Bài giảng cơ học đất địa kỹ thuật chuong 1

Nắm vững đặc trựng chủ yếu và sự làm việc giữa nền đất và móng công trình, đặc điểm cấu tạo và các phƣơng pháp tính toán thiết kế nền – móng. Trên cơ sở số liệu đầu vào: địa chất công trình, tải trọng và tác động Đưa ra các giải pháp nền móng khác kinh tế nhất.

Chương I: Các tính chất vật lý của đất

1 Quá trình hình thành đất:

Dưới tác dụng của nhiều nguyên nhân khác nhau như sự thay đổi nhiệt độ, sự đông cứng vμ tan rã của nước, sự ăn mòn hoá học các lớp đá gốc bị phá hoại tạo ra các hạt có kích thước to, nhỏ khác nhau gọi lμ quá trình phong hoá Sau đó dưới sự tác động của gió, nước, băng trôi các hạt đó di chuyển vμ lắng đọng lại tạo thμnh các lớp đất khác nhau gọi lμ quá trình trầm tích

Vậy ta có thể nói:

- Đất có nguồn gốc từ các đá gốc (Đá magma, đá trầm tích, đá biến chất)

- Đất được hình thμnh thông qua quá trình phong hoá đá gốc để tạo thμnh các sản phẩm phong hoá (các hạt có kích cỡ khác nhau) vμ quá trình di chuyển, trầm tích các sản phẩm nμy

Chúng ta có thể miêu tả quá trình hình thμnh đất bằng sơ đồ sau:

Ta thấy rằng đất được tạo ra thông quá 2 trình phong hoá vμ trầm tích Bây giờ ta sẽ

nghiên cứu kỹ hơn hai quá trình nμy

a Quá trình phong hoá:

- Quá trình phong hoá lμ quá trình phá hủy đá gốc dưới tác động của các nhân tố có ở môi trường khí, môi trường nước hoặc tác động của sinh vật

- Sản phẩm của quá trình phong hoá phụ thuộc vμo từng loại phong hoá có thể lμ dung dịch hoμ tan hoặc các mảnh vụn có kích thước khác nhau

- Tuỳ thuộc vμo bản chất của tác động phá hoại mμ người ta phân chia quá trình phong hoá lμm 3 lọai khác nhau đó lμ phong hoá vật lý, phong hoá hoá học vμ phong hoá sinh

học:

*/ Phong hoá vật lý:

- Lμ các tác động mang tính cơ học của môi trường xung quanh đến các tầng đá gốc do

sự thay đổi nhiệt độ, sự đông cứng vμ tan rã của nước, sự kết tinh của các tinh thể muối trong các khe nứt có sẵn

- Sản phẩm phong hoá vật lý: Dưới sự tác động của các nhân tố trên đá sẽ bị nứt nẻ, vỡ

Quá trình phong hoá

Tác nhân gây phong hoá

(Nhiệt độ, nước, không khí, sinh vật )

Quá trình trầm tích

Tác động gây trầm tích (Gió, dòng nước, băng trôi )

+ Kích thước các hạt lớn (d>0,002mm), khác nhau như hạt bụi, cát, sỏi, cuội, đá dăm

+ Thμnh phần khoáng vật chủ yếu vẫn lμ những khoáng vật của đá gốc chưa bị biến

đổi như fenspat, thạch anh, mica gọi lμ khoáng vật nguyên sinh

=> Sản phẩm của quá trình phong hoá vật lý thường lμ các loại đất rời như đất cát

*/ Phong hoá hoá học:

- Lμ các tác động của các hợp chất hoặc các nguyên tố hoá học có trong không khí vμ nước lên các hợp chất vμ khoáng vật của đá gốc

- Sản phẩm phong hoá: Dưới các tác động hoá học như trên đá gốc bị ăn mòn Một phần tạo thμnh dung dịch, phần còn lại bị vỡ vụn tạo thμnh các hạt có kích thước nhỏ, có tính chất khác hẳn với đá gốc

+ Kích thước các hạt tạo thμnh nhỏ (d<0,002mm), đồng đều như các hạt sét

+ Khoáng vật có thμnh phần bị thay đổi so với thμnh phần khoáng vật của đá gốc gọi

lμ khoáng vật thứ sinh Gồm chủ yếu lμ các khoáng vật sét như kaolinit, ilit, monmorilonit vμ một số khoáng vật hoμ tan như Calcit, muối

=> Sản phẩm của quá trình phong hoá hoá học thường lμ các loại đất dính như đất cát pha, sét pha, đất sét

*/ Phong hoá sinh học:

- Lμ quá trình phá hoại các tầng lớp đá gốc do các loại động, thực vật gây ra như sự đμo bới hang hốc lμm chỗ ở hay kiếm thức ăn của các lọai động vật lμm nát vụn các loại đá yếu, thực vật mọc trong các khe đá trong quá trình phát triển, lớn lên vμ tiêu huỷ cũng sinh ra những hoá chất lμm ăn mòn đá hoặc lμm nứt nẻ đá

- Sản phẩm phong hoá: Sản phẩm của quá trình phong hoá sinh học bao gồm cả sản phẩm của quá trình phong hoá vật lý vμ hoá học

*/ Đất sườn tích (deluvi):

- Đây lμ loại đất được trầm tích tại các sườn dốc, các khoảng thấp sát đường phân thuỷ

do nước mưa hay tuyết tan rửa trôi các sản phẩm phong hoá

- Thμnh phần chủ yếu lμ các lớp sét, sét pha họăc cát pha

*/Đất bồi tích (aluvi):

- Đây lμ loại đất được hình thμnh do quá trình trầm tích dưới sự tác động của dòng nước sông

- Các tầng trên cùng của tầng bồi tích thường lμ đất loại sét vμ cát hạt mịn Các tầng bên dưới thường được cấu tạo bởi cát lẫn ít sỏi vμ cuội

- Lμ loại đất được trầm tích trong các hồ

- Thμnh phần của trầm tích hồ rất đa dạng nó phụ thuộc vμo vị trí, hích thước vμ chiều

sâu hồ Chúng có chiều dμy thay đổi

*/ Trầm tích gió:

- Đây lμ loại đất được hình thμnh do quá trình trầm tích dưới sự tác động của gió

- Dưới tác dụng của gió các hạt đất được di chuyển đến nơi khác Các hạt nhỏ như bụi

vμ cát được di chuyển đi xa, các hạt có kích thước lớn hơn như cuội, sỏi thì để lại

+ Các hạt cát lăn trên nhau hoặc nhảy cóc từng quãng trong không khí rồi chất

đống lên nhau tạo thμnh các đụn cát

+ Các hạt bụi được thổi đi xa hơn rồi trầm tích lại tạo thμnh hoμng thổ

Ta biết rằng đất được tạo thμnh do các hạt đất có kích thước, hình dạng khác nhau sắp xếp lại với nhau theo một trật tự nμo đó Chính vì kích thước vμ hình dạng của các hạt đất khác nhau nên khi chúng sắp xếp lại với nhau dù có chặt đến đâu vẫn tồn tại các lỗ rỗng giữa các hạt Trong các lỗ rỗng đó có thể có nước hoặc khí Vậy đất có 3 thμnh phần chủ yếu lμ hạt đất, nước vμ khí, theo như ngôn ngữ chuyên dùng trong Cơ Học Đất ta thường gọi đất lμ vật thể 3 pha (3 thể):

- Pha cứng gồm các hạt đất

- Pha lỏng lμ nước trong lỗ rỗng

- Pha khí lμ khí trong lỗ rỗng

Hạt đất

Lỗ rỗng

Hình 1.2.1: Cấu tạo đất

*) Nếu đất khô không chứa nước lúc đó đất có 2 pha: pha cứng vμ pha khí

*) Nếu đất bão hoμ nước tức lμ nước lấp đầy lỗ rỗng lúc đó đất có 2 pha: pha cứng vμ pha lỏng

*) Nếu đất ở trạng thái ẩm ướt, chưa boã hoμ lúc đó đất có đủ 3 pha: pha cứng, pha lỏng vμ pha khí

Cả 3 pha cứng, lỏng vμ khí đều có ý nghĩa rất lớn đến tính chất của từng loại đất Vì vậy

ta sẽ đi nghiên cứu kỹ từng thμnh phần của đất:

1 Pha cứng của đất

- Pha cứng của đất gồm các hạt đất có hình dạng khác nhau, kích thước từ vμi micromet hoặc nhỏ hơn đến vμi chục centimet Nó lμ thμnh phần chịu lực chính của đất vì vậy mμ người ta gọi pha cứng lμ khung cốt của đất

Đá tảng Hạt cuội, dăm

Hạt sỏi, sạn

Hạt cát Hạt bụi

>200 200-10 10-2 2-0,1 0,1-0,005

>300 300-150 150-2 2-0,06 0,06-0,002

Hạt sét <0,005 <0,002

Cũng dựa vμo kích thước hạt để đặt tên nhưng một số nước có cách đặt tên khác so với

TCVN 5747-1993 của nước ta Chúng ta có thể tham khảo cách đặt tên hạt của một số

nước trong SGK

Thμnh phần khoáng vật, hình dạng, kích thước hạt lμ những yếu tố thuộc pha cứng ảnh

hưởng đến tính chất của đất Ta sẽ đi sâu phân tích từng yếu tố nμy:

*/ Hình dạng, của hạt đất:

Hình dạng của các hạt đất rất khác nhau nó phụ thuộc vμo quá trình phong hoá, di

chuyển vμ trầm tích

- Đối với quá trình phong hoá hoá học các hạt được tạo ra có kích thước nhỏ như hạt sét

, có hình dạng tương đối đồng đều Trong trường hợp nμy hình dạng hạt không gây ảnh

hưởng gì rõ rệt đến tính chất của đất

- Đối với quá trình phong hoá vật lý các hạt được tạo ra thường có kích thước lớn vμ có

góc cạnh Nếu các hạt được trầm tích ngay tại chỗ thì các hạt có góc cạnh sẽ sắp xếp, xen

kẽ cμi chặt vμo nhau lμm cho đất có cường độ cao

- Đối với quá trình phong hoá vật lý mμ các hạt bị dịch chuyển nhiều trong quá trình

trầm tích thì góc cạnh của các hạt bị mμi mòn sẽ trở lên tròn trặn hơn Khi đó các hạt sắp

xếp không thể khít chặt vμo nhau được, có nhiều lỗ rỗng lμm cho đất có cường độ kém

- Để đánh giá hình dạng vμ góc cạnh của các hạt ta sử dụng các chỉ số độ tròn vμ chỉ số

hình cầu:

+ Chỉ số độ tròn (Ktr):

NR

*/ Thμnh phần khoáng vật của hạt đất:

- Thμnh phần khoáng vật của hạt đất phụ thuộc thμnh phần khoáng vật của đá gốc vμ loại hình phong hoá tạo ra các hạt đất Với cùng một lọai đá gốc nhưng dưới tác dụng của phong hoá vật lý hay hoá học sẽ cho ta các sản phẩm phong hoá có thμnh phần khoáng vật khác nhau Chính vì vậy chúng ta phân thμnh phần khoáng vật của hạt đất lμm 3 loại gồm: Khoáng vật nguyên sinh, khoáng vật thứ sinh vμ vật chất hữu cơ

- Khoáng vật nguyên sinh:

- Khoáng vật nguyên sinh lμ những khoáng vật có trong thμnh phần của đá gốc chưa bị biến đổi dưới tác dụng của quá trình phong hoá Chúng gồm có các loại chính sau: felspat, thạch anh, mica

- Khoáng vật nguyên sinh thường chứa trong các hạt đất có kích thước lớn (d>0,002mm) như hạt bụi, cát, sỏi Chúng được tạo ra do quá trình phong hoá vật lý đá gốc

- Đối với các hạt lớn thì khoáng vật không có nhiều ảnh hưởng đến tính chất của đất vì giữa các hạt chỉ có lực ma sát bề mặt mμ không có lực liên kết

- Khoáng vật thứ sinh:

- Thông qua các phản ứng hoá học giữa các khoáng vật có trong đá gốc với các hoá chất

có trong nước, không khí (quá trình phong hoá hoá học) lμm cho đá gốc bị phá hủy, tạo

ra các khoáng vật mới có tính chất khác hoμn toμn so với các khoáng vật có trong đá gốc gọi lμ khoáng vật thứ sinh

- Khoáng vật thứ sinh lμ thμnh phần khoáng vật của các hạt sét, hạt bụi có kích thước rất nhỏ (d<0,002mm) vμ nó được chia lμm 2 loại sau:

+ Khoáng vật không hoμ tan trong nước: gồm có 1 số loại chính như kaolinit, ilit vμ monmorilonit Chúng lμ thμnh phần chủ yếu của các hạt sét nên gọi lμ khoáng vật sét + Khoáng vật hoμ tan trong nước thường gặp lμ: Calcit, đolomit, thạch cao, muối

mỏ

- Đối với các hạt có kích thước nhỏ (d<0,002mm) thì thμnh phần khoáng vật ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của đất do giữa các hạt có sự tích điện vμ hoạt tính keo lμm các hạt liên kết với nhau vμ với nước trong lỗ rỗng tạo thμnh khối đất Sự liên kết giữa các hạt phụ thuộc vμo diện tích tiếp xúc giữa chúng với nhau, khi các hạt cμng nhỏ thì tổng diện tích

bề mặt ngoμi của các hạt trong 1 đơn vị thể tích hay 1 đơn vị khối lượng cμng lớn Chúng

ta có thể so sánh được mối quan hệ giữa kích thước hạt vμ tỷ diện tích bề mặt tiếp xúc như trong bảng 1.2 - SGK

- Vật chất hữu cơ:

Vật chất hữu cơ lμ sản phẩm được tạo ra từ di tích động vật, thực vật Khi chúng bị phân huỷ hoμn toμn sẽ tạo thμnh mùn hữu cơ như than bùn

Nếu có lẫn thêm các khoáng vật vô cơ thì mùn hữu cơ sẽ trở thμnh đất hữu cơ

2 các loại nước trong đất

Nước hay pha lỏng lá 1 trong 3 thμnh phần của đất Nước có ảnh hưởng rất lớn đến tính chịu lực của đất vì vậy khi nghiên cứu ta phải luôn chú ý đến lượng nước chứa trong đất Theo nhμ thổ chất học người Liên xô cũ V.A Priklonxki đã phân chia đất lμm 3 loại chính:

dẫnmao Nước-dotự Nước-

yếu kết hợp Nước

-mạnh kết hợp Nước

-bám hút Nước-dất hạt mặt ngoài kết hợp

Nước-

vậtg hạt khoántrong

Nước-

- Loại nước nμy không ảnh hưởng đến tính chất xây dựng của đất

b Nước kết hợp mặt ngoμi hạt đất:

Theo một số tác giả như Râyis, Grim thì trên bề mặt các hạt sét có tích điện âm Do vậy xung quanh các hạt sét hình thμnh trường điện tích âm Trường điện tích âm nμy sẽ hút cực dương của các phân tử nước lưỡng cực vμo sát bề mặt hạt sét Những phân tử nước nμo ở gần hạt sét được hút chặt vμo bề mặt hạt sét, các phân tử xa hơn được hút với lực yếu hơn vμ đến khi khoảng cách khoảng 0,1~0,5 μm thì lực tác dụng giảm xuống bằng 0 Căn cứ vμo cường độ lực hút điện phân tử của bề mặt khoáng vật mμ ta chia nước kết hợp mặt ngoμi lμm 3 loại:

*/ Nước hút bám:

- Lμ lớp nước bám chặt vμo mặt ngoμi hạt đất do sức hút điện phân tử rất mạnh gây lên

- Nước hút bám không hoμ tan muối, không có khả năng di chuyển, không truyền áp lực thuỷ tĩnh, không dẫn nhiệt, không kết tinh, tỷ trọng khoảng 1,5, nhiệt độ đóng băng -

780C Nếu đất chỉ chứa nước hút bám thì đất vẫn chỉ ở trạng thái khô

*/ Nước kết hợp yếu:

- Lμ lớp nước ngoμi cùng do sức hút điện phân tử tương đối yếu tạo thμnh

- Nước kết hợp yếu có tính chất gần giống với nước thông thường Khi đất chứa nước kết hợp yếu thì đất vẫn chưa thể hiện tính dẻo Tính dẻo chỉ xuất hiện khi kết cấu tự nhiên giữa các hạt đất bị phá huỷ vì vậy mμ Priklonxki gọi lμ trạng thái dẻo ngầm

- Nước kết hợp mạnh vμ nước kết hợp yếu bao quanh hạt đất tạo thμnh mμng mỏng có chiều dμy khoảng 10 phân tử nước Do đó người ta gọi nước kết hợp yếu vμ nước kết hợp mạnh lμ nước mμng mỏng

c Nước tự do:

Lμ nước nằm ngoμi pham vi chịu lực hút phân tử của các hạt sét Nước tự do được chia

lμm 2 loại nước mao dẫn vμ nước trọng lực

*/ Nước mao dẫn:

- Nước mao dẫn lμ nước dâng lên theo các đường lỗ rỗng nhỏ giữa các hạt đất do lực căng mặt ngoμi của nước với vật liệu của thμnh ống nhỏ tương tự hiện tượng mao dẫn trong ống thuỷ tinh nhỏ

*/ Nước trọng lực:

- Nước trọng lực lμ nước tự nhiên nằm trong các lỗ rỗng của đất, nó có thể di chuyển từ nơi nμy sang nơi khác dưới tác dụng của trọng lực

- Nước trọng lực trong các lỗ rỗng tác động lên các hạt áp lực thuỷ tĩnh hay còn gọi lμ

áp lực nước lỗ rỗng Tốc độ thấm của nước trọng lực phụ thuộc vμo kích thước lỗ rỗng giữa các hạt, nếu lỗ rỗng cμng lớn thì tốc độ thấm cμng nhanh

- Nước trọng lực gây ra áp lực thuỷ tĩnh lên đất vμ công trình nên thường gây ra trở ngại khi đμo hố móng xây dựng các công trình ngầm

III khí trong đất

Nếu trong các lỗ rỗng của đất không chứa đầy nước thì phần còn lại sẽ chứa khí Căn cứ vμo ảnh hưởng của khí đối với tính chất cơ học của đất ta chia lμm 2 loại khí trong đất: + Loại thông với khí quyển, loại nμy không có ảnh hưởng gì nhiều đối với tính chất của

đất

+ Loại không thông với khí quyển (khí kín), loại nμy thường xuất hiện trong đất sét Sự tồn tại của các bọc khí nμy lμm giảm tính thấm, tăng tính đμn hồi vμ ảnh hưởng đến quá trình ép co của đất dưới tác dụng của trọng lực

3 Kết cấu vμ các liên kết kết cấu của đất

a Kết cấu của đất

- Kết cấu của đất lμ sự sắp xếp có quy luật các hạt hoặc các đám hạt có kích thước vμ hình dạng khác nhau trong quá trình trầm tích

- Kết cấu của đất được hình thμnh do lực điện phân tử giữa các hạt, giữa các hạt với nước vμ tương quan giữa các lực đó với trọng lượng các hạt

- Kết cấu đất có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của đất Dựa vμo cách thức liên kết giữa các hạt mμ ta chia lμm 3 loại kết cấu cơ bản sau:

*/ Kết cấu hạt đơn:

- Kết cấu hạt đơn được hình thμnh do sự lắng đọng các hạt tương đối lớn (cát, cuội, sỏi) trong quá trình trầm tích Trong quá trình nμy các hạt có trọng lượng bản thân lớn hơn lực tác dụng giữa chúng, khi rơi xuống chúng sắp xếp cạnh nhau, hạt nμy tựa lên hạt kia vμ không có sự liên kết nμo giữa chúng

- Kết cấu hạt đơn còn được phân loại thμnh kết cấu chặt vμ kết cấu xốp

+ Kết cấu chặt lμ kết cấu mμ các hạt được sắp xếp liền khít, chèn chặt với nhau Chúng có độ rỗng nhỏ, cường độ chịu tải cao, độ lún nhỏ thích hợp để đặt nền móng tại các lớp nμy

+ Ngược lại trong kết cấu xốp các hạt được sắp xếp với nhau một cách rời rạc, nhiều lỗ rỗng lớn, sức chịu lực kém không tốt trong xây dựng

a) Kết cấu hạt b) Kết cấu tổ ong c) Kết cấu bông

Hình 1.2-3: Các loại kết cấu đất

*/ Kết cấu tổ ong:

- Kết cấu nμy do sự lắng đọng của các hạt tương đối nhỏ (hạt bụi, hạt sét) trong quá trình trầm tích Trong quá trình lắng đọng trọng lượng các hạt nμy không thắng được lực liên kết giữa các hạt với nhau để tiếp tục lắng xuống mμ dừng lại ngay tại chỗ tiếp xúc Các hạt tiếp theo cứ chìm lắng theo quy luật đó tạo ra một loại kết cấu nhiều lỗ hổng như

- Trong thực tế đất được tạo thμnh do các hạt lớn nhỏ khác nhau cho nên kết cấu của

đất có sự kết hợp của 3 loại kết cấu cơ bản trên

b Liên kết kết cấu của đất

- Trong quá trình hình thμnh vμ tồn tại lâu dμi các kết cấu trong đất có sự hình thμnh các liên kết nội tại gắn chặt các hạt hoặc đám hạt với nhau gọi lμ liên kết kết cấu

- Theo thời gian hình thμnh ta chia ra lμm 2 loại liên kết kết cấu lμ liên kết nguyên sinh

vμ liên kết thứ sinh

dụng giữa các hạt khoáng vật với nhau hoặc giữa các hạt khoáng vật với nước

Đặc điểm: Loại liên kết nμy có tính đμn hồi vμ tính nhớt cao

chất keo vμ sự kết tinh của các muối trong đất

Đặc điểm: Loại liên kết nμy có tính cứng lμm cho nó chịu được những tải trọng lớn Liên kết nμy bị phá hoại theo dạng gãy giòn, đột biến không hồi phục ngay

được

Các liên kết kết cấu của đất có cường độ nhỏ hơn rất nhiều so với cường độ hạt đất vì vậy khi đất dưới tác dụng của ngọai lực đến mức nμo đó mẫu đất bị phá hoại lμm cho các hạt trượt lên nhau Tức lμ sự phá hoại của đất chính lμ sự phá hoại kết cấu đất chứ không phải sự phá hoại các hạt đất

Trong xây dựng để đánh giá định lượng được các tính chất của đất chúng ta phải dựa vμo các chỉ tiêu vật lý, các chỉ tiêu nμy sẽ phản nh được tính chất vật lý của đất, từ đó ta có cơ sở để đánh giá, phân loại vμ lựa chọn đất sao cho phù hợp

Ta sẽ lần lượt đi xác định từng chỉ tiêu vật lý của đất

Như các bμi trước chúng ta biết rằng đất gồm 3 pha cứng, lỏng vμ khí Tỷ lệ của 3 pha nμy trong đất sẽ chỉ cho ta biết đất rỗng hay chặt, nặng hay nhẹ, ướt hay khô Để biểu thị

định lượng tỷ phần 3 pha nμy chúng ta thường sử dụng sơ đồ 3 pha như hình 1.3-1

Hình 1.3-1: Sơ đồ 3 pha của đất

Trong sơ đồ trên V, Q lần lượt biểu thị thể tích, trọng lượng Các chỉ số h, n, k lần lượt biểu thị hạt đất, nước vμ khí

I Các chỉ tiêu tính chất vật lý trực tiếp của đất

Chỉ tiêu vật lý trực tiếp của đất lμ những chỉ tiêu được xác định trực tiếp bằng các thí

nghiệm trong phòng thí nghiệm

3

(kN/m V

Các thí nghiệm trong phòng xác định khối lượng thể tích của đất:

(1) Phương pháp dao vòng:

dăm sạn lớn Mẫu đất phải nguyên dạng

+ Cân dao vòng để xác định khối lượng dao vòng m1

+ ấn dao vòng vμo mẫu đất nguyên dạng có kích thước lớn hơn kích thước dao vòng đến khi dao vòng hoμn toμn đầy đất

+ Dùng dao thẳng cắt gọt phần đất thừa nhô ra khỏi dao vòng vμ đặt lên tấm kính hay tấm kim loại đã xác định khối lượng (m2)

+ Đem cân dao vòng có đất vμ các tấm kính (tấm kim loại) đậy 2 mặt với độ chính xác 0,1% khối lượng ta được khối lượng m

Hình 1.3-2: Cấu tạo vμ kích thước dao vòng

(2) Phương pháp bọc sáp:

dăm sạn lớn Mẫu đất phải nguyên dạng

+ Cân thuỷ tĩnh hoặc cân kỹ thuật có giá đỡ, độ chính xác 0,01g

+ Cốc thuỷ tinh đựng nước, dung tích 500cm3

+ Sáp trắng nguyên chất vμ dụng cụ nấu sáp

+ Kim, chỉ, giấy thấm, dao cắt gọt đất

+ Dùng dao cắt lấy mẫu đất thí nghiệm có tính chất điển hình cho toμn khối

đất Cắt gọt mẫu đất sao cho nó có dạng hình bầu dục, mẫu đất có thể tích

>30cm3 + Cân mẫu đất bằng cân kỹ thuật ta xác định được khối lượng mẫu đất m (g) + Nấu sáp nóng chảy ở nhiệt độ 57-600C Nhúng mẫu đất vμo trong sáp sao cho đất được bọc kín một vỏ sáp dμy 0,5-1mm

+ Cân mẫu đất đã được bọc sáp (cân trong không khí) trên cân kỹ thuật ta

p p

mm

ρ

mmV

Trong đó:

m : khối lượng mẫu đất trước khi bọc sáp (g)

m1 : khối lượng mẫu đất bọc sáp (g)

m2 : khối lượng mẫu đất bọc sáp cân trong nước (g)

ρn : khối lượng riêng của nước, lấy bằng 1,0g/cm3

ρp : khối lượng riêng của sáp, lấy bằng 0,9g/cm3(hoặc xác định trước)

Vd : Thể tích mẫu đất (cm3)

Vp : Thể tích sáp (cm3)

Vd+p : Thể tích mẫu đất vμ sáp (cm3)

g : Gia tốc trọng trường (m/s2) Thường lấy g=9,81 m/s2

Sau khi tính được khối lượng thể tích của đất, biết gia tốc trọng trường ta có thể xác định

được trọng lượng thể tích của đất

Ngoμi các thí nghiệm trên ta còn có một số phương pháp xác định trọng lượng thể tích của

đất khác như phương pháp rót cát, phưong pháp đo thể tích bằng dầu hoả

V

b/ Tỷ trọng hạt (Δ ):

Trong khi tính toán người ta còn thường dùng khái niệm tỷ trọng hạt Δ Tỷ trọng hạt lμ

tỷ số trọng lượng của đơn vị thể tích hạt so với trọng lượng của đơn vị thể tích nước

γ

Qγ

Qγ

γΔ

n

h n

h

h h

Chúng ta tham khảo giá trị trọng lượng thể tích hạt của một số loại đất trong bảng 1-3

vμ trọng lượng thể tích của một số loại đất trong bảng 1-4 SGK

Thí nghiệm trong phòng xác định tỷ trọng của đất:

Phương pháp bình tỷ trọng:

+ Cân kỹ thuật có độ chính xác 0,01g

+ Bình tỷ trọng có dung tích 100cm3

ta đun sôi 1 giờ

+ Sau khi để nguội ta đổ đầy bình nước vμ đem cân ta được khối lượng

bình+nước+đất m2 (g)

Tỷ trọng của hạt đất sẽ được tính theo công thức sau:

2m

m ư+

Q

Qnh

+ Cân khoảng 15-20g đất cần xác định độ ẩm cho vμo hộp nhôm đã biết trọng lượng lμ m (g)

+ Sau đó đóng nắp hộp đem cân được khối lượng m1 (g) bao gồm khối lượng hộp + khối lượng nước + khối lượng hạt

+ Mở nắp hộp đem sấy trong tủ ở nhiệt độ 105±20C đối với đất có chứa lượng hữu cơ nhỏ hơn 5%, 80±20C đối với loại đất có chứa lượng hữu cơ lớn hơn 5% Mỗi hộp đất phải sấy ít nhất 2 lần với thời gian qui định như sau:

• Đối với lần sấy khô đầu tiên:

5 giờ - đối với đất sét vμ sét pha

3 giờ - đối với đất cát vμ cát pha

8 giờ - đối với đất chứa thạch cao vμ đất chứa hμm lượng hữu cơ lớn hơn 5%

• Đối với lần sấy khô thứ 2:

2 giờ - đối với đất sét, sét pha vμ đất chứa thạch cao hoặc tạp chất hữu cơ

1 giờ - đối với đất cát vμ cát pha

+ Sau khi sấy đủ thời gian, lấy hộp ra khỏi tủ sấy đậy nắp lại vμ đặt vμo bình hút ẩm có chữa clorua calci khoảng 45 phút đến 1 giờ để lμm nguội mẫu + Sau khi mẫu nguội đem cân ta được khối lượng m0 (g) gồm khối lượng của hộp + khối lượng đất khô

Độ ẩm của đất (w) được tính bằng % theo công thức sau:

%100

*

0m

m0 : Khối lượng đất đã được sấy khô + khối lượng hộp sấy có nắp (g)

m1 : Khối lượng của đất vμ hộp sấy có nắp (g)

Thí nghiệm nμy phải lμm với 3 mẫu sau đó lấy giá trị trung bình

II Các chỉ tiêu vật lý gián tiếp của đất

Các chỉ tiêu vật lý gián tiếp của đất lμ những chỉ tiêu không được xác định trực tiếp bằng các thí nghiệm mμ chúng được xác định từ các chỉ tiêu vật lý trực tiếp thông qua các công thức liên hệ

1 Nhóm các chỉ tiêu về trọng lượng

a/ Trọng lượng thể tích bão hoμ (no nước) γ bh :

Lμ trọng lượng một đơn vị thể tích ở trạng thái bão hoμ Khi đó đất chỉ gồm 2 pha lμ pha cứng vμ pha lỏng

'

3 n

Lμ trọng lượng một đơn vị thể tích đất nằm dưới nước Trong trường hợp nμy sau khi

đất no nước còn chịu lực đẩy nổi Archimède:

)

3 h

Vr

=

b/ Hệ số rỗng của đất (e):

Để xác định độ rỗng của đất ngoμi chỉ số độ rỗng ta còn sử dụng hệ số rỗng e

Hệ số rỗng e lμ tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng so với thể tích hạt của mẫu đất đó Hệ số rỗng thường biểu thị bằng số thập phân

e < 0,5 - Đất có độ rỗng nhỏ - Đất tốt, đất có cường độ cao

e = 0,5 - 0,7 - Đất có độ rỗng trung bình - Đất trung bình

e = > 0,7 - Đất có độ rỗng lớn - đất yếu, đất có cường độ thấp

Giữa độ rỗng vμ hệ số rỗng có liên hệ như sau:

1+

=+

=

=

eeV

VVV

Vn

h

h r h r

V

Vr

(1.3-15)

nnV

VVV

Ve

c/ Độ bão hoμ của đất (S r ):

- Chỉ với khái niệm độ ẩm ta chưa xác định được đất đang xét có mức độ khô hay ẩm vì

nó còn phụ thuộc vμo độ rỗng của đất Muốn biết đất khô hay ướt ta cần phải biết nước lấp được bao nhiêu phần lỗ rỗng vì vậy mμ ngoμi chỉ tiêu về độ ẩm ω ta còn sử dụng thêm chỉ tiêu độ bão hoμ của đất Sr

- Độ bão hoμ của đất lμ tỷ số giữa thể tích nước trong đất vμ thể tích lỗ rỗng có trong mẫu đất đó Chỉ số nμy thường biểu thị bằng số thập phân

Đối với đất cát mức độ bão hoμ được phân ra như sau:

Sr =< 0,5 - Đất hơi ẩm

0,5 < Sr =< 0,8 - Đất ẩm

Sr > 0,8 - Đất bão hoμ

Các công thức liên hệ thường dùng được cho trong bảng 1-5 SGK