Tính chất cơ bản của đất xây dựng

Trọng lượng thể tích đẩy nổi γđn, kN/m3 Là trọng lượng của một đơn vị thể tích xác định khi đất nằm dưới mặt nước chịu tác động của lực đẩy Archimede Một mẫu đất thí nghiệm γnn > γ

Tính chất cơ bản của đất đá thường dùng trong xây dựng

 Tính chất cơ bản của đất

 Tính chất cơ bản của đá

 Một số đặc trưng của khối đá

Tính chất cơ bản của đất

tương đối các pha trong đất

Khối lượng

khí

nước

hạt

Trọng lượng thể tích của đất

1 Trọng lượng thể tích tự nhiên của đất ( γ , kN/m3)

V V

Q

Q V

V

Q Q

Q V

Q

h

n h

r h

K n

h

+

+

=+

++

Trọng lượng thể tích của đất

2 Trọng lượng thể tích khô của đất ( γc, kN/m3)

Là trọng lượng của một đơn vị đất ở trạng thái khô xác định sau khi sấy ở 1050C ± 50C cho tới trọng lượng không đổi

V

Qh

c =

γ

Trọng lượng thể tích của đất

3 Trọng lượng thể tích no nước ( γnn, kN/m3)

Là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất khi các lỗ rỗng lấp đầy nước

4 Trọng lượng thể tích đẩy nổi ( γđn, kN/m3)

Là trọng lượng của một đơn vị thể tích xác định khi đất nằm dưới

mặt nước chịu tác động của lực đẩy Archimede

Một mẫu đất thí nghiệm γnn > γ > γc > γđn

Độ rỗng và hệ số rỗng

 Độ rỗng (n, %): Là tỷ số giữa thể tích phần rỗng và thể tích toàn bộ mẫu đất, tính bằng %

 Hệ số rỗng (e): Là tỷ số giữa thể tích phần rỗng và thể tích phần

hạt của mẫu đất

% 100

+

= 1

n e

−

=

Các chỉ tiêu liên quan đến pha lỏng

1 Độ ẩm (W, %)

Là tỷ số giữa trọng lượng nước chứa trong đất và trọng lượng hạt đất

có khi mẫu được sấy khô

%100

V V

S =

Các chỉ tiêu liên quan đến pha lỏng

3 Giới hạn Atterberg

 Độ ẩm giới hạn dẻo (W P %): tương ứng với độ ẩm mà thấp hơn nó, đất

sẽ chuyển sang trạng thái cứng

 Độ ẩm giới hạn chảy (W L %): tương ứng với độ ẩm mà khi vượt qua

nó đất sẽ chuyển sang trạng thái chảy

Phương phỏp xỏc định:

-Phương phỏp xỏc định WP: Phương phỏp vờ giun

phương phỏp đĩa đập Casagrande

Phương pháp Casagrande

Phương pháp chuỳ xuyên Vaxiliev

Phương pháp vê giun

Phương pháp Casagrande

Các chỉ tiêu đặc trưng của pha rắn

 Trọng lượng riêng của đất (γs , kN/m 3 ): Là trọng lượng của một đơn vị thể tích của bản thân các hạt rắn tạo nên đất

 T tr ng c a h t đ t ( ) ỷ ọ ủ ạ ấ ∆ : Là tỷ số giữa trọng lượng riêng

của đất và trọng lượng riêng của nước

h

h s

Các chỉ tiêu đặc trưng của pha rắn

 Thành phần hạt: Còn gọi là Cấp phối (hạt) là tập hợp hàm lượng phần trăm các cỡ hạt có

trong đất so với khối lượng mẫu đất khô.

Đất là một hỗn hợp các loại hạt có hình dạng, kích thước khác nhau Các hạt gần nhau về kích thước (được đánh giá bằng

đường kính hạt) và có các đặc tính ĐCCT tương tự nhau thì được gộp chung vào một nhóm, gọi là cỡ hạt (grade or fraction)

+ Phương pháp rây + Phương pháp tỷ trọng kế

* Thành phần hạt (cấp phối hạt) của đất được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm

khối lượng của một cỡ hạt nào đó so với toàn bộ mẫu đất khô tuyệt đối.

Kích thước mắt rây theo các tiêu chuẩn có sự khác nhau.

ống

đựng huyền phù

Tỷ trọng

60 10

D x là đường kính hạt mà các hạt nhỏ hơn nó chiếm x%.

Cỏc chỉ tiờu đặc trưng của pha rắn

* Kết quả thí nghiệm : Được biểu thị trên

biểu đồ thành phần hạt (biểu đồ cấp phối

hạt) trong hệ toạ độ nửa logarít.

Vs

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100 0

20 40 60 80 100

Các chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đất

 Đối với đất rời:

Độ chặt tương đối của đất (ID):

min max

max

e e

e e

e max và e min là hệ số rỗng của đất ở trạng thái rời nhất và chặt nhất.

e là hệ số rỗng của đất ở trạng thái tự nhiên.

Độ chặt I D Trạng thái của đất Rời rạc Chặt vừa Chặt

p L

W W

W

W I

+ Đối với đất sét pha và sét:

Dẻo cứng

Dẻo chảy

Chảy

Tính chất cơ học của đất

 Tính nén lún

 Sức chống cắt

Tính chất cơ học của đất

Tính nén lún (Tính chất biến dạng)

Mẫu có chiều dày ≈ 20mm, đường kính 50-75 mm Tác dụng tải trọng bằng cách dùng các quả cân

Mẫu đất

Tải trọng

Vòng chặn

Đá thấm

 Trình tự thí nghiệm:

(1)Mẫu đất được lấy bằng dao vòng, đặt vào hộp nén

(2) Đặt hộp nén vào chính giữa khung truyền lực

(3) Tác dụng tải trọng nén bằng các quả cân, tải trọng sẽ được tăng theo từng cấp: pi

(4) Đo độ lún của mẫu đất sau mỗi cấp tải trọng: Si

(5) Có thể dỡ tải theo từng cấp

(6) Sau khi thí nghiệm xong có thể lấy mẫu đất để xác định độ

ẩm là W

Thí nghiệm nén đất ở trong phòng

o i

h

S e

biểu diễn theo e ∼ p

Định luật nén lún

12

2

12

1

p p

e

e a

1 e p

M

) ,

( 2 2

2 e p M

1

2 1 0

a a

Chú ý: nếu lấy h 1 = h 0 thì p 1 =0 (khi chưa gia tải) và p 2 =p

(cấp tải trọng cuối cùng) Kết quả công thức tính độ lún cuối cùng sẽ là:

0 1

.

.

a S

Thớ nghiệm nộn đất ở trong phũng

Nền đường

Khi phá hoại ứng suất cắt dọc theo mặt trượt ( τ ) đạt bằng với sức chống cắt (S= τf)

Mặt trượt Huy động sức chống cắt

τ

Sức chống cắt của đất

 Thí nghiệm cắt (phẳng) trực tiếp

 Thí nghiệm cắt bằng máy nén ba trục

 Thí nghiệm cắt cánh

Thí nghiệm cắt trực tiếp

Tải trọng ngangTải trọng thẳng đứng

Bi trượt

Mẫu đất

Đá thấm Tấm nén

Đo xác định : Chuyển vị tương đối theo phương ngang, dx

Chuyển vị thẳng đứng của tấm nén, dyTải trọng

ngang

Thí nghiệm cắt trực tiếp

 Bố trí thí nghiệm

 Hộp cắt gồm thớt trên và thớt dưới có đường kính

60-80mm, chiều cao 20mm Hộp cắt gắn chặt với khung có thể chuyển động trên bi trượt

 Thớt trên gắn với thiết bị đo lực cắt T bằng vòng ứng biến

để đo ứng suất cắt τ

 Thiết bị tăng tải (N) , tạo ra áp lực pháp tuyến thông qua

các quả cân

 Trình tự thí nghiệm

 Mẫu đất được đặt vào hộp cắt

 Tác dụng tải trọng thẳng đứng N, áp lực tại đáy tấm nén là

σ=N/F (σ1 =100; σ2 =200; σ3 =300 kN/m2 ); F: diện tích mẫu đất

 Tác dụng tải trọng ngang cho đến khi mẫu bị cắt, đọc số

đọc trên đồng hồ gắn với vòng ứng biến được lực cắt là T, ứng suất cắt là τ=T/F

Thí nghiệm cắt trực tiếp

2

σ σ

τ

τ ϕ

τ (kN/m2)

σ (kN/m2)

φ σ

Thí nghiệm cắt trực tiếp

φ σ

Sức chống cắt gồm hai thành phần: lực dính đơn vị và góc ma sát trong

Thành phần

ma sát

Thí nghiệm cắt trực tiếp

330

 Đối với đất rời: c=0, ϕ >0

 Ưu điểm của thí nghiệm cắt trực tiếp

 Dễ dàng áp dụng

 Nhược điểm của thí nghiệm cắt trực tiếp

 Mặt trượt quy định trước, không phải là mặt yếu nhất

 Diện tích mẫu đất khi bị cắt giảm, dẫn đến không chính xác

 Không đo được áp lực nước lỗ rỗng, chỉ xác định được thành phần sức chống cắt trong điều kiện không thoát nước(điều kiện ứng suất tổng), nên độ

Thí nghiệm cắt trực tiếp

37 37

Áp lực

rỗng và thay đổi thể tích

Màng cao su

Áp lực nước

Đá thấm

Bình hình trụ Tải trọng thẳng đứng

Mẫu đất

Thí nghiệm cắt bằng máy nén ba trục

Thí nghiệm cắt bằng máy nén ba trục

và đặt vào buồng nén của máy nén 3 trục

 Cung cấp nước áp lực vào buồng nén tác động vào mẫu

đất ứng suất đẳng hướng (σ2= σ3)

 Giữ nguyên áp lực buồng và tăng tải trọng dọc trục cho

đến khi mẫu bị phá hoại cắt, đo tải trọng P

Độ lệch ứng suất lúc phá hoại là ∆σ=P/F; với F là diện tích mẫu

 Diện tích mặt cắt ngang của mẫu

o

- 1

-

1 F

= h

dh + 1

V

dV +

1 F

= F

0 0

h0 là chiều cao mẫu ban đầu, Vo là thể tích mẫu ban đầu

i i

Thí nghiệm cắt bằng máy nén ba trục

 Kết quả thí nghiệm

Từ các cặp giá trị σ3 ~ σ 1 vẽ 3 vòng tròn Morh, xác định được các đặc trưng sức chống cắt

Thí nghiệm cắt bằng máy nén ba trục

Tính chất cơ học của đất

* Đặc tính đầm chặt của đất

Thí nghiệm Proctor tiêu chuẩn

- Dùng thiết bị cối đầm proctor để xác định độ ẩm tối ưu và trọng

Sau đó, lấy đất trong cối ra, lấy một phần làm mẫu đất để thí nghiệm độ ẩm W 1

Biết được trọng lượng đất trong từng lần đầm và độ ẩm tương ứng cho phép ta xác định được trọng lượng thể tớch khô:

 Tiếp tục thờm nước vào và tiến hành tương tự , xỏc định được γk2

 Thớ nghiệm dừng lại khi tăng độ ẩm mà γk lại giảm( làm khoảng 5 lần)

( 1)

1 1

01 0

k

+

= γ γ

g V

m

m

.2

Là tỷ số % giữa áp lực cần thiết để ấn 1 trục thép hình trụ có d = 51mm ngập sâu vào mẫu đất 2,54mm hoặc 5,08mm và áp lực cần thiết để ấn chính trục đó ngập sâu vào mẫu đá dăm tiêu chuẩn các đoạn cũng bằng như vậy (Các áp lực này đã tính bằng 6,9 và 10,3MPa)

%

100 3

, 10

%

100 9

, 6

08 , 5

54 , 2

p CBR

p CBR

=

=

Tỷ số sức chịu tải CBR thể hiện khả năng chịu tải của các loại đất, cốt liệu đất khi chúng được đầm chặt trong phòng thí nghiệm, giúp cho việc đánh giá các lớp đất nền, đất sét.

Tính chất cơ bản của đá Tính chất cơ bản của mẫu đá

Tính chất cơ bản của khối đá

Tính chất cơ bản của đá

lượng tương đối giữa các pha trong

đá (giống như phần đất)

Tính chất cơ bản của mẫu đá

P max lực nén lớn nhất làm phá huỷ mẫu

F 0 diện tích tiết diện ngang ban đầu của mẫu

Độ bền của đá là tính chất của đá chống lại sự phá hủy tạo nên biến dạng dư lớn dưới tác dụng của tải trọng Độ bền của đá bao gồm các loại sau:

+ Độ bền nén ( σn , MPa) : là chỉ tiêu đặc trưng cho khả năng chống nén của đá Về trị số, nó bằng tỷ số giữa lực nén lớn nhât làm phá hủy mẫu và diện tích tiết diện ngang ban đầu của mẫu.

Tính chất cơ bản của đá

Các loại độ bền của đá

* Độ bền nén có thể xác định bằng 2 phương pháp sau:

Phương pháp nén mẫu hình dạng chuẩn : mẫu phải được mài nhẵn,

sai lệch về độ song song giữa 2 mặt mẫu không quá 0,05mm, sai lệch

về độ vuông góc giữa mặt mẫu và đường sinh không quá 0,05mm, độ

lồi của mặt mẫu không quá 0,03mm

Phương pháp nén mẫu hình dạng bán chuẩn : chỉ cần mài nhẵn 2 mạt

để chúng song song với nhau, độ sai lệch không quá 0,05mm

Hệ số hoá mềm k hm : là tỷ số giữa hai độ bền của cùng một loại đá ở trạng

thái no nước và trạng thái khô gió

kg

nn hm

K

σ σ

=

Tính chất cơ bản của đá

Các loại độ bền của đá

* Độ bền kéo (σk, MPa): là đặc trưng cho khả năng chống kéo của đá Tùy

theo cách thức thí nghiệm mà công thức độ bền kéo cũng khác nhau

khác nhau rồi được kẹp 2 đầu vào bộ phận kéo bằng những đồ gá đặc

biệt Dưới tác dụng của lực kéo, mẫu bị phá huỷ

max

k

p

P F

Trong đó:

Pmax lực kéo lớn nhất làm phá huỷ mẫu

Fp diện tích tiết diện ngang của mẫu tại đó xảy ra sự phá huỷ

Tính chất cơ bản của đá

Các loại độ bền của đá

* Độ bền kéo (σk, MPa): là đặc trưng cho khả năng chống kéo của đá Tùy theo cách thức thí nghiệm mà công thức độ bền kéo cũng khác nhau

theo các cách khác nhau, từ đó tính độ bền kéo

Chú ý rằng đá là vật liệu cấu tạo từ các hạt gắn kết nên chịu nén tốt và

chịu kéo kém Trị số độ bền kéo của các đá chỉ khoảng vài chục MPa

trong khi độ bền nén có khi đạt tới vài trăm, thậm chí 400MPa

* Phương pháp cắt trực tiếp: Dựa vào lực cắt làm phá hủy mẫu theo 1

hay 2 mặt phẳng và diện tích các mặt cắt trong các phương pháp khác nhau mà người ta sẽ tính được độ bền cắt Phương pháp này hiện nay ít được sử dụng

* Phương pháp cắt có nén : Mẫu đá được đặt trong khuôn thép có góc

vát khác nhau (đối với đá cứng góc vát α = 45 và 60o, đối với đá yếu α =

30o) Dưới tác dụng của lực nén, khuôn thép dịch chuyển ngang và mẫu

sẽ bị phá huỷ theo mặt vát của khuôn

T - thành phần lực cắt tính theo P (tải trọng phá huỷ mẫu)

F - tiết diện của mẫu khi bị phá huỷ, chính bằng d.h

p - áp lực trên 1 đơn vị diện tích mặt mẫu

* Độ bền uốn:

u

u u

Mu – Mômen uốn lớn nhất ứng với tải trọng phá huỷ mẫu

W – Mômen chống uốn của tiết diện

Khối đá và các đặc điểm khác biệt

so với mẫu đá

Khối đá là phần cấu trúc vỏ Trái Đất nằm

nguyên tại chỗ chịu tác động của công trình xây dựng

 Không đồng nhất

 Không liên tục / Gián đoạn

 Không đẳng hướng / Dị hướng

 Bị phong hóa

 Chịu ảnh hưởng của nước ngầm

 Trạng thái ứng suất

Tính chất cơ bản của khối đá

 Mức độ phong hóa

 Tính chất nứt nẻ

 Độ bền và biến dạng của khối đá

 Một số chỉ tiêu tính chất công nghệ

Tính chất cơ bản của khối đá

+ Đặc tính nứt nẻ của đá ảnh hưởng tới các đặc trưng cơ học, độ ổn định đối với nước, cường độ, phạm vi ảnh hưởng của đới phong hóa, độ khó khăn trong khai thác, bề dày lớp bóc bỏ trong khi thi công xây dựng công trình.

Tính chất nứt nẻ

Kích thước khe nứt tỷ lệ với bề rộng của

mảnh  khe nứt nhỏ  khe nứt

vừa  khe nứt lớn  khe nứt rất lớn.

Khoảng cách trung bình giữa

các khe nứt,cm Mức độ nứt nẻ của khối đá

1

ai, bi : chiều dài và chiều rộng trung bình của khe nứt thứ i

n : số lượng khe nứt trong mặt vết lộ đá

Tính chất nứt nẻ

* Bi ểu thị tính chất nứt nẻ của khối đá

Đồ thị hoa hồng của Fillips

Đồ thị vòng tròn của F.P Xavarenxki

Đồ thị có đường đẳng trị

Độ bền và biến dạng của khối đá

thí nghiệm hiện trường hoặc tính từ độ bền của mẫu thí nghiệm và các hệ sỗ giảm độ bền;

biến dạng của mẫu đá

Thanks fOR ATTENTION!

HappY Studies!