Bài giảng Thí nghiệm Địa kỹ thuật

Caâu hoûi oân taäp TRƯỜNG ĐHXD MIỀN TRUNG KHOA XÂY DỰNG BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT GVC TS Nguyễn Thanh Danh BÀI GIẢNG THÍ NGHIỆM ĐỊA KỸ THUẬT Phú Yên, 2020 Thí nghiệm Địa kỹ thuật GVC TS Nguyễn Thanh Danh 1[.]

TRƯỜNG ĐHXD MIỀN TRUNG KHOA XÂY DỰNG BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT GVC TS Nguyễn Thanh Danh BÀI GIẢNG THÍ NGHIỆM ĐỊA KỸ THUẬT Phú Yên, 2020 Thí nghiệm Địa kỹ thuật Phần 1: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ 2.1 Xác định thành phần hạt đất (TCVN 4198: 2014) 2.1.1 Những quy định chung mục đích thí nghiệm - Thành phần hạt đất hàm lượng nhóm hạt có đường kính khác đất, biểu diễn % so với khối lượng mẫu đất khô tuyệt đối lấy để phân tích - Thành phần hạt đất xác định phương pháp sàng (rây) theo hai cách: + Rây khơ để phân chia hạt có kích thước từ 10 ÷ 0,5 mm + Rây ướt (rây có rửa nước) để phân chia hạt có kích thước từ 10 ÷ 0,1 mm - Thành phần hạt đất loại cát đất loại sét xác định phương pháp tỷ trọng kế với hạt có kích thước từ 0,1 ÷ 0,002 mm phương pháp rây với hạt có đường kính lớn 0,1 mm (xem thêm hướng dẫn tài liệu [1]) - Xác định thành phần hạt phân chia đất thành nhóm cỡ hạt gần độ lớn xác định hàm lượng phần trăm chúng - Kết phân tích thành phần hạt đất dùng để phân loại đất đánh giá tính cấp phối 2.1.2 Thiết bị thí nghiệm - Bộ sàng tiêu chuẩn có kích thước lỗ: 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,25 0,1 mm; - Cân kỹ thuật có độ xác tới 0,01 g; - Cối sứ chày có bọc cao su để tách rời hạt đất; - Tủ sấy điều chỉnh nhiệt độ; lê cao su (để dồn hạt đất, hút nước); - Bát đựng đất; dao con; - Chổi lông nhỏ để quét hạt đất bám vào rây; máy sàng lắc Hình 2.1 Cân kỹ thuật Hình 2.2 Bộ sàng Hình 2.3 Máy sàng lắc 2.1.3 Chuẩn bị mẫu thử GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật Mẫu đất trung bình để phân tích lấy theo phương pháp chia tư (trộn đất, rải đất thành lớp mỏng, dùng dao vạch hai đường chéo chia đất làm bốn phần, lấy đất phần đối xứng) Khối lượng đất lấy làm thí nghiệm phụ thuộc vào hàm lượng hạt lớn mm (được ước lượng mắt thường) sau: Bảng 2.1 Khối lượng mẫu đất thí nghiệm thành phần hạt % theo khối lượng hạt có kích thước Khối lượng đất cần lấy để thí nghiệm (g) lớn mm 0% 100 ÷ 200 0% ÷ 10% 300 ÷ 900 10% ÷ 30% 1000 ÷ 2000 > 30% 2000 ÷ 5000 2.1.4 Trình tự thí nghiệm 2.1.4.1 Phương pháp rây khơ - Lắp sàng thành chồng theo thứ tự tăng dần kích thước lỗ sàng kể từ đáy sàng đến nắp sàng - Mẫu đất đại diện phơi khô gió hay sấy khơ tủ sấy - Dùng chày bọc cao su hay bóp tay để tách hạt đất dính vào nhau, tránh khơng đập mạnh để làm vỡ hạt đất - Trộn đất, lấy khối lượng mẫu đất theo hướng dẫn trên, cho vào chồng sàng sàng tay máy - Cân khối lượng nhóm cỡ hạt giữ lại sàng lọt xuống ngăn đáy, kết lấy xác đến 0,01 g 2.1.4.2 Phương pháp rây ướt - Lấy mẫu đất trung bình, cân khối lượng mẫu đất hướng dẫn đổ đất vào bát nhỏ cân trước - Dùng nước làm ẩm đất nghiền đất chày có đầu bọc cao su Sau đổ nước vào đất, khuấy đục huyền phù để lắng 10 ÷ 15 giây Đổ nước có hạt khơng lắng (thể vẫn) qua rây có lỗ 0,1 mm Cứ tiến hành khuấy đục đổ lên rây nước bên hạt lắng xuống hoàn tồn thơi - Dùng lê cao su bơm nước dội hạt lại rây vào bát, gạn đổ nước bát - Sấy đất bát trạng thái khơ gió cân bát với đất để tìm khối lượng đất sau dội rửa hạt có kích thước < 0,1 mm qua rây GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật - Xác định khối lượng hạt có kích thước < 0,1 mm theo hiệu số khối lượng mẫu trung bình lấy để phân tích khối lượng mẫu đất sau rửa hạt có kích thước < 0,1 mm - Sàng đất rửa bỏ hạt có kích thước < 0,1 mm qua rây - Cân khối lượng nhóm cỡ hạt giữ lại rây, kết lấy xác đến 0,01g Ghi chú: sai lệch khối lượng nhóm hạt với khối lượng mẫu đất trung bình đem phân tích khơng lớn 1% 2.1.5 Tính tốn kết - Hàm lượng % nhóm hạt (P, %) tính theo cơng thức sau: P mh 100% m (Kết lấy xác đến 0,1%) (2.1) Trong đó: mh: khối lượng nhóm hạt, g; m: khối lượng mẫu trung bình lấy để phân tích, g - Trình bày kết phân tích dướng dạng bảng số lượng chứa % nhóm hạt đường cong cấp phối hạt hệ trục bán logarit Đường cong lập theo hàm lượng cộng dồn nhóm hạt nhóm hạt bé mẫu đất Bảng 2.2 Hàm lượng chứa % nhóm hạt Đại lượng xác định Đường kính nhóm hạt (mm) > 10 10 ÷ 5÷2 2÷1 ÷ 0,5 0,5 ÷ 0,25 0,25 ÷ 0,1  0,1 Khối lượng nhóm hạt (g) Hàm lượng nhóm hạt (%) Hàm lượng cộng dồn (%) GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật Hình 2.4 Đường cong cấp phối hạt - Dựa vào kết phân tích hàm lượng cỡ hạt để phân loại đất theo bảng sau: Bảng 2.3 Phân loại đất theo hàm lượng % kích thước hạt Tên đất Hàm lượng kích thước hạt Cát pha sạn sỏi Khối lượng hạt có đường kính d > 2,0 mm chiếm 25% Cát hạt to Khối lượng hạt có đường kính d > 0,5 mm chiếm 50% Cát hạt trung Khối lượng hạt có đường kính d > 0,25 mm chiếm 50% Cát hạt nhỏ Khối lượng hạt có đường kính d > 0,1 mm chiếm 75% Cát hạt mịn (cát bột) Khối lượng hạt có đường kính d > 0,1 mm chiếm 75% - Tính hệ số đồng nhất: Cu  d 60 d10 (2.2) - Tính hệ số cong (biểu thị đường cong cấp phối hạt có đặn hay khơng): Cg  (d30 ) d10d 60 (2.3) Trong đó: d60, d30, d10: đường kính mà hạt có đường kính nhỏ chiếm 60%, 30%, 10% hàm lượng mẫu đem phân tích - Một mẫu đất có cấp phối tốt cần thỏa mãn điều kiện: Sỏi sạn: Cu > < Cg < Cát: Cu > < Cg < Nếu điều kiện khơng thỏa mãn đất có tính cấp phối GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật CÂU HỎI ÔN TẬP Nêu mục đích, ý nghĩa thí nghiệm xác định thành phần hạt đất Nêu trình tự thí nghiệm xác định thành phần hạt Nêu kích thước cỡ rây dùng thí nghiệm xác định thành phần hạt Cách vẽ đường cong cấp phối hạt Hãy vẽ đường cong cấp phối hạt đất: a Cát hạt trung, đồng b Cát hạt to, không đồng Kết phân tích thành phần hạt 100 g mẫu đất sau: Đại lượng xác định Khối lượng nhóm hạt (g) Đường kính nhóm hạt (mm) > 10 10 ÷ 0 2÷1 ÷ 0,5 0,5 ÷ 0,25 0,25 ÷ 0,1  0,1 0,58 8,11 28,09 13,53 21,79 27,9 5÷2 Hãy vẽ đường cong cấp phối hạt, xác định tên tính cấp phối mẫu đất GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật 2.2 Xác định khối lượng thể tích hạt đất (TCVN 4195: 2012) 2.2.1 Những quy định chung mục đích thí nghiệm - Khối lượng thể tích hạt đất (h, g/cm3) khối lượng đơn vị thể tích hạt đất, khơ tuyệt đối, xếp chặt xít, khơng kể lỗ rỗng - Về mặt trị số, khối lượng thể tích hạt đất tỷ số khối lượng phần hạt cứng mẫu đất sấy khô đến khối lượng khơng đổi nhiệt độ 105 ÷ 110 oC thể tích phần hạt cứng đó, xác định theo công thức: h  mh Vh (2.4) Trong đó: mh: khối lượng phần hạt cứng mẫu, g; Vh: thể tích phần hạt cứng mẫu, cm3 - Khối lượng thể tích hạt đất phụ thuộc vào thành phần khống vật đất, khơng phụ thuộc vào độ ẩm, độ rỗng, nhiều khoáng vật nặng khối lượng thể tích hạt đất lớn - Đối với mẫu đất cần tiến hành hai lần thử song song Chênh lệch kết hai lần thử song song không lớn 0,02 g/cm3 - Khối lượng thể tích hạt mẫu đất trị số trung bình hai lần thử song song - Có hai phương pháp để xác định khối lượng thể tích hạt đất phương pháp đun sôi phương pháp bơm hút chân khơng - Khối lượng thể tích hạt đất tiêu trực tiếp quan trọng dùng để xác định tiêu gián tiếp khác như: độ rỗng n, hệ số rỗng e, độ bão hào G, 2.2.2 Thiết bị thí nghiệm - Bình tỷ trọng loại có dung tích khơng nhỏ 100 cm3; - Sàng có lỗ đường kính mm; - Cối chày sứ, chày cao su chày đồng; - Cân kỹ thuật có độ xác 0,01 g; - Bếp cát, nước cất, nhiệt kế; tủ sấy điều chỉnh nhiệt độ; - Bơm chân khơng (có bình hút chân khơng) GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật Hình 2.5 Bình tỷ trọng Hình 2.8 Bình chân khơng Hình 2.6 Cối sứ, chày cao su Hình 2.9 Máy bơm chân khơng Hình 2.7 Tủ sấy Hình 2.10 Bếp cách cát 2.2.3 Trình tự thí nghiệm 2.2.3.1 Phương pháp đun sôi - Bằng phương pháp chia tư, lấy khoảng 100 ÷ 200 g mẫu đất cần thí nghiệm sấy khơ tuyệt đối cho vào cối sứ nghiền chày cao su (đối với đất chứa dăm sạn dùng chày sứ đồng), cho đất qua sàng - Lấy khoảng 15 ÷ 20 g đất, dùng phễu cho vào bình tỷ trọng biết khối lượng bình go, đem cân xác định khối lượng đất bình g1 - Đổ nước cất vào bình tỷ trọng (có đất) mức 1/3 ÷ 1/2 thể tích bình, giữ ngun bình tay, lắc đặt lên bếp cát để đun sôi thời gian 30 phút đất cát, cát pha đất sét pha, sét để phá vỡ kết cấu đất đuổi khí lỗ rỗng khỏi đất - Lấy bình tỷ trọng khỏi bếp cát, đổ thêm nước cất (đã đun sơi giờ) vào bình ngấn làm nguội huyền phù (đất nước) nhiệt độ phòng Đo nhiệt độ huyền phù bình tỷ trọng với độ xác đến 0,5 oC - Đổ huyền phù ra, rửa bình cho nước cất đun sơi vào bình làm nguội đến nhiệt độ huyền phù Nước bình đầy tới vạch cân lên khối lượng bình đầy nước m2 2.2.3.2 Phương pháp bơm hút chân không GVC TS Nguyễn Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật - Bằng phương pháp chia tư, lấy khoảng 100 ÷ 200 g mẫu đất cần thí nghiệm sấy khơ tuyệt đối cho vào cối sứ nghiền chày cao su (đối với đất chứa dăm sạn dùng chày sứ đồng), cho đất qua sàng - Lấy khoảng 15 ÷ 20 g đất, dùng phễu cho vào bình tỷ trọng biết khối lượng bình go, đem cân xác định khối lượng đất bình g1 - Đổ nước cất vào bình tỷ trọng (có đất) mức 1/3 ÷ 1/2 thể tích bình, giữ ngun bình tay, lắc để bọt khí lên mặt thoáng - Mở máy bơm để tạo chân khơng bình tỷ trọng có chứa đất nước Sự khí hút chân khơng bình bắt đầu xuất bọt khí Tiếp tục tạo chân khơng bình tỷ trọng ngừng bọt, thời gian bơm (kể từ xuất bọt khí) khơng - Lấy bình tỷ trọng khỏi bình hút chân không, đổ thêm nước cất (đã đun sơi giờ) vào bình ngấn làm nguội huyền phù (đất nước) nhiệt độ phịng Đo nhiệt độ huyền phù bình tỷ trọng xác đến 0,5 oC - Đổ huyền phù ra, rửa bình cho nước cất đun sơi vào bình làm nguội đến nhiệt độ huyền phù Nước bình đầy tới vạch cân lên khối lượng bình đầy nước m2 2.2.4 Tính toán kết - Xác định khối lượng riêng đất theo công thức: h  mo n mo  m2  m1 m o = g1 – go (2.5) (2.6) Trong đó: go: khối lượng bình tỷ trọng, g; g1: khối lượng bình tỷ trọng đất khơ tuyệt đối, g; mo: khối lượng đất khô tuyệt đối, g; m1: khối lượng bình tỷ trọng có chứa huyền phù, g; m2: khối lượng bình tỷ trọng chứa đầy nước, g; n: khối lượng riêng nước nhiệt độ tiến hành thí nghiệm, g/cm3 Ghi chú: kết lấy xác đến 0,01g/cm3 - Khối lượng thể tích hạt phải xác định nhiệt độ tiêu chuẩn 20 oC, nên xác định nhiệt độ khác ta phải tiến hành hiệu chuẩn theo hệ số A sau: A  h (t  20o C )  h (t oC ) GVC TS Nguyễn Thanh Danh (2.7) ... Thanh Danh Thí nghiệm Địa kỹ thuật CÂU HỎI ƠN TẬP Nêu mục đích, ý nghĩa thí nghiệm xác định thành phần hạt đất Nêu trình tự thí nghiệm xác định thành phần hạt Nêu kích thước cỡ rây dùng thí nghiệm. .. 14 Thí nghiệm Địa kỹ thuật CÂU HỎI ƠN TẬP Nêu mục đích, ý nghĩa thí nghiệm xác định độ ẩm tự nhiên đất Nêu trình tự thí nghiệm xác định độ ẩm tự nhiên đất Nhiệt độ sử dụng để sấy đất thí nghiệm. .. Thí nghiệm Địa kỹ thuật Phần 1: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ 2.1 Xác định thành phần hạt đất (TCVN 4198: 2014) 2.1.1 Những quy định chung mục đích thí nghiệm - Thành