại

AASHTO sử dụng hiện nay (1978)

1.3.4 Hệ thống phân loại đất AASHTO.

Bảng 3-5 Phõn chia nhúm hạt sỏi, cỏt và sột bụi theo

hệ thống AASHTO

Nhỏ hơn 0.075 mm (No.200)Bụi-sột (bao gồm bụi và

sột)

Từ sàng No.40 (0.425 mm) đếnsàng No.200 (0.075mm)

Cỏt mịn

Từ sàng No.10 (2.0 mm) đến sàngNo.40 (0.425mm)

Cỏt thụ

Từ 75 mm tới sàng No.10 (2.0 mm)

1.3.4 Hệ thống phân loại đất AASHTO.

Bảng 3-6 Phõn chia hạt và nhúm hạt theo hệ thống AASHTO

1.3.4 Hệ thống phân loại đất AASHTO.

Đất hạt thụ nằm trong phõn nhúm từ A-1 đến A-3 Đất thuộc nhúmA-1 cú hạt cấp phối tốt trong khi thuộc nhúm A-3 thỡ ngược lại Đất thuộcnhúm A-2 cũng là đất hạt thụ (nhỏ hơn 35% lượng hạt dưới sàngNo.200), nhưng cú chứa một lượng đỏng kể hạt bụi hoặc hạt sột Cỏcnhúm từ A-4 đến A-7 là cỏc đất hạt mịn, chỳng khỏc nhau cơ bản về giớihạn Atterberg Hỡnh 3.5 cú thể được dựng để xỏc định phạm vi của giớihạn chảy LL và chỉ số dẻo PI cho nhúm A-4 đến A-7 và nhúm A-2 Đấtchứa hàm lượng hữu cơ cao và bựn cú thể đưa vào nhúm A-8 trong khivới hệ thống USCS chỳng được phõn loại bằng mắt thường

Chỉ số nhúm được dựng để đỏnh giỏ cỏc loại đất trong nhúm Núđược rỳt ra từ thực tế với nhiều loại đất khỏc nhau, đặc biệt là trong việc

sử dụng đất làm nền đường Ngoài ra, chỉ số nhúm cũng cú thể xỏc định

từ cụng thức kinh nghiệm hay dựng trực tiếp phương phỏp toỏn đồ.Việc phõn loại đất theo hệ thống AASHTO khụng phức tạp Khi đó

cú cỏc số liệu cần thiết, ta chỉ cần đi từ trỏi sang phải bảng 3-6 và tỡmtờn chớnh xỏc của nhúm bằng cỏch loại trừ Theo AASHTO, tờn chớnhxỏc của đất là tờn nhúm từ trỏi qua phải đầu tiờn thoả món cỏc số liệu thớnghiệm Tờn nhúm cũng bao gồm cả chỉ số nhúm (trong dấu ngoặcđơn), như A-2-6(3), A-4(5), A-6(12), A-7-5(17), vv

Hỡnh 3.7 giỳp ta hiểu rừ hơn việc phõn loại theo hệ thống AASHTO

1.3.4 Hệ thống phân loại đất AASHTO.

Hỡnh 3.5: Phạm vi giới hạn chảy và chỉ số dẻo của nhúm A-4, A-5, A-6 và A-7

1.3.4 Hệ thống phân loại đất AASHTO.

So sỏnh cỏc hệ thống phõn loại USCS và AASHTO

Cú thể hiểu được một số điểm khỏc biệt lớn giữa 2 hệ thốngphõn loại USCS và AASHTO là do sự khỏc nhau về lịch sử vàmục đớch phõn loại So sỏnh bảng 3-1 và bảng 3-5, ta thấy ngay

sự phõn loại khỏc nhau cho đất hạt thụ Sự khỏc nhau cơ bảntrong phõn loại đất hạt mịn được chỉ ra trờn hỡnh 3.5 bằng cỏch

vẽ đường thẳng A và đường thẳng U lờn cựng biểu đồ LL-PI Hệthống phõn loại AASHTO (1978) cũng sử dụng biểu đồ LL-PI, nhưng chỳng ta phải quay biểu đồ đú 1 gúc 90o để dễ dàng so sỏnh với biểu đồ dẻo của Casagrande (hỡnh 3.2) Sự khỏc nhaunày là rất lớn Ngoài ra, cũn cú sự khỏc biệt lớn đú là việc dựngchỉ số dẻo PI = 10 như là một đường để phõn chia đất bụi và đấtsột Điều này gần như mang tớnh ngẫu nhiờn và khụng phản ỏnhthực tiễn tớnh chất kỹ thuật của đất hạt mịn Al-Hussaini (1977) cũng chỉ ra một số điểm khỏc nhau cơ bản của 2 hệ thống phõnloại này

Trong bảng 3-7 (Tr 120) đưa ra so sỏnh tương quan của cỏcnhúm hạt theo 2 hệ thống USCS và AASHTO

1.3.4 Hệ thống phân loại đất theo tiờu chuẩn Việt Nam.

1 Quy định chung

1.1 Tiêu chuẩn “Đất xây dựng - Phân loại” có kí hiệu là TCVN

5747: 1993, được áp dụng cho xây dựng dân dụng và công

nghiệp, giao thông, thuỷ lợi, các lĩnh vực sử dụng đất với mục đích

xây dựng công trình.Tuy nhiên, đối với từng ngành có thể xây

dựng những tiêu chuẩn riêng cho phù hợp với những đặc điểm

riêng của mình

1.2 Tiêu chuẩn này được áp dụng cho các loại đất có thể làm

nền, môi trường để phân bố công trình, hoặc vật liệu để xây dựng

công trình

1.3 Tiêu chuẩn được dùng để sắp xếp đất xây dựng thành

những nhóm có tính chất tương tự, nhằm định hướng các vấn

đề và đặc tính của đất cần phải nghiên cứu

1.4 Tiêu chuẩn này chưa hề đề cập đến đá và các loại đất đặc

biệt; cũng chưa hề đề cập đến việc phân loại đất theo các thí

nghiệm hiện trường như xuyên tĩnh, xuyên động, cắt cánh, v.v…

Phân loại đất theo các thí nghiệm kể trên được nêu trong các tiêu

chuẩn tương ứng Phân loại đá và các đất đặc biệt sẽ được soạn

thảo và ban hành sau

1.3.4 Hệ thống phân loại đất theo tiờu chuẩn Việt Nam.

2 Nguyên tắc phân loại2.1 Hệ phân loại nêu trong Tiêu chuẩn này dựa trên thành phầnhạt của đất Trình tự phân loại được thực hiện lần lượt như sau:

- Dựa trên thành phần kích thước hạt chiếm ưu thếtrong đất để phân chia nó thành hai nhóm lớn là hạt khô và hạt mịn;

- Dựa trên hàm lượng các hạt để phân chia nhóm đất hạt khôthành các phụ nhóm;

- Dựa trên các trị giới hạn chảy, giới hạn dẻo, chỉ số dẻo đểphân chia nhóm đất hạt mịn thành các phụ nhóm

2.2 Các thuật ngữ và kí hiệu tên đất, thành phần trạng thái đượcdùng thống nhất theo quy ước quốc tế

vững, được tạo ra chủ yếu từ quỏ trỡnh phong húa húa học cỏc

khoỏng vật tạo đỏ cú trước xỏc định Về mặt húa học, chỳng là cỏc

aluminosilicates ngậm nước kết hợp với cỏc ion kim loại khỏc Tất

cả cỏc khoỏng vật sột là cỏc tinh thể cỡ hạt keo, rất nhỏ chỉ nhỡn

thấy được dưới kớnh hiển vi điện tử Những tinh thể riờng lẻ trụng

giống như cỏc bản mỏng hoặc cỏc đỏm bụng nhỏ và từ cỏc nghiờn

cứu nhiễu xạ tia X, cỏc nhà khoa học đó chỉ ra rằng, cỏc đỏm bụng

này bao gồm nhiều lớp tinh thể với cấu trỳc nguyờn tử lặp lại Trờn

thực tế, chỉ cú hai lớp tinh thể cơ bản đú là cỏc khối tứ diện silic và

cỏc khối bỏt diện alumin Sự khỏc nhau trong việc sắp xếp cỏc lớp

tinh thể cựng với liờn kết và cỏc ion kim loại ở cỏc nỳt mạng khụng

giống nhau sẽ tạo ra cỏc khoỏng vật sột khỏc nhau

(SV tham khảo thờm từ trang 99 đến trang 108) (Giới thiệu

thờm một số Slides phụ nếu cú thời gian(BS8))

1.4.2 Nhận dạng khoáng vật sét.

Do cỏc khoỏng vật sột thường rất nhỏ, khụng thể nhận dạngchỳng bằng cỏc kỹ thuật quang học thụng thường, cần cú phươngphỏp khỏc để xỏc định chỳng Chỳng ta biết rằng đặc tớnh cỏ biệthoặc lặp lại của cấu trỳc mạng tinh thể của vật liệu sẽ làm nhiễu xạ tia

X Cỏc khoỏng vật khỏc nhau cú cấu trỳc mạng tinh thể khỏc nhau sẽ

cú kiểu dỏng nhiễu xạ khỏc nhau và dựa vào đú, khoỏng vật sẽ đượcxỏc định Căn cứ vào kiểu nhiễu xạ của cỏc khoỏng vật đó biết để so sỏnh tỡm ra cỏc khoỏng vật chưa biết Nhưng với những loại đất làhỗn hợp cỏc khoỏng vật sột, đất cú chứa hữu cơ và chứa cỏc thànhphần khụng thuộc nhúm khoỏng vật sột hoặc đất cú cỏc lớp khoỏngvật xỏo trộn lẫn nhau Trong trường hợp này, việc phõn tớch chi tiếthàm lượng từng khoỏng vật là khụng thể, nờn chỉ cú thể chỉ ra tươngđối bao nhiờu khoỏng vật cú mặt trong đất và mỗi loại chiếm baonhiờu phần trăm

Một phương phỏp khỏc được dựng để xỏc định cỏc khoỏng vậtsột là phương phỏp DTA (differential thermal analysis) Một mẫu đấtcần được xỏc định được đưa vào lũ sấy điện ở nhiệt độ khoảng vàitrăm độ C với một chất húa học trơ, sự thay đổi diễn ra do cấu trỳcmạng tinh thể cỏc khoỏng vật sột Sự thay đổi đú ở nhiệt độ nào đúđược ghi lại và nú đặc trưng cho từng khoỏng vật, đõy sẽ là cơ sở để

so sỏnh với cỏc khoỏng vật đó biết

1.4.2 Nhận dạng kho¸ng vËt sÐt.

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 Chúng ta đã biết rằng,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 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

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

1.4.2 Nhận dạng kho¸ng vËt sÐt.

1.4.3 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

Tỷ diện tích tỷ lệ nghịch với đường kính các hạt đất Thực tếchúng ta không thể xác định giá trị này được vì hình dạng các hạtđất không giống nhau, nhưng rõ ràng khối đất được tạo bởi nhiềuhạt 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 khácnhư: độ lỗ rỗng, cấu trúc đất có thể như nhau

Trong môn học vật liệu xây dựng, tỷ diện tích là nhân tố cơbản trong quá trình thiết kế bê tông xi măng hoặc bê tôngasphalt Trong cả hai trường hợp đó cần cung cấp lượng xi mănghoặc asphalt thích hợp để bao phủ hết các bề mặt hợp thể

1.4.4 Sự tương tác giữa nước và các khoáng vật sét.

Như đã biết, nước thường không gây ra ảnh hưởng nhiều đến

đặc tính các loại đất rời Chẳng hạn, cường độ chống cắt của đất cát

trong trường hợp khô và bão hòa là xấp xỉ nhau (Trừ trường hợp

chịu tác dụng của tải trọng động)

Trong khi đó, các loại đất hạt mịn đặc biệt là đất loại sét, bị ảnh

hưởng mạnh mẽ khi nước có mặt trong lỗ rỗng của đất (Lấy ví dụ thực tế

hoặc TN xác định giới hạn Atterberg) Sự phân bố đường kính các nhóm hạt

không ảnh hưởng nhiều đến các đặc tính của đất hạt mịn

Kích thước tương đối của bốn khoáng vật sét phổ biến với tỷ

diện tích của chúng được nêu trong hình 4.15 Khoáng vật Kaolinit

có kích thước lớn nhất với bề dày khoảng 1μm, trong khi khoáng vật

monmorilonit có kích thước nhỏ nhất với bề dày chỉ khoảng vài nm

(nanometer) Với tinh thể có kích thước trung bình gọi là đường kính

(dạng tròn) nên thực tế, tỷ diện tích có thể khác biệt so với tính toán

ít nhiều Dĩ nhiên, kích thước các hạt phụ thuộc nhiều vào quá trình

phong hóa và các nhân tố khác, nhưng giá trị thường dùng là trị số

trung bình Từ đó ta thấy rằng, bề mặt hoạt động phụ thuộc vào

đường kính hạt, chẳng hạn khoáng vật monmorilonit có mức độ hoạt

động mạnh hơn khoáng vật kaolinit và tương tự như vậy, bề mặt

hoạt độngcủa cát hoặc bụi gần như là bằng không

1.4.4 Sự tương tác giữa nước và các khoáng vật sét

1.4.4 Sự tương tác giữa nước và các khoáng vật sét.

Trong phần trước, ta đã xác định được độ hoạt động của sét:

A=PI/hàm lượng sét (2-24)

Với hàm lượng sét là phần trăm các hạt sét có đường kính nhỏ hơn 2μm.

Giữa tính hoạt động và loại khoáng vật sét có sự liên hệ chặt chẽ

với nhau Liên hệ này được trình bày trong bảng 4.1 (BS1)

Các hạt sét hầu như luôn hút nước một cách tự nhiên nên có các

lớp nước bao quanh mỗi tinh thể sét Loại nước này gọi là nước hấp

phụ

Nước hấp phụ trên bề mặt các hạt sét như thể nào? :

+ Thứ nhất, nước là một phân tử lưỡng cực Mặc dù phân tử

nước trung hòa về điện, nó vẫn phân cực thành cực âm và cực dương

Do đó, các phân tử nước sẽ bị hút tĩnh điện lên bề mặt các hạt sét

+ Thứ hai, nước liên kết với các tinh thể hạt sét bằng mối liên kết

hydro (nguyên tử hydro của nước bị hút bởi các nguyên tử ôxi hoặc hydroxin trên bề mặt các hạt

sét)

+ Nhân tố thứ ba là bề mặt các hạt sét tích điện âm cũng hút các

cation có mặt trong nước

Lực hút của nước với bề mặt hạt sét rất lớn khi ở gần và giảm dần

khi xa bề mặt Các phân tử nước ở ngay bề mặt hạt sét bị bám rất chặt và có tính định hướng rất

cao Các đo đạc cho thấy, một số đặc tính nhiệt động và đặc tính điện của nước nằm sát bề mặt hạt sét

thì khác biệt so với nước tự do

1.4.5 Sự tương tác giữa các hạt sét.

Sự kết hợp các khoáng vật sét và các lớp nước hấp phụ trên bềmặt hạt tạo nên các đặc trưng vật lý cơ bản của cấu trúc đất Các hạtsét riêng lẻ tương tác với nhau thông qua màng nước hấp phụ baoquanh và sự có mặt của các ion khác nhau, các vật chất hữu cơ, nồng

độ khác nhau… đã tác động đến hoặc góp phần tạo ra sự đa dạng trong cấu trúc của đất trong tự nhiên Hạt sét có thể đẩy nhau, quá trình nàyphụ thuộc vào nồng độ ion, khoảng cách giữa các hạt và một số nhân tốkhác Tương tự, có sự tương tác nhất định giữa các hạt riêng lẻ do tácdụng của liên kết hydro, lực Van der Waal và một số kiểu liên kết hóahọc hoặc hữu cơ khác Lực tương tác giữa các hạt hay điện thế giảmdần từ bề mặt khoáng vật ra ngoài

Các hạt có thể bị keo tụ hoặc tách rời Chúng có thể keo tụ theomột vài cách có thể: cạnh - mặt là thông dụng nhất, ngoài ra có thể gặpcác dạng kết hợp khác như cạnh – cạnh hoặc mặt – mặt Xu hướng keo

tụ phụ thuộc vào sự gia tăng của một hoặc một số nhân tố sau: nồng độcác chất điện phân, hóa trị của các ion, nhiệt độ Hoặc giảm một hoặcmột số các nhân tố sau: hằng số điện môi của chất lỏng trong lỗ rỗngcủa đất, kích thước của các ion hydrat, pH, hấp phụ anion

Tất cả các loại đất sét tự nhiên đều kết tủa (keo tụ) với mức độ nào

đó Chỉ trong các dung dịch rất loãng các hạt sét có thể dưới dạng phântán

1.4.6 Cấu tạo và kết cấu của đất

Trong địa kỹ thuật công trình ứng dụng, cấu tạo của đất

vừa có nghĩa là sự sắp xếp của các hạt đất hoặc các hạt

khoáng vật, vừa có nghĩa là lực tương tác có thể xuất hiện

giữa các hạt Kết cấu của đất chỉ đề cập sự sắp xếp về mặt

hình học giữa các hạt Với các loại đất hạt rời, lực tương tác

giữa các hạt rất bé, vì vậy cấu tạo và kết cấu của cuội sỏi, cát

… gần như giống nhau Ngược lại, với đất dính hạt mịn lực

tương tác giữa các hạt lại tương đối lớn, dẫn đến cả lực tương

tác và kết cấu của các loại đất này phải được coi như cấu tạo

của đất Do đó, cấu tạo đất ảnh hưởng lớn hay có thể nói là

quyết định đặc tính xây dựng của đất Tất cả các cấu tạo sét

hình thành trong tự nhiên là kết quả của sự kết hợp giữa các

yếu tố: Môi trường địa chất tại nơi lắng đọng, lịch sử địa chất,

lịch sử chất tải và đặc tính của khoáng vật sét.Việc mô tả đầy

đủ về cấu tạo của một loại đất dính hạt mịn là rất khó khăn, vì

không thể đo đạc trực tiếp được trường lực bao quanh các hạt

sét, nên phần lớn các nghiên cứu về kết cấu đất dính chỉ liên

quan đến cấu tạo của những loại đất này và thực hiện các suy

luận về lực tương tác giữa các hạt

1.4.7 Kết cấu đất dính

Sự phân loại kết cấu đất dính thành các nhóm đơn giản chỉ dựa theo một số các hạt sét là không thể làm được Các hạt đơn lẻ hoặc các đơn vị hạt riêng lẻ rất hiếm xuất hiện trong tự nhiên và chỉ tồn tại trong hệ nước-sét pha rất loãng trong các điều kiện môi trường nhất định Các nghiên cứu gần đây về các loại sét thực tế cho thấy, các loại hạt sét riêng lẻ dường như luôn bị kết tụ hay liên kết với nhau thành các đơn vị kết cấu siêu hiển vi gọi là các bó (tập hợp) – sau đó các bó tập hợp thành nhóm với nhau để thành các cụm đủ lớn để quan sát được với kính hiển vi Các cụm này sau đó lại tập hợp lại với nhau để hình thành các giỏ và thậm trí nhiều nhóm dạng giỏ Các giỏ này có thể nhìn thấy mà không cần dùng kính hiển vi

và chúng cùng với các cấu tạo vĩ mô khác ví dụ như các khe nứt… cấu tạo thành hệ thống các cấu tạo vĩ mô

Kết cấu vĩ mô, bao gồm sự sắp xếp các lớp trầm tích hạt mịn, có ảnh hưởng quan trọng đến đặc tính kỹ thuật của đất trong thực tế xây dựng Các khe nứt, kẽ rỗng, các lớp kẹp bùn, cát, phần hổng chứa rễ cây, sét dải và các “khuyết tật” khác thường quyết định đến đặc tính kỹ thuật của toàn bộ khối đất.

(BS2)

1.4.7 Kết cấu đất dính

Theo quan điểm xây dựng, kết cấu vi mô về cơ bản có vai trò

quan trọng hơn Kết cấu vi mô của sét phản ánh toàn bộ lịch sử

hình thành và lịch sử chất tải của nền đất Gần như tất cả những

tác động xảy ra với khối đất mà có ảnh hưởng đến đặc tính xây

dựng của đất thì về mức độ nào đó sẽ được ghi dấu trong kết cấu

vi mô của nó

Nghiên cứu gần đây về kết cấu vi mô của sét đã chỉ ra rằng

đơn nhân tố ảnh hưởng lớn nhất đến kết cấu cuối cùng của một

loại sét nào đó là môi trường điện hóa tại thời điểm chìm lắng

Các kết cấu bông hay kết tụ có thể hình thành trong suốt quá trình

lắng đọng ở gần như tất cả các môi trường trầm tích, như đại

dương, nước lợ, hay nước ngọt (BS2)

Tóm lại, kết cấu của phần lớn các loại đất sét trong tự nhiên

rất phức tạp Đặc tính kỹ thuật của chúng chịu ảnh hưởng rất lớn

bởi cả kết cấu vĩ mô và vi mô Hiện tại, không có liên hệ về định

lượng tồn tại giữa kết cấu vi mô và các đặc tính xây dựng, nhưng

có một sự đánh giá về mức độ phức tạp về kết cấu của các loại

đất dính và mối liên hệ giữa chúng với đặc tính kỹ thuật của đất sẽ

rất quan trọng cho người kỹ sư

1.4.8 Kết cấu đất không dính

Các hạt của đất mà có thể lắng chìm trong một chất lỏng huyền phùcủa đất một cách độc lập với các loại hạt khác sẽ tạo thành một loại kiếntrúc được gọi là kiến trúc hạt đơn

Kết cấu hạt đơn, có thể “xốp” hay “chặt”, hiện tượng này của khối đấttrong thiên nhiên có ảnh hưởng rất lớn đến đặc tính kỹ thuật của nó Dưới một số điều kiện chìm lắng với vật liệu rời có thể tạo thành kếtcấu tổ ong, đây là kết cấu có độ lỗ rỗng rất lớn, có tính “giả bền” Các vòmhạt có thể chịu được tĩnh tải, nhưng kết cấu lại nhạy cảm với sự phá hoạikhi chịu rung động hay tải trọng động

Dung trọng tương đối Drhay còn gọi là chỉ số chặt ID, được sử dụng để

so sánh hệ số rỗng e của một loại đất cho trước với hệ số rỗng lớn nhất vànhỏ nhất và được xác định theo:

(4-2)Dung trọng tương đối cũng có thể được trình bày theo mối quan hệ với

độ chặt lớn nhất và độ chặt nhỏ nhất như sau

1.4.8 Kết cấu đất khụng dớnh

Độ chặt tương đối của khối đất trong thiờn nhiờn cú ảnh

hưởng rất lớn đến đặc tớnh kỹ thuật của nú Do đú, cần thiết phải

tiến hành cỏc thớ nghiệm trong phũng với cỏc mẫu cỏt cú cựng độ

chặt tương đối như ngoài hiện trường Việc lấy cỏc mẫu đất hạt

thụ, đặc biệt với mẫu ở chiều sõu hơn vài một là rất khú khăn, do

vật liệu rất nhạy cảm với ngay cả cỏc rung động nhỏ nhất, nờn

khụng thể chắc chắn rằng mẫu thử cú cựng độ chặt như ngoài tự

nhiờn Vỡ vậy nhiều loại xuyờn kế khỏc nhau được sử dụng trong

thực tế xõy dựng, giỏ trị sức khỏng xuyờn được lấy xấp xỉ tương

quan với giỏ trị tương quan độ chặt tương đối Với cỏc khối đất ở

nụng, cú thể tiếp cận trực tiếp, cú thể dựng cỏc phương phỏp khỏc

để xỏc định độ chặt tại hiện trường

Cần lưu ý rằng, độ chặt tương đối khụng phải là yếu tố duy

nhất phản ỏnh đặc tớnh xõy dựng của đất khụng dớnh Chẳng hạn

hai loại cỏt, cú cựng hệ số rỗng và độ chặt tương đối, nhưng cú

kết cấu khụng giống nhau, thỡ đặc tớnh kỹ thuật sẽ rất khỏc nhau

Lịch sử chất tải là một nhõn tố khỏc phải được xem xột khi tớnh

toỏn đối với cỏc loại cỏt và sỏi trong thực tiễn xõy dựng (BS3)

bμi giảng cơ học đất

chương II tính chất cơ học của đất

2.1 tính thấm nước của đất.

2.1.1 KháI niệm về dòng thấm trong đất.

Các lỗ rỗng trong đất ăn thông với nhau, tạo điều kiện

cho nước chuyển động được trong đất Tính chất nμy của

đất được gọi lμ tính thấm của đất

Tính thấm của đất đã được nghiên cứu trong môn thuỷ

lực vμ môn địa chất thuỷ văn Trong những môn học nμy

nghiên cứu dòng thấm (trong trường trọng lực) tạo ra do

độ chênh cột nước Trong môn CHĐ tính thấm nước vμ quy

luật thấm được nghiên cứu không chỉ trong trường trọng

lực mμ cả trong trường ứng suất

Dòng thấm trong đất có thể lμ dòng ổn định, hoặc

không ổn định Dòng thấm sinh ra trong trường ứng suất mμ

môn CHĐ nghiên cứu lμ dòng không ổn định trong môi

trường có lỗ rỗng thay đổi theo thời gian

(Để có cơ sở nghiên cứu về dòng thấm đề nghị SV xem lại

một số kiến thức cơ bản về động lực học dòng chảy trình bμy

trong mục 7.2 chương 7- GT Giới thiệu Địa kỹ thuật) (BS4)

2.1.2 Định luật Darcy cho dũng chảy qua mụi trường rỗng.

Năm 1856 kỹ sư thủy lực người Phỏp tờn là Darcy (D’Arcy, 1856) thụng qua cỏc thớ nghiệm đó chỉ ra rằng vận tốc chất lỏngtrong cỏt sạch tỷ lệ với gradien thủy lực : (7-2) Phương trỡnhnày thường được kết hợp với phương trỡnh liờn tục

(7-3) và định nghĩa về gradien thủy lực (7-1)

Sử dụng cỏc ký hiệu như trờn hỡnh vẽ, định luật Darcy thườngđược viết là:

i l

2.1.2 Định luật Darcy cho dòng chảy qua môi trường rỗng.

Trong phương trình (7-5) q là tổng lượng dòng chảy chảy

qua mặt cắt A, hằng số tỷ lệ k được gọi là hệ số thấm Darcy

Đơn vị thường được dùng là m/s, cm/s (BS5)

Các thí nghiệm cho thấy là phương trình 7-5 vẫn đúng cho

một phạm vi rộng các loại đất khác nhau với gradien thủy lực

kỹ thuật (BS5)

2.1.2 Định luật Darcy cho dòng chảy qua môi trường rỗng.

Hình 7.4 Độ lệch khỏi định luật Darcy được quan sát trong đất sét Thụy Điển (theo Hansbo 1960)

2.1.3 Đo hệ số thấm

Hình 7.5 Xác định hệ số thấm theo thí nghiệm (a) cột nước không

đổi, (b) cột nước giảm dần

Q - tổng thể tích nước thoát ra (m3) trong thời gian t (s)

A - diện tích mặt cắt ngang của mẫu đất (m2)

Các nhân tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm

+ Độ bão hoà của mẫu (Không khí trong mẫu không thể thoát hết rangoài)

+ Sự dịch chuyển của các hạt mịn trong mẫu+ Sự thay đổi nhiệt độ thí nghiệm

Hệ số thấm cũng có thể xác định được dựa trên các thí nghiệm nénmột hướng trong phòng (cố kết) hoặc thí nghiệm ba trục.(Vi dụ)

=

2.2 tính đầm chặt của đất.

2.2.1 Tớnh đầm chặt

Tớnh đầm chặt là quỏ trỡnh nộn chặt của đất dưới tỏc dụng của

cỏc lực cơ học Quỏ trỡnh này cũng cú thể liờn quan đến sự thay đổi

độ ẩm và cấp phối hạt của đất Đất khụng dớnh thỡ được đầm chặt

hiệu quả bởi lực rung động Đất mịn và đất dớnh cú thể được đầm

chặt trong phũng thớ nghiệm bằng bỳa hay vật nặng, hay bằng cỏc

mỏy nộn tĩnh Ngoài hiện trường, cỏc thiết bị thường được dựng như

mỏy đầm tay, mỏy đầm cúc, mỏy đầm cao su và cỏc thiết bị đầm loại

lớn khỏc

Mục đớch của việc đầm chặt nhằm gia cường cỏc tớnh chất kỹ

thuật của đất Ngoài ra chỳng cũn dẫn tới một số lợi ớch khỏc:

+ Ngăn ngừa hoặc giảm thiểu độ lỳn

+ Gia tăng cường độ chịu lực và ổn định mỏi dốc

+ Tăng cường sức chịu tải của nền

+ Cú thể được kiểm soỏt được quỏ trỡnh thay đổi thể tớch đất

được gõy ra bởi cỏc hiện tượng như đúng băng, trương nở và co

ngút

2.2.2 Nguyờn lý đầm chặt

Những nguyờn lý cơ bản của quỏ trỡnh đầm chặt ứng dụng chođất dớnh đó được Proctor đưa ra vào năm 1933 Thớ nghiệm đầm chặttiờu chuẩn trong phũng thớ nghiệm dựa theo cỏc nguyờn lý của ụngthường được gọi là thớ nghiệm Proctor

Proctor đó chứng tỏ rằng, đầm chặt là hàm của bốn tham số: (1) dung trọng khụ ρd, (2) độ ẩm w, (3) cụng đầm và (4) loại đất (cấp phốihạt, sự cú mặt của cỏc khoỏng vật sột ) Cụng đầm được đỏnh giỏbằng năng lượng cơ học tỏc dụng lờn khối đất

Ngoài hiện trường, cụng đầm được đỏnh giỏ bằng số lần dichuyển của con lăn trờn một thể tớch đất xỏc định Trong phũng thớnghiệm, cỏc phương phỏp đầm nộn hay đầm động, đầm trộn và đầmtĩnh thường được ỏp dụng Trong đú, phương phỏp đầm nộn là hay được sử dụng nhất bằng cỏch cho quả đầm rơi tự do nhiều lần lờnmẫu đất đựng trong cối đầm Khối lượng quả đầm, chiều cao rơi tự do,

số lần đầm, số lớp đất đầm và thể tớch cối đầm đều được xỏc định cụthể Vớ dụ, trong thớ nghiệm Proctor tiờu chuẩn: quả đầm cú khối lượng2,495 kg (5,5 lb), chiều cao rơi quả đầm 304,88 mm (1 ft) Đất đượcchia thành 3 lớp, số lần đầm mỗi lớp 25 và thể tớch của cối đầm xấp xỉ

1 lớt (0,944x 10-3 m3 hoặc 1/30 ft3)

2.2.2 Nguyờn lý đầm chặt

Đối với cỏc kiểu đầm chặt khỏc, việc xỏc định cụng đầm khỏ phức

tạp Trong phương phỏp đầm trộn, mỏy đầm trộn đất dưới một ỏp lực

nào đú trong khoảng thời gian rất ngắn, phương phỏp này được dựng

để mụ phỏng quỏ trỡnh đầm chặt đất bằng đầm chõn dờ và cỏc thiết bị

đầm khỏc ngoài hiện trường Cũn với phương phỏp đầm tĩnh, mẫu đất

được nộn chặt trong cối đầm dưới tỏc dụng của một lực tĩnh bằng mỏy

trong phũng thớ nghiệm

Chỳng ta cú thể ỏp dụng thớ nghiệm Proctor và cỏc thớ nghiệm

đầm nộn trong phũng thớ nghiệm để nghiờn cứu quỏ trỡnh đầm chặt

của đất dớnh Trỡnh tự như sau, tiến hành thớ nghiệm Proctor tiờu

chuẩn cho một số mẫu đất cựng loại nhưng khỏc nhau về độ ẩm Sau

đú ta xỏc định dung trọng ướt và độ ẩm thực tế của cỏc mẫu đất đó

được đầm chặt, rồi tớnh toỏn dung trọng khụ của mỗi mẫu đất theo cỏc

cụng thức đó trỡnh bày trong chương 2

Khi xỏc định được dung trọng khụ và độ ẩm tương ứng của cỏc

mẫu đất, ta biểu diễn lờn cựng hệ trục toạ độ và xỏc định được một

đường cong gọi là đường cong đầm nộn (đường cong A trờn hỡnh

5.1)

2.2.2 Nguyờn lý đầm chặt

2.2.2 Nguyên lý đầm chặt

Điểm đỉnh của đường cong đóng vai trò quan trọng Tương

ứng với giá trị lớn nhất của dung trọng khô ρd max là độ ẩm tối ưu

wopt (cũng là lượng chứa nước tối ưu, OMC) Nhưng chú ý rằng,

đó chỉ là dung trọng khô lớn nhất cho một công đầm và một

phương pháp đầm cụ thể chứ không phải là dung trọng khô lớn

nhất có thể đạt được ngoài thực tế

Vị trí chính xác của đường cong bão hoà chỉ phụ thuộc vào

trọng lượng riêng của hạt đất ρs Chú ý rằng, độ bão hoà tối ưu S

của các loại đất thông thường khoảng 75% Thậm chí khi tăng độ

ẩm trong đất thì đường cong đầm nén đều nằm phía dưới đường

bão hoà S = 100% Điều này cũng xảy ra tương tự khi ta tăng công

đầm, chẳng hạn như đường cong B trên hình 5.1 Đường cong B là

kết quả của thí nghiệm đầm nén Proctor cải tiến (AASHTO cải tiến

(1978) và ASTM (1980)) Theo kết quả thí nghiệm, khi tăng công

đầm thì dung trọng khô lớn nhất tăng lên và độ ẩm tối ưu giảm

xuống Đường thẳng đi qua các điểm đỉnh của đường cong đầm

nén với các giá trị công đầm khác nhau gần như song song với

đường cong bão hoà 100% Nó được gọi là đường tối ưu.

2.2.2 Nguyên lý đầm chặt

Tại sao các đường cong đầm nén lại có hình dạng đặc trưng ởtrên hình 5.1 và 5.2 Nếu độ ẩm trong đất nhỏ, khi ta cho thêmnước vào trong đất thì kích thước màng nước bao quanh hạt đấttăng dần lên và làm tăng kích thước hạt đất, do có màng nước bôitrơn nên các hạt đất dễ dàng di chuyển và sắp xếp lại khiến mẫuđất chặt hơn Tuy nhiên, tới một độ ẩm nào đó thì dung trọng củađất không thể tăng được nữa và nước bắt đầu thay thế vị trí củađất trong cối đầm Do ρw << ρs nên đường cong đầm nén bắt đầu

đi xuống, minh hoạ trên hình 5.3 Hãy chú ý rằng, đất không baogiờ đạt tới trạng thái bão hoà cho dù có cho thêm bao nhiêu nước

đi nữa trong quá trình đầm chặt

Những đặc trưng của đất dính trong quá trình đầm chặt đãmiêu tả ở trên xảy ra cho cả thí nghiệm đầm chặt trong phòng vàngoài hiện trường Hình dạng và vị trí các đường cong đầm nén cóthể thay đổi nhưng xu thế chung thì tương tự với kết quả đượcminh hoạ trên hình 5.4 khi đất được đầm nén dưới các điều kiệnkhác nhau Thí nghiệm Proctor tiêu chuẩn và cải tiến trong phòngđược sử dụng làm tiêu chuẩn so sánh cho quá trình đầm chặtngoài hiện trường

2.2.2 Nguyên lý đầm chặt

Hình 5.2 Quan hệ giữ độ ẩm và dung trọng khô của 8 loại đất nén theo phương

pháp thí nghiệm Proctor tiêu chuẩn (theo Johnson và Sallberg, 1960)

2.2.2 Nguyên lý đầm chặt

Hình 5.3 Quan hệ giữa độ ẩm và dung trọng cho thấy sự tăng của dung trọng khi tưới nước và đầm nén Đất là loại sét chứa bụi, LL = 37, PI =14 Đầm nén Proctor tiêu chuẩn (theo Johnson và Sallberg, 1960)