các nhân tố ảnh hưởng đến độ đầm chặt đất và phương pháp đầm chặt CBR

các nhân tố ảnh hưởng đến độ đầm chặt đất và phương pháp đầm chặt CBR

CHƯƠNG 1: THÍ NGHIỆM ĐẦM CHẶT 4

I Tổng quan về đầm chặt 4

II Cơ sở lý thuyết 4

III Mục đích của việc đầm chặt: 4

IV Thí nghiệm Proctor 5

V Các yếu tố ảnh hưởng đến đầm chặt 6

1 Độ ẩm: 6

2 Loại đất: 6

3 Năng lượng đầm: 7

VI Cấu trúc của đất sét khi bị đầm chặt: 7

VII Ảnh hưởng của việc đầm chặt đến các tính chất của đất dính: 8

1 Hệ số thấm (k): 8

2 Khả năng chịu nén: 9

3 Sức chịu tải cực hạn mẫu: 9

VIII Kết luận: 10

CHƯƠNG 2: THÍ NGHIỆM CBR 11

I Mục đích và phạm vi: 11

II Nguyên lý thí nghiệm: 11

III Dụng cụ thí nghiệm: 12

IV Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: 13

V Ngâm mẫu thí nghiệm: 14

VI Thí nghiệm CBR: 15

VII Xác định chỉ số CBR: 15

VIII Tính toán, xử lý kết quả thí nghiệm: 17

1 Đồ thị quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún: 17

2 Đồ thị quan hệ CBR - độ chặt K: 18

CHƯƠNG 3: ĐẦM CHẶT NGOÀI HIỆN TRƯỜNG 20

I Thiết bị đầm chặt: 20

II Các yếu tố ảnh hưởng đến việc đầm chặt ngoài hiện trường 22

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Biểu đồ 1 Nguyên lý đầm chặt 4

Biểu đồ 2 Đồ thị đường cong quan hệ giữa khối lượng khô và độ ẩm 5

Biểu đồ 3 Khoảng độ ẩm cho phép 6

Biểu đồ 4 Đường cong đầm chặt đặc trưng của 4 loại đất (ASTM D-698) 6

Biểu đồ 5 Ảnh hưởng của năng lượng đầm chặt đến độ ẩm tối ưu 7

Biểu đồ 6 Tác động của đầm chặt lên cấu trúc của đất sét 7

Biểu đồ 7 Ảnh hưởng của việc đầm chặt đến hệ số thấm của đất sét 8

Biểu đồ 8 Ảnh hưởng của đầm chặt trong thí nghiệm nén một trục đối với đất sét 9

Biểu đồ 9 Ảnh hưởng của đầm chặt đến sức chịu tải cực hạn của mẫu sét pha 9

Biểu đồ 10 Biểu đồ quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún 17

Biểu đồ 11 Biểu đồ quan hệ CBR - độ chặt K 19

Biểu đồ 12: Quan hệ khối lượng khô và số lần xe lu lăn qua 23

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN

Các công trình đất đắp phổ biến ở nước ta như đê, đập, đường giao thông,… Mỗi loại công trình đều có yêu cầu khác nhau nên đất cũng khác nhau phù hợp với yêu cầu đó Điều đó khiến việc lựa chọn loại đất đắp cần được chú trọng, vì nó ảnh hưởng tới chất lượng, chi phí đầu tư XDCT Do đó, cần phải thí nghiệm đánh giá chính xác cấp phối, tính chất cơ lý, khả năng chống thấm,… của đất để đảm bảo chất lượng nền công trình

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Nắm được các nhân tố ảnh hưởng đến độ đầm chặt đất và phương pháp đầm chặt.Kiểm tra đánh giá chất lượng đất dựa vào thí nghiệm CBR

III.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp kế thừa trong nghiên cứu

- Hiện tượng tức thời

- Đất chưa bảo hoà

- Đạt được bằng sự giảm thiểu thể tích

khí lỗ rỗng

- Có nhiều biện pháp đầm

- Quá trình theo thời gian

- Đất đã bảo hoà

- Đạt được nhờ sự thoát nước

- Tải tĩnh kèm thời gian

II Cơ sở lý thuyết

Là sự làm chặt đất thông qua việc loại bỏ khí khỏi đất bằng các năng lượng cơ học

Biểu đồ 1 Nguyên lý đầm chặt

Độ đầm chặt của đất được đo bằng Khối lượng khô

III Mục đích của việc đầm chặt:

- Làm giảm thiểu độ lún không mong muốn của kết cấu

- Tăng tính ổn định của mái dốc đất đắp

- Giảm thiểu dòng thấm của nước

IV Thí nghiệm Proctor

Hình 1 Dụng cụ thí nghiệm Proctor tiêu chuẩn

Proctor tiêu chuẩn Proctor cải tiến

Khi thêm nước vào đất khô, màng nước hấp phụ sẽ hình thành ở quanh hạt Khi bềdày màng nước hấp phụ tăng lên, các hạt được bôi trơn và có xu hướng ghép gần nhauhơn, vì thế dung trọng tăng lên Tuy nhiên, tới một điểm xác định màng nước hấp phụ bắtđầu đẩy xa các hạt và thế độ ẩm tăng thêm lại làm dung trọng giảm đi.

Biểu đồ 3 Khoảng độ ẩm cho phép

2 Loại đất:

Biểu đồ 4 Đường cong đầm chặt đặc trưng của 4 loại đất (ASTM D-698)

3 Năng lượng đầm:

Đỉnh của đường cong đầm chặt có xu hướng tăng d,max và tăng w opt khi tăng nănglượng đầm Đường thẳng nối các đỉnh đường cong đầm chặt dần tiến về ”đường cong đầmchặt tuyệt đối”.

Biểu đồ 5 Ảnh hưởng của năng lượng đầm chặt đến độ ẩm tối ưu

VI Cấu trúc của đất sét khi bị đầm chặt:

Theo Lambe (1958) nghiên cứu tác động của việc đầm chặt lên cấu trúc của đất sét:

Biểu đồ 6 Tác động của đầm chặt lên cấu trúc của đất sét

- Nếu đất sét được đầm chặt với độ ẩm ở “phía khô” của độ ẩm tối ưu, ví dụ là điểm

A, cấu trúc đất sét sẽ có “dạng bông” Lý do là ở độ ẩm thấp, sự phân tán của lớp màn ionbao phủ xung quanh hạt sét không thể phát triển hoàn toàn; điều đó dẫn đến, lực tương tácgiữa các hạt bị giảm Sự giảm lực tương tác này dẫn đến các hạt định hướng 1 cách tự dovà khối lượng khô bị giảm

- Khi lượng nước được tăng, thể hiện ở điểm B, lớp màn ion được mở rộng làm tănglực đẩy giữa các hạt sét, làm giảm độ “kết tinh” và tăng khối lượng khô

- Khi tiếp tục tăng độ ẩm từ B-C, lớp màn ion tiếp tục tăng, sự gia tăng này dẫn đến

sự tăng lực đẩy giữa các hạt dẫn đến một độ định hướng cao hơn Tuy nhiên khối lượngkhô sẽ giảm đi bởi lượng nước thêm vào sẽ làm loãng nồng độ của hạt đất ở một đơn vịthể tích

Với cùng một độ ẩm, mức năng lượng đầm tăng sẽ tạo tính định hướng song songcho các hạt sét Các hạt sẽ tiến lại gần hơn và khối lượng khô tăng lên (A-E)

VII Ảnh hưởng của việc đầm chặt đến các tính chất của đất dính:

1 Hệ số thấm (k):

Biểu đồ 7 Ảnh hưởng của việc đầm chặt đến hệ số thấm của đất sét

Nhận xét: Hệ số thấm k đạt giá trị nhỏ nhất tại mẫu có độ ẩm xấp xỉ với độ ẩm tối

ưu Khi độ ẩm vượt qua giá trị tối ưu, hệ số k tăng nhẹ Giá trị k khá lớn ở “phía khô” của

độ ẩm tối ưu là do tính định hướng tự do của các hạt sét dẫn đến không gian rỗng lớn

2 Khả năng chịu nén:

Biểu đồ 8 Ảnh hưởng của đầm chặt trong thí nghiệm nén một trục đối với đất sét

- Với cấp áp lực thấp: mẫu nén “phía ướt” độ ẩm tối ưu có tính nén lớn hơn so vớimẫu nén “phía khô” độ ẩm tối ưu

- Với cấp áp lực lớn: xu hướng lại hoàn toàn ngược lại

3 Sức chịu tải cực hạn mẫu:

- Sức chịu tải cực hạn của mẫu thường giảm khi độ ẩm của mẫu tăng

Biểu đồ 9 Ảnh hưởng của đầm chặt đến sức chịu tải cực hạn của mẫu sét pha

- Ít trương nở

- Các hạt định hướng song song nhau

-Hệ số thấm nhỏ

- Sức chống cắt bé -Tính nén lớn

Tuỳ thuộc vào tính chất và mục đích của công trình mà ta chọn độ ẩm thích hợp chocông trình đất

CHƯƠNG 2: THÍ NGHIỆM CBR

I Mục đích và phạm vi:

Giá trị CBR là cơ sở đánh giá chất lượng vật liệu sử dụng làm nền, móng đường;ngoài ra còn được sử dụng để đánh giá cường độ của kết cấu đường ôtô và đường sân baytrong một số phương pháp thiết kế có sử dụng thông số cường độ theo CBR

IX Nguyên lý thí nghiệm:

Thí nghiệm được thực hiện bằng cách đẩy 1 pittong tiêu chuẩn xuyên qua lớp đất vớikhoảng không đổi và đo đạc lực cần thiết để duy trì khoảng xuyên đó

X Dụng cụ thí nghiệm:

Thống kê thiết bị thí nghiệm CBR

XI Chuẩn bị mẫu thí nghiệm:

Chia 25 kg mẫu đã chuẩn bị thành 3 phần, mỗi phần khoảng 7 kg để đầm tạo mẫuCBR Tính lượng nước thích hợp cho vào 3 mẫu để đạt được độ ẩm tốt nhất

Đầm mẫu: được thực hiện trong cối CBR Công đầm quy định tương ứng với 3 mẫu là:mẫu 1: 65 chày/lớp; mẫu 2: 30 chày/lớp; mẫu 3: 10 chày/lớp

- Bước 1: lắp chặt khít thân cối và đai cối vào để cối Đặt tấm đệm vào trong cối Đặtmiếng giấy thấm lên trên tấm điện

- Bước 2: trộn mẫu vật liệu với lượng nước tính toán sao cho độ ẩm của mẫu đạtđược giá trị độ ẩm đầm chặt tốt nhất

- Bước 3: cho mẫu vào cối để đầm với số chày/lớp Trình tự đầm nén theo quy địnhcủa Quy trình đầm nén đất, đá dăm trong phòng thí nghiệm 22 TCN 333 - 06 với loại chàyđầm và số lớp quy định (3 lớp bằng chày đầm tiêu chuẩn theo phương pháp I, hoặc 5 lớp

bằng chày đầm cải tiến theo phương pháp II) Cần chú ý sao cho chiều dày các lớp sau khiđầm bằng nhau, chiều cao mẫu sau khi đầm cao hơn cối khoảng 10mm.

- Bước 4: sau khi đầm xong, tháo đai cối ra, dùng thanh thép thẳng cạnh gạt bỏ phầnmẫu dư trên miệng cối, nếu chỗ nào bị lõm xuống thì lấy hạt mịn để miết lại cho phẳng;nhấc cối ra khỏi đế cối, nhấc tấm đệm ra ngoài, đặt một miếng giấy thấm lên mặt đế cối; lậtngược cối (đã có mẫu đầm) và lắp lại vào cối sao cho mặt mẫu vừa được sửa phẳng tiếpxúc với mặt giấy thấm

- Bước 5: lấy mẫu vật liệu rời (ở chảo trộn) trước và sau khi đầm để xác định độ ẩm.Với vật liệu hạt mịn thì lấy 100 gam, với vật liệu hạt thô thì lấy 500 gam Độ ẩm mẫu đượctính bằng trung bình cộng của 2 giá trị độ ẩm trước và sau khi đầm

- Bước 6: xác định khối lượng thể tích khô của mẫu đầm: theo hướng dẫn của Quytrình đầm nén đất, đá dăm trong phòng thí nghiệm 22 TCN 333 - 06

XII Ngâm mẫu thí nghiệm:

Thông thường, việc thí nghiệm CBR được tiến hành sau khi mẫu được ngâm nướctrong thời gian 96 giờ Tuỳ theo yêu cầu riêng của công trình, theo đặc thù của loại vật liệu,hoặc để phục vụ cho mục đích nghiên cứu, cách thức và thời gian ngâm mẫu CBR có thểnhư sau:

- Không ngâm mẫu, tiến hành nén ngay CBR;

- Ngâm mẫu với thời gian khác nhau: 24, 48, 72, 96, 120 giờ,…

- Mẫu được bảo dưỡng ẩm với tuổi nhất định (7 ngày, 14 ngày, 28 ngày…) sau đómới tiến hành ngâm mẫu với thời gian quy định

Trình tự ngâm mẫu:

- Lấy tấm đo trương nở đặt lên mặt mẫu và đặt các tấm gia tải lên trên Tổng khốilượng các tấm gia tải quy định là 4,54 kg

- Đặt giá đỡ thiên phân kế có gắn đồng hồ thiên phân kế để đo trương nở lên trênmiệng cối Điều chỉnh để chân đồng hồ đo trương nở tiếp xúc ổn định với đỉnh của trụctấm đo trương nở Ghi lại số đọc trên đồng hồ, ký hiệu là số đọc đầu, S1 (mm)

- Cho mẫu vào trong bể nước để ngâm mẫu Duy trì mực nước trong bể luôn cao hơnmặt mẫu 25 mm Thời gian ngâm mẫu thường quy định là 96 giờ (4 ngày đêm) Sau thờigian ngâm mẫu, ghi lại số đọc trên đồng hồ đo trương nở, ký hiệu là số đọc cuối, S2 (mm).

- Xác định độ trương nở: độ trương nở, tính theo đơn vị %, được xác định như sau:

Độ trương nở (%)=

Trong đó:

S1: là số đọc trên đồng hồ thiên phân kế trướckhi ngâm mẫu, mm;

S2: là số đọc trên đồng hồ thiên phân kế sau khi ngâm mẫu, mm;

H: là chiều cao mẫu trước khi ngâm

Vật liệu có độ trương nở > 3% không thích hợp để xây dựng đường, nếu sử dụngphải được chấp thuận của cấp có thẩm quyền Không được sử dụng vật liệu có độ trương

nở lớn hơn 4%

XIII Thí nghiệm CBR:

- Đặt các tấm gia tải lên mặt mẫu Để tránh hiện tượng lớp vật liệu mềm yếu trên mặtmẫu có thể chèn vào lỗ của tấm gia tải, đặt tấm gia tải hình vành khuyên khép kín lên mặtmẫu, sau đó đặt mẫu lên bàn nén Bật máy để cho đầu nén tiếp xúc với mặt mẫu và gia lựclên mẫu khoảng 44 N Sau đó tiếp tục đặt hết các tấm gia tải, bằng với số tấm gia tải sửdụng khi ngâm mẫu

- Duy trì lực đầu nén tác dụng lên mặt mẫu là 44 N, lắp đồng hồ đo biến dạng Tiếnhành điều chỉnh số đọc của đồng hồ đo lực và đồng hồ đo biến dạng về điểm 0

- Gia tải: bật máy để cho đầu nén xuyên vào mẫu với tốc độ quy định 1,27 mm/phút(0,05 in/phút) Trong quá trình máy chạy, tiến hành ghi chép giá trị lực nén tại các thờiđiểm đầu nén xuyên vào mẫu: 0,64; 1,27; 1,91; 2,54; 3,75; 5,08 và 7,62 mm (0,025; 0,05;0,075; 0,1; 0,15; 0,2; và 0,3 in) Nếu cần thiết có thể ghi thêm giá trị lực nén tại thời điểmđầu nén xuyên vào mẫu là: 10,16 mm và 1,27 mm (0,4 và 0,5 in) Sau đó tắt máy

- Tháo mẫu: sau khi nén xong, chuyển công tắc về vị trí hạ mẫu Bật máy để hạ mẫu

về vị trí ban đầu Nhấc mẫu xuống và tháo mẫu

XIV Xác định chỉ số CBR:

Bảng 1: Kết quả từ thí nghiệm CBR

Tính các giá trị CBR theo công thức sau (làm tròn đến 1 chữ số sau dấu phẩy)

Trong đó:

CBR1: là giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), %;

CBR2: là giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 in), %;

P1: là áp lực nén trên mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), daN/cm2;

P2: là áp lực nén trên mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 in), daN/cm2;69: là áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), daN/cm2;

103: là áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 in), daN/cm2;

Biểu đồ 10 Biểu đồ quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún

=> Giá trị thí nghiệm CBR 1 được chọn làm CBR của mẫu khi CBR 1 > CBR 2 Nếu CBR 2 > CBR 1 thì phải làm lại thí nghiệm; nếu kết quả thí nghiệm vẫn tương tự thì chọn CBR 2 làm CBR của mẫu thí nghiệm.

XV Tính toán, xử lý kết quả thí nghiệm:

1 Đồ thị quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún:

Sau khi vẽ đường cong quan hệ áp lực nén và chiều sâu ép lún thường có 2 dạng đồthị như sau:

Không cần hiệu chỉnh Cần hiệu chỉnh

Quan hệ giữa một số giá trị áp lực nén và các chiều sâu ép lún tương ứng tại thờiđiểm ban đầu nén mẫu không tăng tuyến tính, vì vậy đoạn đồ thị quan hệ áp lực nén - chiềusâu ép lún ở vùng gần gốc tọa độ không thẳng mà bị võng xuống Trong trường hợp này, để

có được quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún chính xác, cần thiết tiến hành hiệu chỉnh.Việc hiệu chỉnh được thực hiện bằng cách dời gốc tọa độ, được tiến hành như sau: kéo dàiphần đường thẳng của đồ thị xuống phía dưới để đường kéo dài này cắt trục hoành tại 1điểm - điểm này chính là gốc tọa độ mới

2 Đồ thị quan hệ CBR - độ chặt K:

Căn cứ kết quả xác định CBR của 3 mẫu và hệ số đầm nén K tương ứng (trên cơ sởkhối lượng thể tích khô của 3 mẫu CBR và khối lượng thể tích khô lớn nhất), vẽ đườngcong quan hệ CBR - độ chặt K

Từ đồ thị này, căn cứ giá trị độ chặt đầm nén quy định K để xác định CBR (xem Biểu

đồ 11) Đó là giá trị CBR của vật liệu (được đầm tại độ ẩm tốt nhất ứng với độ chặt đầmnén quy định K)

Biểu đồ 11 Biểu đồ quan hệ CBR - độ chặt K

CHƯƠNG 3: ĐẦM CHẶT NGOÀI HIỆN TRƯỜNG

Nguyên lý xe lu rung động

Tương ứng với từng loại đất và độ chặt mong muốn mà chúng ta lựa chọn các thiết

bị đầm chặt

XVI Các yếu tố ảnh hưởng đến việc đầm chặt ngoài hiện trường

Bên cạnh loại đất và độ ẩm, một số yếu tố khác cũng cần được xem xét để đạt được khốilượng khô như mong muốn Các yếu tố này bao gồm:

- Độ dày lớp đắp

- Cường độ áp lực tác dụng bởi thiết bị đầm

- Diện tích tải trọng tác dụng

Các yếu này quan trọng bởi vì áp lực tác dụng lên bề mặt giảm dầm theo độ sâu dẫn đếngiảm độ đầm chặt của đất Trong quá trình đầm chặt, khối lượng khô của đất cũng bị ảnhhưởng bởi số lần xe lu lăn qua thể hiện ở biểu đồ 12 (Lực tác dụng 84.5 kN, xe lu 3 bánhhơi cho lớp đất dày 229mm) Dựa vào biểu đồ ta thấy khối lượng khô tăng nhanh rồi sau

đó gần như không đổi, cho nên để đạt giá trị kinh tế thì trong phần lớn trường hợp, sốlượng lu lèn khoảng từ 10-15

Biểu đồ 12: Quan hệ khối lượng khô và số lần xe lu lăn qua

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1/ Cơ học đất – Châu Ngọc Ẩn – Nhà xuất bản đại học quốc gia Thành phố HCM – 20122/ Principles of Geotechnical Engineering 7th Edition – Braja M.Das – Cengage Learning3/ Soil mechanic and foundation – Muni Budhu – John Wiley & Sons,Inc

4/ 22 TCN 332-06 Thí nghiệm CBR

5/ ASTM D 1883 – 99