PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học

PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học

Độ ẩm trọng lợng, đợc biểu diễn bằng %, là tỷ số giữa khối lợng của nớc chứa trong đất

và khối lợng của đất khô (ví dụ là đất đợc sấy khô ở nhiệt độ 105 độ đến trọng lợngkhông đổi)

W = Gw/Gđk ( %)

Trong đó: Gw - khối lợng nớc chứa trong đất, gam;

Gđk - khối lợng đất khô, gam

Độ ẩm thể tích, cũng đợc biểu diễn bằng %, là tỷ số giữa thể tích nớc trong đất và thểtích của toàn bộ khối đất:

Wv = Vw/Vđ ( %)Trong đó: Vw - Thể tích nớc chứa trong đất, cm3;

Vđ - Thể tích toàn bộ khối đất, cm3

Độ ẩm tự nhiên của đất là lợng chứa của nớc trong lỗ rỗng của đất tại thế nằm tựnhiên

• ý nghĩa sử dụng

Độ ẩm tự nhiên của đất là chỉ tiêu tính chất vật lý quan trọng, quyết định độ bền

và ứng xử của đất dới tải trọng công trình, đặc biệt đối với đất loại sét, khi mà tính chấtcủa chúng thay đổi mạnh phụ thuộc vào lợng chứa nớc trong đất

Độ ẩm còn là chỉ tiêu trực tiếp đợc sử dụng để tính toán nhiều chỉ tiêu khác nhkhối lợng thể tích khô, độ bão hoà, độ sệt

Mỗi mẫu đất thí nghiệm cần tiến hành không ít hơn hai lần xác dịnh song song,

đặc biệt cần ít nhất ba lần đối với đất bùn hoặc than bùn Sai khác giữa các lần xác địnhsong song phải nhỏ hơn 10%

• Độ ẩm của đất W tính theo công thức sau

2 1

2

m m

m W

−

= , % Trong đó: m1 - Khối lợng của đất ớt, g;

m2 - Khối lợng của đất khô sau khi sấy, g

Giá trị trung bình cộng của các kết quả tính toán đợc từ các thí nghiệm song song

là độ ẩm của đất thí nghiệm Kết quả các lần thí nghiệm song song không đợc sai khácnhau quá 10% Nếu không đạt đợc yêu cầu này, phải thí nghiệm thêm các lần khác

Chum xác định độ ẩm trong phòng TN

3 Các tiêu chuẩn

- Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 4196 : 1995 : Đất xây dựng Phơng pháp xác định độ ẩm

- Tiêu chuẩn ASTM 2216-71

II Xác định khối lợng thể tích của đất

V - thể tích của mẫu, cm3.Khối lợng thể tích khô là khối lợng một đơn vị thể tích của đất khô có kết cấu tựnhiên, tính bằng g/cm3

Về mặt trị số, khối lợng lợng thể tích khô bằng tỷ số giữa khối lợng của mẫu đấtkhô (khối lợng của cốt đất) với thể tích của mẫu đất có kết cấu tự nhiên, đợc xác địnhtheo công thức:

γc = mk /VTrong đó: mk - khối lợng của mẫu đất khô, g;

V - thể tích của mẫu đất có kết cấu thiên nhiên, cm3;

Đối với đất bị co ngót mạnh khi sấy khô thì khối lợng thể tích cốt đất tính toántheo công thức:

γc = γw/(1+0.01w)Trong đó: w - độ ẩm của đất, %

Cần thí nghiệm song song với ít nhất hai mẫu đất và kết quả của hai lần thínghiệm song song không đợc sai khác nhau quá 0.03 g/cm3 Phải làm lại thí nghiệm nếuyêu cầu này không đợc thoả mãn.

Tuỳ theo thành phần và trạng thái của đất có thể sử dụng các phơng pháp sau đây

để xác định khối lợng thể tích của đất

Khối lợng thể tích đất tự nhiên γw tính nh sau:

Trong đó: m1 - khối lợng dao vòng có đất và nắp đậy, gam;

m2 - khối lợng dao vòng, gam;

m3 - khối lợng nắp đậy, gam;

v - thể tích mẫu đất thí nghiệm đúng bằng thể tích bên trong của dao vòng, cm3

Kết quả tính toán đến độ chính xác 0.01g/cm3

• Phơng pháp bọc sáp

Trong phơng pháp này, thể tích của mẫu đất thí nghiệm đợc xác định bằng cáchcân trong nớc khối đất thí nghiệm với sự sử dụng nguyên lý đấy nổi của Acsimét vàtrọng lợng khối đất thí nghiệm đợc xác định bằng cách cân trực tiếp khối đất Để khối

đất thí nghiệm không bị tan rã khi cân trong nớc, khối đất thí nghiệm đợc bao bọc bênngoài một màng mỏng không thấm nớc bằng cách nhúng chúng vào paraphin đangnóng chảy

Khối lợng thể tích đất tự nhiên γw đợc tính nh sau:

( ) ( )

.

1 2

m

m

n p

p n

γ

Trong đó: m - khối lợng mẫu đất trớc khi bọc sáp, g;

m1 - khối lợng mẫu đất đã khi bọc sáp, g;

m2 - khối lợng mẫu đất bọc sáp cân trong nớc, g;

ρn - khối lợng riêng của nớc, lấy bằng 1 g/cm3;

ρp - khối lợng riêng của sáp, lấy bằng 0.9 g/cm3.Kết quả tính toán đến độ chính xác 0.01g/cm3

v

m m m

−

−

=γ

Cân mẫu đất trong nớc

3 Các tiêu chuẩn

- Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 4202:1995: Đất xây dựng - Phơng pháp xác định khối ợng thể tích đất trong phòng thí nghiệm

l Tiêu chuẩn ASTM 2937l 71

III Xác định khối lợng thể tích hạt đất

ρ = mh/VhTrong đó: mh - khối lợng phần hạt cứng của mẫu đất, g;

• Để xác định khối lợng thể tích hạt đất, cần xác định 2 thông số là khối lợng hạt

đất (m) và thể tích của các hạt đất đó (V) Vấn đề là ở chỗ xác định thể tích của các hạt

đất

Thể tích của khối lợng hạt đất đã biết có thể xác định đợc bằng cách dùng bình

đã biết thể tích gọi là bình tỷ trọng và phơng pháp xác định này dựa theo nguyên lýAcsimét, hạt đất chìm trong nớc sẽ chiếm chỗ thể tích nớc bằng thể tích của hạt đấtchìm trong nớc đó

• Khối lợng riêng của đất (ρ), tính bằng g/cm3, đợc tính toán theo công thức sau:

Trong đó: mo - khối lợng đất khô tuyệt đối, gam;

n o

o

m m m

=

m2 - khối lợng bình tỷ trọng chứa đầy nớc và đất, gam;

m3 - khối lợng bình tỷ trọng chứa đầy nớc, gam;

ρnkhối lợng riêng của nớc ở nhiệt độ tiến hành thí nghiệm, g/cm3;

Kết quả tính toán đến độ chính xác 0.01g/cm3 Cần tiến hành các mẫu thử song song và kết quả thí nghiệm song song không sai khác quá 0.02 g/cm3

Bình xác định khối lọng riêng hạt đất

3 Các tiêu chuẩn

- Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 4195:1995: Đất xây dựng – Phơng pháp xác

định khối lợng riêng trong phòng thí nghiệm;

- ASTM D854-58;

- AASHTO T100-70

IV Xác định độ ẩm giới hạn chảy và giới han dẻo của đất

1 Khái niệm về các độ ẩm giới hạn

• Nớc có mặt trong đất dính ảnh hởng đáng kể đến tính chất cơ lý của chúng.Mức độ ảnh hởng phụ thuộc vào hàm lợng nớc trong đất và vào các đặc trng thành phầnvật chất của đất nh thành phần hạt, thành phần khoáng vật và thành phần hoá học Độ

ẩm của đất có thể xác định đợc ở trong phòng thí nghiệm, nhng cha đủ để mô tả bảnchất ứng xử của đất Do vậy cần xem xét sự thay đổi các bản chất này theo sự thay đổi

- Giới hạn co ngót là độ ẩm, dới nó, đất không còn khả năng giảm thể tích;

- Giới hạn dẻo là độ ẩm, tại đó đất bắt đầu thể hiện các biến dạng dẻo;

- Giới hạn chảy là độ ẩm, tại đó, đất bắt đầu có khả năng chảy

Giới hạn chảy (WL) và giới hạn dẻo (WP) là hai độ ẩm giới hạn đợc sử dụng phổbiến trong thực tế xây dựng và thờng đợc gọi là độ ẩm giới hạn Atterberg

- Hoạt tính của đất dính đợc dùng dể đánh giá khả năng thay đổi thể tích của đất:

A = IP / PC (3)

Trong đó: A - hoạt tính;

IP - số dẻo;

PC - lợng chứa hạt sét của đất

Giá trị A càng nhỏ, đất càng ít có khả năng thay đổi thể tích A thờng trong khoảng 0.3

ữ5.5

b) Giới hạn chảy, giới hạn dẻo của đất còn đợc sử dụng để phân loại đất:

- Theo tiêu chuẩn Nga, đất đợc phân loại theo số dẻo nh sau:

- Theo Hệ thống phân loại Mỹ, sử dụng giản đồ dẻo để phân loại, trong đó

đờng A có phơng trình quan hệ sau giữa số dẻo và giới hạn chảy:

2 Phơng pháp xác định giới han chảy

Hiện nay, tồn tại hai kiểu phơng pháp xác định giới hạn chảy của đất: Phơngpháp chuỳ xuyên trong phòng và phơng pháp sử dụng dụng cụ Casagrande Tiêu chuẩnViệt Nam cho phép sử dụng cả hai phơng pháp này để xác định giới hạn chảy Đối vớiphơng pháp chuỳ xuyên trong phòng, tiêu chuẩn Việt Nam quy định sử dụng dụng cụcủa Vaxiliep (Nga)

2.1 Phơng pháp xác định giới hạn chảy bằng chuỳ Vaxiliep

• Theo phơng pháp này, giới hạn chảy của đất tơng ứng với độ ẩm mà đất loại sét

có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái dẻo dang trạng thái chảy và đợc đặc trngbằng độ ẩm (%) của bột đất nhào với nớc mà ở đó quả dọi thăng bằng hình nón (dụng

cụ Vaxiliep) dới tác dụng của trọng lợng bản thân sau 10 giây sẽ lún xuyên vào đất10mm Nh vậy, giới hạn chảy của đất xác định theo phơng pháp chuỳ Vaxiliep sẽ tơngứng với trạng thái của đất, tại đó ứng suất cắt trên bề mặt tiếp xúc chuỳ xuyên-đất là 80g/cm2

Chùy Vaxiliev

• Giới hạn chảy của đất (WL, %) đợc tính theo công thức:

WL =

m m

m m

m1 – khối lợng đất ẩm và hộp nhôm hoặc côc thuỷ tinh có nắp, g;

m2 – khối lợng đất khô và hộp nhôm hoặc cốc thuỷ có nắp, g;

m – khối lợng của hộp nhôm hoặc cốc thuỷ tinh có nắp, g

Kết quả đợc tính chính xác đến 0,1%

Đối với mỗi mẫu đất tiến hành không ít hơn hai lần thí nghiệm song song khi xác

định giới hạn chảy Sai số về độ ẩm giữa hai lần xác định song song phải ≤ 2% Giới hạnchảy của đất là trị trung bình cộng của kết quả hai lần thử song song nói trên

Nếu hàm lợng các hạt > 1mm lớn hơn 10% , thì kết quả phải hiệu chỉnh cho phù

hợp với tính chất của đất thiên nhiên

Để hiệu chỉnh, có thể nhân áp dụng một hệ số hiệu chỉnh (K = G/G1) cho các giátrị giới hạn tìm đợc từ thí nghiệm (trong đó: G1 - khối lợng toàn bộ mẫu, kể cả phần hạttrên rây 1mm và G là khối lợng phần hạt trên rây) Kết quả nhận đợc sẽ là giới hạn chảycủa đất thiên nhiên

2.2 Phơng pháp xác định giới hạn chảy bằng dụng cụ Casagrande

• Theo phơng pháp này, giới hạn chảy của đất là độ ẩm bột đất nhào nớc, thu đợctrên dụng cụ quay đập Casagrande, khi rãnh đất đợc khít một đoạn gần 13mm (0,5 inch

= 12,7mm) sau 25 nhát đập

Nh vậy, giới hạn chảy của đất xác định theo phơng pháp Casagrande sẽ tơng ứngvới trạng thái của đất, tại đó sức kháng cắt 25 g/cm2

a Chiếu bằng

Dụng cụ Casagrande

số lần đập đã nêu trên Độ ẩm đặc trng cho giới hạn chảy của đất theo phơng phápCasagrande đợc lấy tơng ứng với số lần đập 25 trên đồ thị, với độ chính xác đến 0,1%

Biểu đồ "chảy"

Nếu hàm lợng các hạt > 1mm lớn hơn 10% , thì kết quả phải hiệu chỉnh cho phù

hợp với tính chất của đất thiên nhiên tơng tự nh khi xác định bằng chuỳ Vaxiliep Theo

đó, cần áp dụng một hệ số hiệu chỉnh (K = G/G1) cho các giá trị giới hạn tìm đợc từ thínghiệm (trong đó: G1 – khối lợng toàn bộ mẫu, kể cả phần hạt trên rây 1mm và G làkhối lợng phần hạt trên rây) Kết quả nhận đợc sẽ là giới hạn chảy của đất thiên nhiên

3 Phơng pháp xác định giới hạn dẻo

• Theo phơng pháp này, giới hạn dẻo của đất tơng ứng với độ ẩm mà đất loại sét

có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo và đợc đặc trngbằng độ ẩm (%) của đất ở trạng thái có thể lăn thành que với đờng kính 3mm và que đấtbắt đầu rạ nứt và dứt thành các đoạn ngắn có chiều dài khoảng từ 3 ữ10mm

• Giới hạn dẻo của đất (WL, %) đợc tính theo công thức xác định độ ẩm:

WL =

m m

m m

m1 – khối lợng đất ẩm và hộp nhôm hoặc côc thuỷ tinh có nắp, g;

m2 – khối lợng đất khô và hộp nhôm hoặc cốc thuỷ có nắp, g;

m – khối lợng của hộp nhôm hoặc cốc thuỷ tinh có nắp, g

Kết quả đợc tính chính xác đến 0,1%

Đối với mỗi mẫu đất, phải tiến hành không ít hơn 2 lần thí nghiệm song song

Đối với mỗi mẫu đất tiến hành không ít hơn hai lần thí nghiệm song song khi xác

định giới hạn chảy Sai số về độ ẩm giữa hai lần xác định song song phải ≤ 2% Giới hạndẻo của đất là trị trung bình cộng của kết quả hai lần thử song song nói trên

Nếu hàm lợng các hạt > 1mm lớn hơn 10% , thì kết quả phải hiệu chỉnh cho phù

hợp với tính chất của đất thiên nhiên Để hiệu chỉnh, có thể nhân áp dụng một hệ số hiệuchỉnh (K = G/G1) cho các giá trị giới hạn tìm đợc từ thí nghiệm (trong đó: G1 - khối l-ợng toàn bộ mẫu, kể cả phần hạt trên rây 1mm và G là khối lợng phần hạt trên rây) Kếtquả nhận đợc sẽ là giới hạn dẻo của đất thiên nhiên

4 Các tiêu chuẩn

- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4197 : 1995: Đất xây dựng Phơng pháp xác địnhgiới hạn chảy và giới hạn dẻo ở trong phòng thí nghiệm

- Tiêu chuẩn Nga GOXT-5184

- Tiêu chuẩn Mỹ ASTM 423-66, AASHTO T89-68, AASHTO T90-70

- Xác định độ chặt tiêu chuẩn là xác định khối lợng thể tích khô lớn nhất và độ

ảm thích hợp tơng ứng của đất với công đầm nện tiêu chuẩn, phục vụ cho việc thi côngcác công trình bằng đất

- Các kết quả thí nghiệm đợc dùng làm cơ sở để đánh giá chất lợng khối đất đắp

2 Phơng pháp xác định

• Năm 1933, R.R Proctor đã trình bày cơ sở của thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn

mà hiện đang còn đợc sử dụng rộng rãi gọi là thí nghiêm Proctor

Thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn là thí nghiệm xác định mối quan hệ giữa khối ợng thể tích khô và đổ âm của đất đợc đầm lèn chặt ở một công đầm nện tiêu chuẩn xác

l-định Thông qua mối quan hệ này xác định đợc khối lợng thể tích khô lớn nhất và độ ẩmthích hợp tơng ứng

Dụng cụ thí nghiệm là một cối đầm chặt, hình trụ tròn xoay có kích thớc tiêuchuẩn (đờng kính và chiều cao xác định tức là có thể tích tiêu chuẩn) và cho phép đầmchặt đất trong cối với công đầm nện tiêu chuẩn thông qua một quả tạ có trọng lợng xác

định rơi từ một độ cao xác định (tức là tạo đợc công đầm nện tiêu chuẩn xác định)

Đất khô với khối lợng vừa đủ (chừng 3 kg) đợc trộn đều với một lợng nớc xác

định (để có một độ ẩm xác định) và đợc đầm chặt trong cối đầm chặt theo một quy trìnhxác định (tức là theo một công đầm nện xác định) Để khối đất có độ chặt đồng đều, đấtthờng đợc đầm chặt theo từng lớp trong cối Thông thờng, quá trình đầm chặt đợc thựchiện theo 3 lớp đều nhau Biết độ ẩm của đất, thể tích của cối đầm và trọng lợng đấttrong cối, có thể tính toán đợc khối lợng thể tích khô của đất sau khi đầm nện Chế bị

đất ở các độ ẩm khác nhau, có thể thiết lập đợc mối quan hệ Khối lợng thể tích khô - Độ

ẩm Đờng cong quan hệ này có dạng đơng parabol với điểm cực đại tơng ứng với giá trịkhối lợng thể tích khô lớn nhất và độ ẩm thích hợp tơng ứng

Cối đầm chặt

Các tiêu chuẩn khác nhau (Tiêu chuẩn Việt nam, BS của Anh, ASTM của Mỹ )quy định cho riêng mình một cối đầm (kích thớc, trọng lợng tạ, độ cao rơi tạ) và quytrình thí nghiệm (số lớp, số lần đầm cho mỗi lớp và cách thức đầm) khác nhau Do vậy,

khối lợng thể tích khô - độ ẩm thích hợp thu đợc là khác nhau khi thực hiện thí nghiệmtheo các tiêu chuẩn khác nhau.

Hệ số đầm chặt là chỉ tiêu đợc sử dụng để so sánh độ chặt của khối đất đắp đã

đầm chặt tại hiện trờng với cùng loại đất đợc đầm chặt tiêu chuẩn ở trong phòng Hệ số

đầm chặt đợc định nghĩa nh là tỷ số giữa khối lợng thể tích khô của khối đất tại hiện òng và khối lợng thể tích khô lớn nhất đạt đợc trong phòng thí nghiệm:

tr-Giá trị hệ số đầm chặt thờng nhỏ hơn hoặc 100%, nhng cũng có thể lớn hơn Đốivới từng công trình cụ thể, giá trị hệ số đầm chặt có thể đợc thiết kế quy định tuỳ theomục đích sử dụng của khối đắp

Để xác định giá trị hệ số đầm chặt của đất, cần xác định khối lợng thể tích khô tại hiện trờng và khối lợng thể tích khô lớn nhất thu đợc bằng thí nghiệm đầm chặt ở trong phòng

• Tính toán kết quả

Vẽ biểu đồ đờng cong quan hệ giữa độ ẩm (%) và khối lợng thể tích đất khô(g/cm3) Đỉnh cao nhất của đờng cong có toạ độ ứng với khối lợng thể tích khô lớnnhất là độ ẩm tối u của đất

γKmax -Khối lợng thể tích khô lớn nhất; wO - Độ ẩm tối u

max

ì

=γ

P ρ γρ

ργγ

−

−

=

'01.0'

'

γKmax

wO

w’ = w(1 - 0.01P) (5)Trong đó: γ’k - khối lợng thể tích đất khô có hạt lớn hơn 5mm, g/cm3;

γk khối lợng thể tích đất khô chỉ có hạt bé hơn 5mm, g/cm3;

ρ’ - khối lợng riêng của đất hạt lớn hơn 5mm, g/cm3;

w - độ ẩm của đất chỉ chứa hạt bé hơn 5mm, %;

w’ - độ ẩm của đất chứa hạt lớn hơn 5mm, %;

P - hàm lợng của các hạt lớn hơn 5mm, %

Để kiểm tra đờng đầm chặt tiêu chuẩn, cũng trên biểu đồ này, vẽ đờng cong bãohoà Đờng này biểu diễn khối lợng thể tích khô của đất đạt đợc khi khí trong mẫu đấthoàn toàn thoát khỏi lỗ rỗng nhờ đầm chặt tiếp tục Đờng bão hoà là đờng cong lýthuyết và phụ thuộc vào khối lợng riêng của đất, đợc tính theo công thức:

Trong đó: γkn khối lợng thể tích khô của đất hoàn toàn bão hoà, g/cm3;

ρ - khối lợng riêng của đất, g/cm3;

ρn - khối lợng riêng của nớc, 1g/cm3;

w - độ ẩm của đất, %

Cối và búa đầm trong phòng TN

3 Các tiêu chuẩn

- Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 4201 : 1995 : Đất xây dựng Phơng pháp xác định

độ chặt tiêu chuẩn của đất trong phòng thí nghiệm

- Tiêu chuẩn AASHTO T99-90

- Tiêu chuẩn ASTM D698 và D1557

VI Phơng pháp xác định thành phần hạt

1 Khái niệm chung

• Thành phần hạt, hoặc thành phần cơ học, là chỉ tiêu đặc tr ng cho các đất đá

về mức độ phân tán của chúng tức là đặc điểm phân bố kích thớc của các hạt hợpthành đất Thành phần hạt của đất đợc biểu thị bằng hoặc là tỷ lệ phần trăm tínhtheo khối lợng của các nhóm hạt có ở trong đất so với toàn bộ khối đất khô tuyệt

đối hoặc là tỷ lệ phần trăm khối lợng của nhóm hạt có kích thớc nhỏ hơn một giá trịnào đó so với toàn bộ khối đất khô tuyệt đối (hàm lợng tích luỹ) Kích thớc của cácnhóm hạt tạo nên loại đất nào đó thờng đợc tính bằng milimet

• Việc xác định thành phần hạt có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu

về địa chất công trình, cho phép chúng ta:

( n)

kn

w ρ ρ

ργ

01.0

1+

- Phân chia đất ra thành từng loại riêng biệt ở các cột địa tầng, mặt cắt, bản

đồ

- Biết đợc đặc điểm kiến trúc của đất

- Dự đoán đợc các đặc điểm về điều kiện thành tạo đất và thành phần khoángvật của chúng

- Đánh giá đất để làm vật liệu xây dựng các đập, đê

Trong phòng thí nghiệm, ngời ta dùng bộ rây chuẩn gồm nhiều rây chồng lênnhau, kích thớc lỗ rây tăng dần từ dới lên trên Trên thành rây ghi chỉ số rây hoặc

đờng kính lỗ rây Mỗi nớc có bộ rây tiêu chuẩn riêng

- Bộ rây tiêu chuẩn Việt nam có cỡ rây (Hình 2.6.1):

Bộ rây

• Hàm lợng của mỗi nhóm hạt (P), biểu diễn bằng phần trăm, đợc tính theocông thức:

P = .100%

m

m h

(2)Trong đó:

mh - khối lợng nhóm hạt, g;

m - khối lợng của mẫu trung bình lấy để phân tích, g

Trình bày các kết quả phân tích dới dạng bảng số lợng chứa phần trăm trong

đất của các nhóm hạt có kích thớc lớn hơn 10; 10 ữ 5, 5 ữ 2, 2 ữ 1, 1 ữ 0,5 , 0,5 ữ

0,25, 0,25 ữ 0,1mm và nhỏ hơn 0,1mm

Vẽ đờng quan hệ biểu diễn giữa hàm lợng phần trăm tích luỹ (hàm lợng phầntrăm tích luỹ tại một đờng kính nào đó là tổng hàm lợng phần trăm của các nhómhạt nhỏ hơn đờng kính đó) với log của đờng kính hạt

Để đơn giản hoá, giả thiết rằng tất cả các hạt đất là hình cầu và vận tốc của hạt đất

đợc xác định theo công thức Stokes:

v =

2

29

η - hệ số nhớt của nớc, giá trị phụ thuộc vào nhiệt độ của nớc

D - đờng kính của hạt đất, mm

Trong phòng thí nghiệm, thí nghiệm tỷ trọng kế đợc tiến hành đo mật độhuyền phù đất trong ống thuỷ tinh hình trụ ống thuỷ tinh có chiều cao khoảng45cm và đờng kính khoảng 60mm, có khắc vạch 1000ml Huyền phù đợc tạo bằngcách trộn một khối lợng đất với nớc và một lợng chất phân tán nhỏ để tạo một khốilợng huyền phù là 1000ml Khi tỷ trọng kế dợc thả vào dung dịch huyền phù tạithời điểm t (tính từ khi bắt đầu chìm lắng), nó đo mật độ tại vùng lân cận bầu tỷtrọng kế tại độ sâu L (khoảng cách từ bề mặt dịch thể đến trọng tâm của bầu) Mật

độ của huyền phù phụ thuộc vào khối lợng của hạt đất ở đó trên một đơn vị thể tíchdịch thể tại độ sâu này Vì vậy, tại thời điểm t, các hạt đất trong huyền phù tại độsâu L sẽ có đờng kính nhỏ hơn đờng kính D đợc tính toán từ phơng trình (1) Nhữnghạt đất lớn hơn sẽ bị lắng dới vùng đợc đo Tỷ trọng kế đợc chế tạo để cho phép xác

định khối lợng của của các hạt đất (tính bằng gam) có đờng kính ≤ D còn lại ởtrong huyền phù, từ đó có thể tính đợc hàm lợng phần trăm của các hạt nhỏ hơn đ-ờng kính D xác định tại thời điểm t và độ sâu L

Tỷ trọng kế có hai loại A và B và loại B thờng dùng hơn Loại B có thang đo

từ 0,995 đến 1,030 và có giá trị mỗi vạch chia là 0,001 Khi phân tích hạt, các số đotrên tỷ trọng kế sẽ đợc rút gọn bằng cách bỏ hàng đơn vị đi và dịch dấu phẩy về bênphải 3 con số Loại A: có thang chia từ 0 đến 60

a, Loại A b, Loại B

Tỷ trọng kế

• Tính toán phân tích hạt theo phơng pháp tỷ trọng kế nh sau:

- Tính toán đờng kính D của các hạt (mm) theo công thức D=

t g

H n

R

)

(

1800

ρρ

η

− Trong đó:

Với tỷ trọng kế loại B:

P' =

( ) (m K)

R o n

'

ρρρ

'1

0

0

ρρ

ρρTrong đó:

995

1030

ρ0 - khối lợng riêng dùng để khắc độ, lấy bằng 2,65g/cm3 Các ký hiệu ρ, ρn ,m0, K giống nh chỉ dẫn ở các công thức trên.

R'A, R'B - số đọc đã hiệu chỉnh trên tỷ trọng kế loại A và loại B

R'A = RA + mA + nA - CA cho tỷ trọng kế loại B,

Trong đó:

RA - số đọc tỷ trọng kế loại A

mA - số hiệu chỉnh nhiệt độ theo tỷ trọng kế loại A

nA - số hiệu chỉnh mặt cong và độ khắc theo tỷ trọng kế loại A

CA - số hiệu chỉnh chất phân tán theo tỷ trọng kế loại A

R'B = RB + mB + nB - CB

Trong đó:

RB - số đọc tỷ trọng kế loại B;

mB - số hiệu chỉnh nhiệt độ theo tỷ trọng kế loại B (đã đơn giản hoá);

nB - số hiệu chỉnh mặt cong ,độ khắc theo tỷ trọng kế loại B (đơn giảnhoá);

CB - số hiệu chỉnh chất phân tán theo tỷ trọng kế loại B

- Vẽ đờng thành phần hạt trong hệ toạ độ nửa logarit: trên trục hoành biểuthị logarit của đờng kính hạt và trên trục tung là lợng chứa phần trăm của các cỡhạt

Theo đờng biểu diễn, xác định lợng chứa phần trăm của các nhóm hạt

+ Hệ số cấp phối:

CC = ( )

10 60

2 30

D D D

Trong đó:

D30: là đờng kính mà trong đất có 30% hạt nhỏ hơn nó;

D60: là đờng kính mà trong đất có 60% hạt nhỏ hơn nó

- Tiªu chuÈn ASTM D422

- Tiªu chuÈn AASHTO T-88