ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Lớp L19 – Nhóm 05 Giảng viên hướng dẫn TS Lại Văn Quí DANH SÁCH THÀNH VIÊN STT Họ[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH Lớp: L19 – Nhóm: 05 Giảng viên hướng dẫn: TS Lại Văn Quí DANH SÁCH THÀNH VIÊN STT Họ tên Bùi Ngọc Trung MSSV 2115107 Khoa Kỹ thuật xây dựng Dương Đình Trường 2115143 Kỹ thuật xây dựng Triệu Nguyễn Thủy Tiên 2114980 Kỹ thuật xây dựng Phạm Viết Tuấn 2115188 Kỹ thuật xây dựng Huỳnh Trần Công Vụ 2115332 Kỹ thuật xây dựng TP HCM, ngày 11 tháng 12 năm 2022 Ghi MỤC LỤC BÀI 1: THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH CỞ HẠT (GRAIN SIZE ANALYSIS) BÀI 2: THÍ NGHIỆM SPT 12 BÀI 3: THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH CPT – CONE PENETRATION TESTING 27 BÀI 4: THÍ NGHIỆM GIỚI HẠN ATTERBERG (ATTERBERG LIMITS) 48 BÀI 5: THÍ NGHIỆM ĐẦM CHẶT (COMPACTION TEST) 54 BÀI 6: THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP (DIRECT SHEAR TEST) 58 BÀI 7: THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT (CONSOLIDATION COMPRESSION TEST) 62 BÀI 1: THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH CỞ HẠT (GRAIN SIZE ANALYSIS) PHƯƠNG PHÁP RÂY SÀNG (d ≥ 0,074 MM - # 200) PHƯƠNG PHÁP LẮNG ĐỘNG (d < 0,074 mm) Tiêu chuẩn áp dụng : 4198 -1995 Mục đích: - Thí nghiệm phân tích thành phần hạt (cở hạt): Xác định tỉ lệ tương đối tính theo phần trăm nhóm cở hạt khác đất - Dựa vào thành phần hạt đường cấp phối hạt để đánh giá mức độ đồng cấp phối; tính thấm nước; chọn vật liệu xây dựng; dự đoán biến đổi tính chất lý; xác định độ lớn nhóm cở hạt; phân bố hạt phân loại đất Dụng cụ thí nghiệm: Dùng cho phương pháp rây sàng - Bộ rây: nắp rây, rây, đáy rây Cở rây / Số hiệu Đường kính d (mm) 4” (cở rây) 101,6 2” 50,8 1” 25,4 3/4” 19,1 1/2” 12,7 3/8” 9,51 # (số hiệu) 4,76 #6 3,36 # 10 2,00 # 20 0,84 # 40 0,42 # 60 0,25 # 100 0,149 # 200 0,074 Rây khơ Rây rửa - Cân (độ xác 1g cân lớn, 0,1g cân tiểu) - Dụng cụ chia đất, muỗng xúc đất, chày cao su, lò sấy (1050C), máy rây,… Dùng cho phương pháp lắng đọng - Tỷ trọng kế (Hydrometer): dùng để đo tỷ trọng dung dịch - Hai bình hình trụ + Bình đựng mẫu + nước (huyền phù): lít + Bình đựng nước dùng để rửa tỷ trọng kế - Máy khuấy, que khuấy - Nhiệt kế: dùng để đo nhiệt độ thay đổi để hiệu chỉnh kết thí nghiệm (khi nhiệt độ thay đổi độ nhớt hỗn hợp thay đổi vận tốc rơi thay đổi phải hiệu chỉnh) - Đồng hồ bấm giây, chén đựng mẫu đất, bình cao su hút nước, hóa chất Na4P2O7 để làm phân tán đám hạt, rây N10 Thí nghiệm: Phương pháp rây sàng: - Lấy lượng đất vừa đủ sấy khô Lấy đất phương pháp chia đôi hay chia tư Khối lượng đất lấy sau: + Đất hạt mịn: 100 – 200 g + Đất cát pha: 300 – 500 g + Đất hạt lớn 3/8”: 1000 g + Đất hạt lớn 1/2”: kg + Đất hạt lớn 3/4”: kg + Đất hạt lớn 1”: 10 kg - Dùng chày cao su để tách rời hạt - Xếp rây thứ tự từ lớn đến nhỏ (lật ngược rây) - Đổ mẫu đất vào rây, đặt lên máy rây khoảng 10 phút (chú ý rây cho rây nằm mặt phẳng ngang, khơng làm rơi rải đất ngồi) - Cân đất cộng dồn (cân khối lượng đất từ rây lớn, cân dồn tiếp đến rây nhỏ), hàm lượng thất < 1% a) Rây khơ: Tổng khối lượng đem thí nghiệm 1424,9 b) Rây ướt: Lấy 100g từ đáy rây q trình khơ Phương pháp lắng đọng: - Dựa vào đặc tính phân bố hạt đất dung dịch (nước) để xác định thành phần hạt - Khi mẫu đất tạo thành huyền phù bình hạt có đường kính khác chìm lắng khác nhau; hạt lớn chìm nhanh hạt nhỏ - Phương pháp lắng động phương pháp tỷ trọng kế dựa vào định luật Stockes vận tốc giới hạn vật thể hình cầu rơi chất lỏng, phụ thuộc vào đường kính hạt, tỷ trọng hạt, tỷ trọng dung dịch độ nhớt dung dịch 𝑣= (𝛾𝑠 − 𝛾ⅆⅆ ) ⅆ 18η Trong v: vận tốc rơi hạt (cm/s) γs : dung trọng (trọng lượng riêng) hạt (g/cm3) γⅆⅆ : dung trọng (trọng lượng riêng) chất lỏng (g/cm3) ≡ γw (dung trọng nước) η: độ nhớt dung dịch (g.s/cm2) = μ/g, μ: độ nhớt đơn vị dung dịch hay Poise (dynes.s/cm2) d: đường kính hạt (cm) g: gia tốc trọng trường = 981 cm/s2 Ta có: ℎ ℎ 𝛾𝑠 𝑣 = (= ) ; 𝐺𝑠 (𝛥) = 𝑡 60𝑡 𝛾𝑤 h: chiều cao rơi hạt (cm) t: thời gian rơi (phút) Gs (Δ): tỉ trọng hạt Từ ta có cơng thức xác định đường kính hạt: ⅆ=√ 18𝜇 ℎ ⋅ √ (cm) 60(𝐺𝑠 − 1)g 𝛾𝑤 𝑡 Trong thí nghiệm lắng đọng, lấy 𝛾𝑤 = g/cm3 , ℎ = 𝐻𝑅 , đường kính hạt xác định: ⅆ=√ 1800𝜇 𝐻𝑅 ⋅√ (mm) 981.60 (𝐺𝑠 − 1) 𝑡 d: đường kính hạt (mm) HR (cm): chiều cao rơi hạt, xác định từ số đọc tỉ trọng kế kế hiệu chỉnh R C t (phút): thời gian rơi tỉ trọng kế Gs : tỉ trọng hạt μ: độ nhớt đơn vị nước hay Poise (dynes.s/cm2) Bảng tra độ nhớt đơn vị or Poise (dynes.s/cm2) Nhiệt độ Độ nhớt Nhiệt độ Độ nhớt 18 0,01056 29 0,00818 19 0,01050 30 0,00801 20 0,01005 31 0,00784 21 0,00981 32 0,00768 22 0,00958 33 0,00752 23 0,00936 34 0,00737 24 0,00914 35 0,00722 25 0,00894 36 0,00718 26 0,00874 37 0.00695 27 0,00854 38 0,00681 28 0,00836 39 0,00668 Phương trình dùng cho loại đất có điều kiện 0,0002mm – 0,2mm (d > 0,2mm dòng rối chất lỏng, d < 0,0002mm tượng chuyển động Brown) Trình tự thí nghiệm: - Dùng 50g đất lọt qua rây N10, trộn với nước vừa đủ nhão chén, thêm 10 giọt hóa chất Na4P2O7 , ngâm 24h để làm phân tán đám hạt (trong TN thời gian bị hạn chế nên dùng 20 giọt TN khơng hồn tồn xác hạt khơng tách hạt rơi nhanh hơn) - Cho vào máy khuấy (có thể dùng tay để khuấy), trộn thêm nước, khoảng 10 phút - Đổ hỗn hợp vừa trộn vào bình (1), thêm nước vừa lít, dùng đũa khuấy - Cho thủy kế vào (bình 1), đọc trị số R vào thời điểm (nguyên tắc nhân đôi): T: 15”, 30”, 1’, 2’, 4’, 8’, 15’, 30’, 1h,…, 24h (sau thời điểm đo – sau 2’ – lấy TK để rửa (bình 2): tránh tượng bám dính hạt đất xung quanh TK) Trong q trình đọc có sai số do: nhiệt độ, mặt khum, hóa chất, mắt đọc,…, ta có số đọc sau hiệu chỉnh là: 𝑅𝐶 = 𝑅 + 𝑐𝑡 + 𝑐𝑚 R: số đọc từ thủy trọng kế ct : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ cm : hệ số điều chỉnh mặt khum Bảng tra hệ số hiệu chỉnh 𝑐𝑡 t ( C) t (0C) 𝐜𝐭 𝐜𝐭 18 -0,4 29 2,2 20 0,0 30 2,5 21 0,3 31 2,8 22 0,5 32 3,2 23 0,7 33 3,5 24 1,0 34 3,9 25 1,2 35 4,2 26 1,5 36 4,5 27 1,7 37 4,9 28 2,0 38 5,3 Hệ số hiệu chỉnh mặt khum: Tỉ trọng kế chia độ theo mép mặt khum Thông thường đọc, ta đọc số đọc theo mép mặt khum huyền phù không suốt Hệ số mặt khum 𝒄𝒎 = 𝟎, 𝟒 Tính 𝐇𝐑 từ số đọc tỉ trọng kế 𝐑 𝐂 : Sơ đồ tính sau: 1000 Vo/A L h 1030 HR=h-Vo/2A a Vo/2A O Phân tích hình vẽ ta thấy : Khi cho tỉ trọng kế vào mực nước ống đo dâng lên đoạn V0 /A Khi chất điểm tâm bầu (ứng với độ sâu HR ) dâng lên đoạn V0 /2A Ta có: V0 V0 V0 𝐻𝑅 = ℎ − + =ℎ− 𝐹 2𝐹 2𝐹 𝐿 Mà ℎ = (𝑁 − 𝑀) 𝑁 𝐿 V0 𝑁 2𝐹 Suy 𝐻𝑅 = (𝑁 − 𝑀) + 𝑎 − Theo TCVN 4198-1995 hướng dẫn sau: Trong - HR (cm) chiều cao rơi hạt, xác định từ số đọc hiệu chỉnh R C - A: Diện tích ngang ống đo đựng huyền phù thí nghiệm; A = 30cm2 - V0 : Thể tích bầu tỉ trọng kế 151H , V0 = 73cm3 = 73ml (thể tích phần cịn lại phía mặt huyền phù xem không đáng kể) - h: Độ sâu từ mặt huyền phù đến tâm bầu tỉ trọng kế (cm) - a: Khoảng cách từ tâm bầu đến vạch chia thấp (1030); a = 9,511cm - L: Khoảng cách từ vạch chia thấp (1030) đến vạch chia 1000; L = 8,0cm - N: Số vạch chia (phần ngàn) tính từ vạch chia 1030 đến vạch chia 1000; N = 30 - M: Số vạch chia (phần ngàn) tính từ vạch chia đọc trị số R C thang tỉ trọng vạch chia 1000 * Theo hướng dẫn cách đọc số thí nghiệm: lấy số có nghĩa sau cùng: Ví dụ: 1000 ta đọc 1012 ta đọc 12 Cách gọi trị số sau: Gọi: - A: Diện tích ngang ống đo đựng huyền phù thí nghiệm; A = 30cm2 - V0 : Thể tích bầu tỉ trọng kế 151H , V0 = 73cm3 = 73ml (thể tích phần cịn lại phía mặt huyền phù xem không đáng kể) - h: Độ sâu từ mặt huyền phù đến tâm bầu tỉ trọng kế (cm) - a: Khoảng cách từ tâm bầu đến vạch chia thấp (vạch 30); a = 9,511cm - L: Khoảng cách từ vạch chia thấp (30) đến vạch chia 0; L = 8,0cm - N: Số vạch chia, tính từ vạch chia 30 đến vạch chia 0; N = 30 - M: Số vạch chia, tính từ vạch chia đọc trị số R C thang tỉ trọng vạch chia Ví dụ: Ta đọc R C sau hiệu chỉnh R C = 12,45 Vậy trị số M = 12,45 − = 12,45 Tính cự ly chìm lắng HR sau: 𝐿 V0 73 (30 − 12,45) + 9,511 − 𝐻𝑅 = (𝑁 − 𝑀) + 𝑎 − = = 12,97 𝑁 2𝐹 30 2.30 Để thuận tiện, người ta lập sẵn bảng tra 𝑯𝑹 từ số đọc 𝑹𝑪 (cho loại tỉ trọng kế) sau: Bảng tra giá trị 𝐻𝑅 từ số đọc hiệu chỉnh 𝑅𝐶 (loại 151H) Rc 1.000 1.001 1.002 1.003 1.004 1.005 1.006 1.007 1.008 1.009 Hr (cm) 16.3 16.0 15.8 15.5 15.2 15.0 14.7 14.4 14.2 13.9 Rc 1.010 1.011 1.012 1.013 1.014 1.015 1.016 1.017 1.018 1.019 Thủ y kế151H Hr (cm) Rc 13.7 1.020 13.4 1.021 13.1 1.022 12.9 1.023 12.6 1.024 12.3 1.025 12.1 1.026 11.8 1.027 11.5 1.028 11.3 1.029 Hr (cm) 11.0 10.7 10.5 10.2 10.0 9.7 9.4 9.2 8.9 8.6 Rc 1.030 1.031 1.032 1.033 1.034 1.035 1.036 1.037 1.038 Hr (cm) 8.4 8.1 7.8 7.6 7.3 7.0 6.8 6.5 6.2 % TL mịn % TL mịn đ/v toàn mẫu Thời gian T Số đọc R Nhiệt độ Số hiệu chỉnh Số đọc hiệu chỉnh Rc 15" 1,0240 30 0,0023 1,0263 11,19 0,0815 42,2 15,3 15" 30" 1,0200 30 0,0023 1,0223 12,25 0,0603 35,8 12,9 30" 45" 1,0180 30 0,0023 1,0203 12,79 0,0503 32,6 11,8 45" 1' 1,0170 30 0,0023 1,0193 13,05 0,0440 31,0 11,2 1' 2' 1,0150 30 0,0023 1,0173 13,59 0,0318 27,8 10 2' 4' 1,0130 30 0,0023 1,0153 14,12 0,0245 24,6 8,9 4' 8' 1,0120 30 0,0023 1,0143 14,39 0,0175 23,0 8,3 8' 15' 1,0105 30 0,0023 1,0128 14,79 0,0129 20,6 7,4 15' 30' 1,0090 30 0,0023 1,0113 15,19 0,0093 18,1 6,6 30' 1g 1,0080 30 0,0023 1,0103 15,45 0,0066 16,5 1g 2g 1,0060 30 0,0023 1,0083 15,99 0,0048 13,3 4,8 2g 4g 1,0050 30 0,0023 1,0073 16,25 0,0034 11,7 4,2 4g 8g 1,0040 30 0,0023 1,0063 16,52 0,0024 10,1 3,7 8g 24g 1,0030 30 0,0023 1,0053 16,79 0,0014 8,5 3,1 24g Cự lý chìm lắng 𝐇𝐑 (cm) Đường kính (mm) THÍ NGHIỆM LẮNG ĐỌNG: ∆= 2,65, C = B = 50g Tính tốn kết quả: - Tính % trọng lượng đất giữ lại cộng dồn rây: 𝐴% = (Khối lượng đất giữ lại cộng dồn rây x 100%) / M M khối lượng đất đem làm thí nghiệm - Tính % trọng lượng đất lọt qua rây: 𝐵% = 100% − 𝐴% - Tính % trọng lượng đất có đường kính < D (dành cho phương pháp lắng đọng) (𝐺𝑠 ∕ 𝐺5 − 1) 𝑅𝐶 𝑁% = 𝑚 Trong đó: m trọng lượng đất đem thí nghiệm (= 50g) * Tại thời điểm đọc số R độ sâu H (gần tâm bầu tỉ trọng kế), có hạt có đk < D Gọi P trọng lượng nhóm hạt < D/1000cm3 huyền phù trọng lượng đơn vị thể tích huyền phù gần tâm bầu gồm: trọng lượng phần hạt (P/1000) + trọng lượng phần nước Tỉ trọng huyền phù độ sâu H: 𝑃 𝑃 𝐺ℎ𝑝 = + (1 − )𝐺 1000 1000𝐺𝑠 𝑤 Mặt khác theo số đọc tỉ trọng kế tỉ trọng huyền phù tâm bầu: 𝑅 𝐺ℎ𝑝 = + 1000 𝑅 𝑃 𝑃 → 1+ = + (1 − )𝐺 1000 1000 1000𝐺𝑠 𝑤 Xem 𝐺𝑤 = 1 𝐺𝑠 → 𝑅 = 𝑃 (1 − ) → 𝑃 = 𝑅 𝐺𝑠 (𝐺𝑠 − 1) Gọi m khối lượng mẫu đất khô để tạo 1000cm huyền phù, % tích lũy nhóm hạt có đường kính < D: 𝑃 𝐺𝑠 𝑅 𝑁 = ⋅ 100% = ⋅ ⋅ 100% (𝐺𝑠 − 1) 𝑚 𝑚 Vẽ đường cong cấp phối cỡ hạt: Kết phân tích hạt trình bày dạng đường cong cấp phối hạt, hệ thống nửa trục logarite Trục hồnh biểu diễn đường kính hạt, trục tung biểu diễn phần trăm trọng lượng hạt lọt qua rây hay % mịn Có dạng cấp phối chính: - Dạng thoai thoải: cấp phối tốt - Dạng dốc đứng: cấp phối xấu - Dạng bậc thang: cấp phối trung bình Các hệ số: - Hệ số đồng nhất: 𝐷60 𝐶𝑢 = 𝐷10 Cu < 5: Đất đồng Cu = – 15: Vừa Cu > 15: Đất khơng đồng - Hệ số hình dạng (Coefficient of curvature Cc ) (𝐷30 )2 𝐶g (𝐶𝐶 ) = 𝐷10 𝐷60 Cg > 4: Sạn Cg > 6: Cát < Cg < 3: Sạn – cát Cg = 0,5 – 2,0: Cấp phối tốt Trong đó: D60; D30; D10: Đường kính cở hạt mà hạt có đường kính nhỏ chiếm 60%; 30%; 10% theo thứ tự 10 BÀI 5: THÍ NGHIỆM ĐẦM CHẶT (COMPACTION TEST) Tiêu chuẩn áp dụng: 4201 -1995 Mục đích - Những cơng trình như: đắp đường, nhà, đê, đập, sân bay, cơng trình san lắp, hay cơng trình tương tự cần phải lu lèn hay đầm chặt trước thiết kế cần phải xác định dung trọng khô γmax wopt để tối ưu hóa cho cơng tác lu lèn - Những cơng trình thi cơng (đã lu lèn) cần phải kiểm tra chất lượng độ chặt nền; cần phải TN đầm chặt để xác định hệ số đầm chặt k - Mục đích việc đầm chặt: + Làm giảm độ lún cơng trình tương lai + Làm tăng khả chịu tải đất + Làm tăng sức chống cắt đất + Làm giảm độ thấm nước qua cơng trình Dụng cụ thí nghiệm - Khn Proctor tiêu chuẩn V = 944cm3 - Búa dầm (độ rơi h = 30,48cm = 12in, Q = 2,5kg) - Cân lớn (cân khối lượng đất + khuôn), cân nhỏ (xác định độ ẩm) - Dụng cụ chia đất, muỗng xúc đất, dao gạt đất, dụng cụ xác định độ ẩm, … Thí nghiệm: - Làm khô mẫu đất sấy khô t < 500C, dùng chày để làm tơi đất, cho lọt qua rây N4, lấy khoảng kg đất - Sau thêm nước vào trộn Cách thêm nước: 0,01𝑄 (𝑤 − 𝑤ℎ ) 𝑞= + 0,01𝑤 Trong đó: q: lượng nước phun thêm (g) w: độ ẩm yêu cầu (%) wh : độ ẩm đất trước phun thêm nước (%) Q: trọng lượng đất trước phun thêm nước (w − wh ): độ tăng độ ẩm (khoảng 2-3%) - Cân trọng lượng khuôn, dùng muỗng xúc đất đổ vào khuôn, chia thành lớp, lớp đầm n chày phân bố khuôn + Đất cát & cát pha sét: n = 25 + Đất sét pha cát & sét có IP < 30: n = 30 – 40 + Đất sét có IP > 30: n = 40 – 50 * Công đầm (N.cm/cm3) 𝐴= 𝑛.𝑚.g.ℎ 𝐹.𝑎 ⋅ 10 Trong đó: n: số lần đầm lớp m: khối lượng búa đầm (2,5kg) g = 981cm/s2 54 h: chiều cao rơi = 30,48 cm f: diện tích mặt cắt ngang khn (cm2) a: chiều dày lớp đất đầm (cm) - Dùng dao gạt phía trên, cân trọng lượng khn đất (G) - Lấy mẫu đất khỏi khuôn - Lấy mẫu đất lớp đầm để xác định độ ẩm (cân trọng lượng long mẫu, sấy khô, cân lại trọng lượng lon mẫu đất khô => xác định độ ẩm) - Làm tơi mẫu đất thêm nước vào ( độ tăng độ ẩm 2-3%) lập lại TN - Cứ thế, lặp lại TN đến cân thấy trọng lượng đất khuôn giảm hay tốc độ tăng (đất + khn) < tốc độ tăng độ ẩm Tính tốn kết - Trong q trình TN, xác định dung trọng ẩm: 𝛾 = 𝑄 ∕ 𝑉𝑘ℎ𝑢ô𝑛 𝛾 - Xác định dung trọng khô ứng với lần TN: 𝛾ⅆ = 1+0,01𝑤 - Vẽ biểu đồ quan hệ w γⅆ , từ xác định γmax wopt Số thứ tự lần đầm Đơn vị Các tiêu thí nghiệm đo Trọng lượng đất ẩm + khuôn 5941 6023 6154 6234 6225 Trọng lượng khuôn 4250 4250 4250 4250 4250 Thể tích khn 944 944 944 944 944 Dung trọng ẩm 1,791 1,878 2,017 2,102 2,092 Ký hiệu lon chứa 18 50 22 Trọng lượng đất ẩm + lon 94,3 106,5 119,4 71,2 89,8 Trọng lượng đất khô + lon 91 100,5 109,7 64,5 79 Trọng lượng lon 13,8 14,65 12,77 11,76 11,8 Độ ẩm 4,3 10 12,7 16,1 Dung trọng khô 1,717 1,755 1,834 1,865 1,802 55 d Đường bảo hòa d.max Đường cong đầm chặt w wopt Đường cong đầm chặt đất * Vì khó làm khơng khí hết khỏi lỗ rỗng, điều kiện để dạt độ bão hòa S = 100%, đường cong đầm nện ln ln nằm đường cong bảo hịa * Kiểm tra ‘độ rỗng’: 𝐺𝑆 (1 − 𝐴𝑣 ) γⅆ 𝑚𝑎𝑥 = + 0,01𝑤𝐺𝑆 Trong đó: GS : tỉ trọng hạt Av : độ rỗng lại cho phép (4 – 5%) * Kiểm tra đường bảo hòa: 𝜌𝑆 γⅆ (𝑠𝑎𝑡) = 𝜌 + 0,01𝑤 𝑆 𝜌𝑤 Trong đó: ρS : khối lượng riêng hạt (soil) ρw : khối lượng riêng nước Nhận xét SV Chú ý: Xác định hệ số đầm chặt 𝐾 = γⅆ (𝑐𝑡) /γⅆ max(𝑡𝑛) γⅆ (ct) xác định pp dao vòng sand cone trường, d.max (tn) xác định TN Proctor hay Modified Proctor phịng TN Tùy thuộc vào hạng mục cơng trình mà hệ số K thiết kế theo yêu cầu từ 0,9 – 0,95 56 Chart Title 1.88 1.86 dung trọng khô 1.84 1.82 1.8 1.78 1.76 1.74 1.72 1.7 0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00% 12.00% độ ẩm Biểu đồ đường cong đầm chặt 57 14.00% 16.00% 18.00% BÀI 6: THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP (DIRECT SHEAR TEST) Tiêu chuẩn thí nghiệm - TCVN 4199 – 1995 Đất xây dựng – phương pháp xác định sức chống cắt phịng thí nghiệm máy cắt phẳng (Soils – Laboratoy method of determination of shear resistance in a shear box) - ASTM D 3080 Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions Mục đích thí nghiệm - Thí nghiệm cắt trực tiếp để xác định đặc trưng độ bền đất (tính chất học: c, φ), từ đánh giá: + Sức chống cắt đất: 𝑆 = 𝜎 tan 𝜑 +𝑐 + Khả chịu tải đất nền: 𝑚1 𝑚2 𝑅= ⋅ (𝐴𝑏𝛾 + 𝐵𝛾 ′ ℎ + 𝐷𝑐 ) 𝐾𝑡𝐶 Trong A, B, D hệ số phụ thuộc vào c, φ - Ngoài c, φ cịn xác định TN khác: + Nén đơn (Unconfined compression test): áp dụng cho đất dính, đơn giản, cho kết trực tiếp, mặt phá hoại mặt yếu + Cắt trực tiếp (Direct shear test): áp dụng cho đất dính đất rời, đơn giản, cho kết trực tiếp, mặt phá hoại mặt nằm ngang thớt hộp cắt ấn định trước + Nén trục (Triaxial compression test): áp dụng cho loại đất, thí nghiệm phức tạp cho đầy đủ tiêu, có pp TN; Undrains – Unconsolidation (UU), Undrains – Consolidation (CU), Drains – Consolidation (CD) Dụng cụ thí nghiệm - Máy cắt trực tiếp - Hộp cắt (thớt cắt – dưới, bulông, nắp truyền tải, dá thấm) - Vòng đo lực, phận ghi nhận số đọc - Cánh tay đòn (tỷ lệ định) - Cân treo tải trọng - Những cân - Dao vòng tạo mẫu: d=6.3cm, h=2cm - Dụng cụ hỗ trợ: dao gọt, cung dây, cân kỹ thuật,… Các bước thí nghiệm a) Chuẩn bị mẫu - Chuẩn bị mẫu đất dụng cụ làm thí nghiệm - Cho đá thấm vào nước để bão hòa đá thấm - Dùng dao phẳng dao dây cung cắt khoanh đất có bề dày lớn bề dày dao vòng chút 58 - Sau cắt khoanh đất, đặt cạnh bén dao vòng lên bề mặt mẫu đất, dùng tay nén từ từ dao vòng xuống với dùng tay gạt phần đất thừa xung quanh, nén đến mẫu đất dư lên khỏi dao vịng khoảng – 2mm dùng dao làm phẳng lại bề mặt b) Chất tải đứng theo cấp áp lực thí nghiệm - Cho mẫu vào hộp cắt: dán giấy lên bề mặt mẫu đất, lắp hộp cắt cố định hai bulông, cho đá thấm, mẫu đất dán dấy, miếng đá thấm lại, ấn chặt đạy nắp truyền tải - Đặt hộp cắt lên máy cắt điều chỉnh tiếp xúc - Gác phận truyền tải lên nắp hộp cắt điều chỉnh cánh tay đòn (dùng thước cân bằng) - Cấp áp lực thẳng đứng thường dùng: σ = 0,25kG/cm2, 0.5kG/cm2 , 0.75 kG/cm2, 1kG/cm2,… - Tải trọng chất vào máy để tạo áp lực thẳng đứng tính tốn theo: trọng lượng vật chất tải, chiều dài cánh tay đòn, tiết diện ngang mẫu đất - Hiệu chỉnh đồng hồ đo (lực chuyển vị) vị trí ban đầu c) Cắt mẫu - Mở chốt - Điều chỉnh tốc độ cắt máy thơng qua chốt điều chỉnh Ở thí nghiệm , tiến hành cắt với tốc độ 1mm/phút - Rút hai chốt bulông cố định hộp cắt, bật công tắt cho máy tiến hành cắt - Theo dõi số đọc đồng hồ ghi nhận số đọc lớn - Kết thúc thí nghiệm: dở tải, tháo hộp cắt d) Tiến hành cho nhiều mẫu thí nghiệm Lặp lại thí nghiệm cho nhiều cấp áp lực khác Kết thí nghiệm - Thơng số thí nghiệm Cấp áp lực (kG/cm2) 0.5 0.75 Số đọc lớn (vạch) 27 44,5 60 Lực cắt (kPa) 50 100 200 - Tính tốn kết Mẫu số Ứng suất pháp σ (kN/m2) Ứng suất tiếp τ (kN/m2) 0,5 0,42903 0,70710 0,95340 - Vẽ biểu đồ quan hệ τ (kg/cm2) σ (kg/cm2) 59 (kG/cm2) = tan + c c (kG/cm2) Quan hệ lực cắt áp lực thẳng đứng - Xác định giá trị 𝑐 𝜑 tan 𝜑 = ∑31(𝜏𝑖 𝜎𝑖 ) − ∑1 𝜏𝑖 ∑31 𝜎𝑖 ∑1 𝜎𝑖 − (∑31 𝜎𝑖 )2 𝑐= = 0,334825 → 𝜑 = 18,51183 ∑ 𝜏𝑖 ∑1 𝜎𝑖 − ∑31 𝜎𝑖 ∑31(𝜏𝑖 𝜎𝑖 ) 3 ∑1 𝜎𝑖 − (∑31 𝜎𝑖 )2 = 0,57165 Chúng ta dùng hàm LINEST Excel để tính tốn tan 𝜑 = LINEST(𝜏1 : 𝜏3 , 𝜎1 : 𝜎3 , 1) 𝜑 = DEGREES(ATAN(tan 𝜑)) 𝑐 = IF(( ) ((𝜏1 + 𝜏2 + 𝜏3 ) − tan 𝜑 (𝜎1 + 𝜎2 + 𝜎3 )) > 0, ( ) ((𝜏1 + 𝜏2 + 𝜏3 ) − tan 𝜑 (𝜎1 + 𝜎2 + 𝜎3 )),0) Chuyển kết thập phân φ sang giá trị độ Phút = ((𝜑 − 𝐼𝑁𝑇(𝜑)) 60 Độ + phút = CONCATENATE(ROUND(độ, 0), “𝑜”, ROUND(phút, 0), “′”) Kết tan 𝜑 = 0,334825 𝜑 = 18,51183 𝑐 = 0,57165 60 Quan hệ lực cắt áp lực thẳng đứng 1.4 áp lực cắt(τ) 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.5 1.5 2.5 áp lực nén(σ) áp lực cắt(τ) Biểu đồ quan hệ lực cắt áp lực thẳng đứng để xác định c, φ Nhận xét SV - Áp lực nén áp lực cắt có độ lớn tăng tỉ lệ với nhau, áp lực nén tăng giá trị áp lực cắt tăng ngược lại Ưu điểm: - Chuẩn bị mẫu đơn giản - Có thể thí nghiệm cắt trực tiếp với đất sạn sỏi (khi sử dụng dao vịng vng kích thước lớn) Nhược điểm: - Khó kiểm sốt q trình nước thí nghiệm dẫn đến khó kiểm sốt thông số sức kháng cắt hoạt động với trạng thái tự nhiên đất - Xác định áp lực nước lỗ rỗng - Mặt trược ấn định trước mà không cắt theo trạng thái tự nhiên đất, phân bố ứng suất đất không đồng trạng thái tự nhiên 61 - BÀI 7: THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT (CONSOLIDATION COMPRESSION TEST) Mục đích - Thí nghiệm nén cố kết để xác định đại lượng: hệ số nén lún a, hệ số thay đổi thể tích mv , số nén lún cc , số nở cs, modul biến dạng E, hệ số cố kế cv , hệ số thấm k, hệ số rỗng ứng với cấp tải,… để phục vụ cho cơng việc tính tốn biến dạng (lún) đất - Tính nén lún đất q trình giảm thể tích lỗ rỗng hay cịn gọi trình nén chặt đất Dưới tác dụng tải trọng ngồi hạt rắn sếp lại, thể tích lổ rỗng giảm, đất nén chặt - Khi tải trọng đặt lên đất nước lổ rỗng đất tiếp thu có xu hướng từ lổ rỗng đất Q trình nước lổ rỗng xảy ra, áp lực nước lổ rỗng có xu hướng giảm, áp lực hữu hiệu tăng dần Đến thời điểm nước ngồi, lúc hạt đất chịu toàn áp lực tải trọng Hiện tượng nén chặt đất thoát nước chậm từ lổ rỗng đất gọi trình cố kết Dụng cụ thí nghiệm - Máy nén cố kết - Dụng cụ tạo mẫu (dao vòng: chiều cao 2cm, diện tích mặt cắt ngang 20cm2; dụng cụ gọt mẫu, dùng dây cắt mẫu đất sét mềm) - Đồng hồ bấm giây, tải trọng tạo áp lực đứng, cân, lị sấy,… Thí nghiệm - Dùng dao vòng dụng cụ gọt mẫu để lấy mẫu từ mẫu đất nguyên dạng - Cho mẫu đất lấy vào hộp nén đá bọt - Đặt hộp nén vào máy nén - Điều chỉnh đồng hồ vị trí - Cân cánh tay đòn thủy kế - Chất tải trọng theo cấp: 0,25; 0,5; 1; 2; 4kg/cm2,… Mỗi cấp tải tác dụng lên mẫu giữ đạt ổn định biến dạng nén (Biến dạng không vượt 0,01mm 30 phút đất cát, đất cát pha, 12 đất sét pha đất sét có số dẻo IP < 30 Riêng với đất sét có IP > 30 đất sét mềm yếu biến dạng coi ổn định biến dạng không vượt 0,01mm 24 giờ) - Theo dõi ghi biến dạng nén đồng hồ đo biến dạng cấp tải trọng sau 15s tăng tải đến biến dạng ổn định theo qui ước Khoảng thời gian đọc lần sau lấy gấp đôi so với lần đọc trước: 15s, 30s, 1m, 2m, 4m, 8m, 15m,…1h, 24h 62 - Sau biến dạng mẫu đất ổn định cấp áp lực cuối tiến hành giở tải Nguyên tắc giở tải giống lúc đặt tải giở cấp thứ tự: 4; 2; 1; 0,5; 0,25kg/cm2 Đo lại chuyển dịch đồng hồ đo biến dạng Chú ý Để cho đất bảo hòa cần phải đổ nước đầy hộp nén q trình thí nghiệm Cũng cần ý không cho đất nở thấm nước vào hộp nén Nếu đồng hồ đo biến dạng chuyển dịch thêm nước chứng tỏ mẫu bị nở, lúc phải chỉnh lại vít hãm để đưa trở vị trí ban đầu Số đọc đồng hồ 1/100mm Tính tốn kết a) Tính hệ số rỗng ban đầu - Mẫu đất trước nén (lấy phần dư) phải thí nghiệm đặc trưng vật lý (γ, w, Gs ), từ xác định hệ số rỗng ban đầu: 𝐺𝑠 𝛾𝑤 (1 + 0,01𝑤 ) ⅇ0 = −1 𝛾 Trong đó: 𝛾𝑤 : dung trọng nước 𝛾: dung trọng (tự nhiên) hạt b) Tính hệ số rỗng ứng với cấp áp lực - Sự thay đổi hệ số rỗng Δⅇ ứng với cấp áp lực: 𝛥ⅇ𝑛−1,𝑛 = 𝛥ℎ𝑛−1,𝑛 ℎ𝑛−1 (1 + ⅇ𝑛−1 ) 𝛥𝑒 = 𝛥ℎ ℏ0 (1 + ⅇ0 ) Với Δh biến dạng mẫu đất cấp tải n (tính mm) - Hệ số rỗng mẫu đất tương ứng với cấp áp lực: ⅇ𝑛 = ⅇ0 − 𝛥ⅇ𝑛 Phần nén: Modul tổng Lực nén P Hệ số nén a Δh (mm) Hệ số rỗng ⅇ kg/cm2 (cm2/kG) biến dạng E0 0,000 0,10 0,25 0,50 0,1212 0,446 0,820 Chỉ số nén CC 1,624 0,13 16,50165017 0,23 9,191674877 0,085668712 0,16 13,13048128 0,21 9,869387755 0,341696181 1,611 1,577 0,13040242 1,538 63 1,00 2,00 4,00 Phần tải Lực nén P kg/cm2 2,00 1,00 0,50 0,25 0,00 1,800 3,650 1,435 1,024 Δh (mm) Hệ số rỗng ⅇ 5,45 1,052 4,93 4,69 10,03243243 0,64503871 0,11 16,50241546 0,721746016 1,241 5,720 5,05 0,19 Hệ số nén a Modul tổng biến dạng E0 Chỉ số nén CC 0,041984 39,9 0,139467829 0,0251904 66,9 0,041840349 0,1007616 16,925 0,083680697 0,2896896 6,086956522 1,094 1,107 1,132 1,204 c) Vẽ biểu đồ quan hệ - Dựa vào số liệu thí nghiệm tính toán lập thành bảng, vẽ đường nén lún theo trục e-P e-logP 64 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 Biểu đồ quan hệ e-P 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0.1 1.0 10.0 Biểu đồ quan hệ e-logP (nén dở tải) d) Tính đại lượng - Tính số nén CC : ⅇ𝑛−1 − ⅇ𝑛 log 𝑃𝑛 − log 𝑃𝑛−1 - Tính hệ số nén lún a (cm /kG) tương ứng với cấp tải: ⅇ𝑛−1 − ⅇ𝑛 𝑎𝑛−1,𝑛 = 𝑃𝑛 − 𝑃𝑛−1 𝐶𝐶 = (có thể dựa vào đường e-logP để tính 𝑎: 𝑎𝑣 = 65 0,435𝑐𝑐 𝑃 , với 𝑃 = (𝑃trước + 𝑃sau )/2 - Modul biến dạng E (kG/cm2): + ⅇ𝑛−1 2𝜇2 𝐸𝑛−1,𝑛 = 𝛽 , với 𝛽 = − 𝑎𝑛−1,𝑛 1−𝜇 μ: hệ số nở hông phụ thuộc vào loại đất Đất cát = 0,25 – 0,3 Đất cát pha sét = 0,2 – 0,3 Đất sét pha cát = 0,33 – 0,37 Đất sét = 0,38 – 0,45 - Tính hệ số cố kết cv : có phương pháp để tính Phương pháp log t - Vẽ đường cong quan hệ chuyển vị (số đọc đồng hồ) logt - Xác định D100 t100 cách: + Vẽ tiếp tuyến với đoạn đường cong + Vẽ tiếp tuyến với đoạn cuối đường cong + Từ giao điểm hai tiếp tuyến, chiếu lên hai trục tính D100 t100 - Xác định D0 + Chọn t1 (thường 15 giây) t = 4t1 (1 phút) Tại t1 vẽ đường song song trục log t phía đọan (Dt2 – Dt1), đường cắt trục tung D0 - Xác định D50, từ suy t 50 𝐷0 + 𝐷100 𝐷50 = - Hệ số cố kết cv xác định: 0,197𝐻 𝑐𝑣 = 𝑡50 H: chiều cao đường thấm (bằng 1/2 chiều cao D50) (𝐻𝑛−1 + 𝐻𝑛 ) 𝐻= ⋅ 2 - Tính hệ số thấm k: 𝑐𝑣 𝜌𝑤 𝑎 𝑘= ⅇ𝑡𝑏 Trong đó: ρw : khối lượng riêng nước (0,001kG/cm3) ⅇ𝑡𝑏 = (ⅇ𝑛−1 + ⅇ𝑛 ) ∕ 2: hệ số rỗng trung bình hai cấp áp lực 66 Sốđọc biến dạng (mm) Deformation dial reading (mm) 0.80 D0 1.20 D50 1.60 2.00 D100 2.40 0.1 10 100 1000 10000 Thờ i gian (phú t) Time (min) Xác định hệ số cố kết cv theo phương pháp log t Phương pháp √t - Để dễ tính toán dễ vẽ ta nên đọc chuyển vị lún thời điểm 1m, 4, 9, 16,…, (√t) m - Vẽ đường cong quan hệ chuyển vị √t - Vẽ đường thẳng qua điểm nằm thẳng hàng (gần tiếp tuyến với đoạn cong) cắt trục tung D0 (điểm xem U = 0), cắt trục hồnh điểm có tọa độ x - Vẽ đường thẳng qua D0 cắt trục trục hồnh điểm có tọa độ 1,15x cắt đường cong √t điểm D90 Từ D90 chiếu xuống trục hồnh có t 90 - Hệ số cố kết cv xác định: 0,8481 − 𝐻 𝑐𝑣 = 𝑡90 14.6 Số đọc biến dạng [mm] 14.4 14.2 14.0 D0 13.8 D90 13.6 t90 13.4 Căn t [ph] Xác định hệ số cố kết cv theo phương pháp √t 67 10 11 Nhận xét SV Chú ý - Phương pháp log t sử dụng cho loại đất hạt mịn trạng thái mềm, nhão - Phương pháp √t dùng cho đất trạng thái dẻo mềm, cứng (đất sét pha, sét trạng thái cứng) 68 ... không nguyên dạng dùng mô tả thí nghiệm phân loại đất, thí nghiệm thực độ sâu đủ lớn Chi phí cho thí nghiệm khơng q đắt; Thí nghiệm thực với hầu hết loại đất (có ưu so với nghiệm trường khác) - Số... sử dụng đơn lẻ nghiệm trường thí nghiệm Xun tiêu chuẩn SPT được, cần kết hợp thí nghiệm SPT với thí nghiệm trường khác, để thu kết thơng số xác có độ tin cậy cao 26 BÀI 3: THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH... 5.1 Dụng cụ giớ i hạn nhã o 48 b) Dùng cho thí nghiệm giới hạn dẻo - Dùng thí nghiệm xác định giới hạn chảy (nhão), để khơ Trình tự thí nghiệm a) Thí nghiệm giới hạn nhão - Dùng khoảng 100g đất