Tiểu luận Các phương pháp khảo sát hiện trường và thí nghiệm đất trong phòng

Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS. Võ Phán BÀI 1: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TRỌNG LƯỢNG RIÊNG CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM. 1. Mục đích Thí nghiệm này xác định trọng lượng riêng của mẫu đất ở trạng thái tự nhiên. 2. Cơ sở lý thuyết Trọng lượng riêng của mẫu đất được tính từ khối lượng riêng tự nhiên của mẫu đất. Khối lượng riêng của mẫu đất ký hiệu là ρ xác định bởi tỷ số khối lượng M và thể tích V của mẫu đất. M V ρ = Vì vậy để xác định khối lượng riêng của mẫu đất tự nhiên, ta cần phải biết thể tích V và khối lượng của mẫu đất M ở trạng thái tự nhiên. Thí nghiệm trong phòng với đất dính chỉ có cỡ hạt mịn có thể sử dụng phương pháp dao vòng, đã biết thể tích V, cắt vào mẫu đất nguyên dạng, gọt cho thật phẳng các mặt trên dưới, đem cân để biết khối lượng M. Trong trường hợp đất dính có hạt sỏi sạn, không thể sử dụng phương pháp dao vòng được, mà phải xác định thể tích bằng cách nhúng mẫu đất, đã cân khối lượng M vào paraffin nóng chảy để bọc kín mẫu đất và cân lại trong nước suy ra thể tích V của mẫu đất. Từ đó ta tính được trọng lượng riêng của mẫu đất γ bằng tích số khối lượng riêng ρ và gia tốc trọng trường g = 10m/s 2 . .g γ ρ = 3. Dụng cụ thí nghiệm Dao vòng, cao 2cm, đường kính 6,3cm. Cân điện tử, độ chính xác 0,01g. Thước kẹp. Đĩa thuỷ tinh. HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 1 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS. Võ Phán 4. Các bước thí nghiệm Dùng thước kẹp xác định đường kính trong của dao vòng là 6,3cm; chiều cao của dao vòng là 2cm. Từ đó tính được tiết diện dao vòng là 31.172cm 2 và thể tích V của dao vòng là 62.344cm 3 . Xác định khối lượng của dao vòng bằng cân điện tử. Dùng dao vòng ấn sâu vào mẫu đất theo chiều thẳng đứng, cho đất vào đầy dao vòng, chú ý phải giữ cho dao vòng luôn luôn thẳng đứng. Dùng dao cắt phẳng đất ở hai đầu dao vòng. Xác định khối lượng của dao vòng và đất. 5. Ghi nhận, tính toán số liệu và báo cáo kết quả. Khối lượng riêng tự nhiên của mẫu đất: A B V ρ − = HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 2 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS. Võ Phán Trong đó: ρ: Khối lượng riêng tự nhiên của mẫu đất (g/cm 3 ). A: Là khối lượng mẫu đất và dao vòng (g). B: Là khối lượng dao vòng (g). V: Thể tích dao vòng hoặc thể tích mẫu đất (cm 3 ). Từ đó tính được trọng lượng riêng của mẫu đất: .g γ ρ = Trong đó: γ: Trọng lượng riêng của mẫu đất (kN/m 3 ). ρ: Khối lượng riêng tự nhiên của mẫu đất (g/cm 3 ). g: Gia tốc trọng trường (m/s 2 ). Trong thí nghiệm buổi đầu (thí nghiệm nén ba trục) nhóm đã không dùng dao vòng mà đã dùng trực tiếp mẫu để xác định khối lượng riêng tự nhiên. Đường kính mẫu tại các vị trí: - Đầu là D 1 = 3,95cm = 39,5mm - Cuối là D 2 = 3.90cm =39,0mm → Đường kính trung bình của mẫu đất là: D = 39,25mm Chiều cao mẫu: h = 8.73cm = 87,3mm Từ đây ta sẽ tính được thể tích của mẫu đất là: 2 2 3 3 39,25 3.14 87,3 105575,52 105,58 4 4 D V h mm cm π = = × × = ≈ Và khối lượng của mẫu cân được là: 156,40M g= HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 3 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS. Võ Phán Kết quả xác định độ ẩm tự nhiên trong phòng thí nghiệm THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM TỰ NHIÊN CỦA ĐẤT BẢNG SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM TN NÉN 3 TRỤC ĐỘ ẨM TỰ NHIÊN (mẫu ngày 07/05/2010) Số hiệu lon ĐVT 5 43 56 A- Trọng lượng đất ẩm + lon g 26,59 22,45 22,17 B- Trọng lượng đất khô + lon g 20,52 17,71 17,78 C- Trọng lượng lon g 11,82 11,54 11,26 Độ ẩm: % 69,77 76,82 67,33 Độ ẩm tự nhiên trung bình % 71,31 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM TỰ NHIÊN CỦA ĐẤT BẢNG SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM TN NÉN CỐ KẾT ĐỘ ẨM TỰ NHIÊN (mẫu ngày 14/05/2010) Số hiệu lon ĐVT 43 56 A- Trọng lượng đất ẩm + lon g 20,79 17,2 B- Trọng lượng đất khô + lon g 16,14 14,07 C- Trọng lượng lon g 11,52 11,21 Độ ẩm: % 100,65 109,44 Độ ẩm tự nhiên trung bình % 105,04 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM TỰ NHIÊN CỦA ĐẤT BẢNG SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM TN CẮT TRỰC TIẾP ĐỘ ẨM TỰ NHIÊN (mẫu ngày 21/05/2010) Số hiệu lon ĐVT 43 56 A- Trọng lượng đất ẩm + lon g 24,42 27,39 B- Trọng lượng đất khô + lon g 19,55 21,43 C- Trọng lượng lon g 11,52 11,21 Độ ẩm: % 60,65 58,32 Độ ẩm tự nhiên trung bình % 59,48 HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 4 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS. Võ Phán Kết quả xác định dụng trọng tự nhiên trong phòng thí nghiệm DUNG TRỌNG TỰ NHIÊN (mẫu ngày 07/05/2010) Số hiệu dao vòng ĐVT Dao D1 Trung bình m 1 - Khối lượng dao vòng + đất g 166,2 m 2 - Khối lượng dao vòng g 107 V- Thể tích dao vòng cm 3 40 Dung trọng TN: 1 2 m m V γ − = KN/m 3 14,52 14,52 Dung trọng khô: 1 0,01 d W γ γ = + g/cm 3 8,48 8,48 DUNG TRỌNG TỰ NHIÊN (mẫu ngày 14/05/2010) Số hiệu dao vòng ĐVT Dao D1 Trung bình m 1 - Khối lượng dao vòng + đất g 130,36 m 2 - Khối lượng dao vòng g 43 V- Thể tích dao vòng cm 3 60 Dung trọng TN: 1 2 m m V γ − = KN/m 3 14,28 14,28 Dung trọng khô: 1 0,01 d W γ γ = + g/cm 3 8,34 8,34 DUNG TRỌNG TỰ NHIÊN (mẫu ngày 21/05/2010) Số hiệu dao vòng ĐVT Dao D1 Dao D2 Trung bình m 1 - Khối lượng dao vòng + đất g 227,36 227- m 2 - Khối lượng dao vòng g 106,59 106,82- V- Thể tích dao vòng cm 3 62,94 62,94- Dung trọng TN: KN/m 3 18,82 18,73 18,78 Dung trọng khô: g/cm 3 10,99 10,93 10,96 HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 5 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS. Võ Phán 6. Nhận xét, ứng dụng vào thiết kế nền móng Trọng lượng riêng là một trong những thông số vật lý cơ bản của đất là các tính chất để xác định trạng thái vật lý của nó. Góp phần quan trọng trong thiết kế nền móng. Trọng lượng riêng là mối quan hệ giữa khối lượng và thể tích và cũng là số đo quan trọng về trạng thái của đất. HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 6 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS. Võ Phán BÀI 2: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN ATTERBERG GIỚI HẠN CHẢY VÀ GIỚI HẠN DẺO TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 1. Mục đích Xác định các giới hạn chảy W L và giới hạn dẻo W P tức là xác định các giá trị độ ẩm ở các giới hạn chảy và dẻo, từ đó xác định được trạng thái và tên của đất dính. Trên cở sở đó tính được các thông số: + Chỉ số chảy: P L L P W W I W W − = − + Chỉ số dẻo: P L P I W W= − 2. Cơ sở lý thuyết Giới hạn dẻo của đất: là độ ẩm tương ứng khi đất loại sét chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo. Ký hiệu W P . Được xác định bằng cách nhào trộn đất đều với nước và lăn thành que có đường kính 3mm, khi que bắt đầu rạn nứt và đứt thành các đoạn ngắn có chiều dài khoảng 3-10mm, dừng lại đem mẫu đất xác định độ ẩm, độ ẩm lúc này chính là giới hạn dẻo của đất. Giới hạn chảy của đất: là độ ẩm tương ứng khi đất loại sét chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy. Ký hiệu W L . Có 2 phương pháp xác định giới hạn chảy chính hiện nay: + Phương pháp “tĩnh” – phương pháp dùng chùy Vaxiliev, có xét đến độ bền của đất. + Phương pháp “động” – phương pháp Casagrande, xét đến độ nhớt của đất. Công thức chuyển đổi từ Casagrande với Vaxiliev: ( ) 1 V L L W W b a = + Trong đó: a = 0.73 b = 6.47% HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 7 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS. Võ Phán W L : Giới hạn chảy được xác định theo Casagrande. W v L : Giới hạn chảy được xác định theo Vaxiliev. 3. Dụng cụ thí nghiệm - Dụng cụ Casagrande. - Dao cắt rãnh. - Kính nhám 40cm x 60cm. - Rây có kích thước lỗ 1mm - Cối sứ và chày bọc cao su. - Cân kỹ thuật độ chính xác 0.01g. - Lò sấy điều chỉnh được t o . - Dao để nhào trộn. 4. Các bước thí nghiệm 4.1. Chuẩn bị mẫu thử Nếu mẫu đất đã được hông khô trong điều kiện tự nhiên, dùng phương pháp chia tư để lấy khoảng 300g cho vào chày có đầu bọc cao su để nghiển nhỏ. Cho đất đã nghiền qua rây 1mm và loại bỏ phần trên rây. Đem đất đã lọt qua rây đựng vào bát, rót nước cất vào bát đựng đất, dùng dao trộn đều cho đến trạng thái như hồ đặc. Sau đó đặt mẫu thí nghiệm vào bình thủy tinh, đậy kính trong khoảng thời gian >2h trước khi thí nghiệm. 4.2. Tiến hành thí nghiệm 4.2.1. Xác định giới hạn chảy theo Casagrande • Dùng dao trộn đều, tạo độ ẩm thấp hơn giới hạn chảy • Dùng dao cho đất đã nhào trộn vào đĩa khum để tránh bọt khí lưu giữ trong mẫu. Không cho đất vào đầy đĩa mà để một khoảng ở phần trên chỗ tiếp xúc với mốc treo chừng 1/3 đường kính của đĩa, đảm bảo độ dày của cả lớp đất >10mm. • Dùng que gạt chuyên dùng để rạch đất trong đĩa thành 1 rãnh dài khoảng 40mm, vuông góc với trục quay. HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 8 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS. Võ Phán • Quay đập với tốc độ 2vòng/s và đếm số lần đập cần thiết để phần dưới của rãnh đất vừa khép lại 1 đoạn dài 13mm. • Lấy đất trong đĩa ra, nhào lại với đất còn dư trong bát. Sau đó lặp lại như trên để xác định lần thứ hai. • Lấy khoảng 10g đất xung quanh rãnh đã khép kín cho vào hộp nhôm để xác định độ ẩm. • Cứ tiếp tục thí nghiệm với lượng nước thay đổi theo chiều tăng lên. Xác định ít nhất 3 lần xác định độ ẩm ứng với số nhát đập từ 10-40 • Căn cứ vào số liệu thí nghiệm, vẽ trục tung ứng với độ ẩm, trục hoành logarit biểu diễn số lần đập. Quan hệ giữa chúng là đường thẳng. Độ ẩm ứng với số nhát đập là 25 chính là giới hạn chảy Casagrande HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 9 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS. Võ Phán Biểu đò xác đinh giới hạn chảy W L 4.2.2. Xác định giới hạn dẻo • Sử dụng phần đất còn lại của thí nghiệm tìm giới hạn nhão. • Lấy 1 ít đất và lấy mặt phẳng trong lòng bàn tay hoặc các đầu ngón tay lăn nhẹ nhàng trên kính nhám co đến khi thành que có đường kính bằng 3mm • Nếu với đường kính đó, que đất vẫn còn giữ liên kết và tính dẻo, thì đem vê nó thành hòn và tiếp tục lăn đến khi đạt đường kính 3mm bắt đầu rạng nứt và tự gãy thành những đọan nhỏ dài 3-10mm • Nhặt các đoạn que vừa đứt, bỏ vào hộp nhôm đậy nắp lại cho đất khỏi bị khô • Ngay sau khi đất trong hộp đạt tối thiểu 10g, tiến hành xác định độ ẩm của đất trong hộp (%) với độ chính xác đến 0,1% • Đối với mỗi mẫu đất, phải tiến hành không ít hơn 2 lần thí nghiệm song song để xác định giới hạn dẻo. HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 10 [...]... (09090310) Trang 26 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS Võ Phán Số liệu ghi nhận được với áp lực buồng 0.5kG/cm2 HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 27 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS Võ Phán Số liệu ghi nhận được với áp lực buồng 1kG/cm2 HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 28 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS... tính toán các đặc trưng của nền cũng như sức chịu tải của đất nền Có rất nhiều thí nghiệm xác định thông số chống cắt trong phòng như: - Thí nghiệm cắt trực tiếp với hộp cắt Casagrande - Thí nghiệm nén đơn - Thí nghiệm cắt đơn - Thí nghiệm nén ba trục Trong các thí nghiệm xác định các thông số chống cắt thì thí nghiệm nén ba trục là thí nghiệm tin cậy nhất Vì nó mô phỏng xác thực mẫu đất trong những... chịu tải trong đất nền gánh đỡ các loại công trình khác nhau Mặt khác thí nghiệm ba trục cũng có thể mô phỏng các điều kiện thoát nước khác nhau của đất nền, cũng như xác định các thông số biến dạng đất nền đồng thời với thông số chống cắt Có ba sơ đồ thí nghiệm chính: HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 20 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS Võ Phán 2.1 Sơ đồ thí nghiệm. .. dây cắt đối với mẫu đất sét mềm - Đồng hồ bấm giây, tải trọng tạo áp lực đứng, cân, lò sấy,… 4 Các bước thí nghiệm 1 Lấy mẫu đất thử : lấy khối đất bằng cách dùng ống lấy mẫu đất Ấn khuôn vào khối đất để có được mẫu đất đường kính 6.25cm và cao 2.5cm HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 33 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS Võ Phán 2 Lấy năm mẫu đất nhỏ từ 10g-15g để... Thanh Toàn (09090310) Trang 29 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS Võ Phán Biểu đồ với áp lực buồng 0.5kG/cm2 Biểu đồ với áp lực buồng 1.0kG/cm2 Biểu đồ với áp lực buồng 2.0kG/cm2 HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 30 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS Võ Phán 6 Nhận xét, ứng dụng vào thiết kế nền móng Phương pháp nén ba trục có ưu điểm... 4.2 Trình tự thí nghiệm HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 24 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS Võ Phán Mẫu đất thí nghiệm được bọc kín bằng màng cao su mỏng đàn hồi và 1 (hoặc cả 2 đầu) có các đệm đá thấm, rồi lắp đặt vào trong 1 hộp gọi là hộp nén 3 trục Hộp nén 3 trục được bơm đầy nước và có thiết bị điều chỉnh để tạo ra 1 áp lực nước σ3 tác động vào thành lõi... vòng với các thông số: + Chiều cao: 2 cm + Đường kính trong: 6.31 cm + Diện tích: 31.172 cm2 + Trọng lượng: 107.55 g + Thể tích chứa: 62.344 cm3 HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 16 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS Võ Phán 4 Các bước thí nghiệm 1 Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ thí nghiệm: + Mẫu đất được lấy không xáo trộn từ ống lấy mẫu đất + Các mảnh đồng và hộp nén... ≤ 1 : IL > 1 Trang 13 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS Võ Phán Bài 3: THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP – MÁY CẮT PHẲNG 1 Mục đích Thí nghiệm xác định sức chống cắt của đất nhằm xác định các đại lượng đặc trưng cho chỉ tiêu cơ học của đất c, ϕ rất quan trọng cho việc tính toán khả năng chịu tải của đất nền, ổn định mái dốc, đập chắn,… 2 Cơ sở lý thuyết Vào năm 1776, Coulomb... Các giá trị (c, ϕ) dùng để tính toán các thông số sau đây trong nền móng: Sức chống cắt của đất: τ = σ tgϕ + c Khả năng chịu tải của đất nền: R= HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) m1m2 ( Abγ + Bγ ' h + Dc ) K tc Trang 19 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS Võ Phán Bài 4: THÍ NGHIỆM NÉN BA TRỤC 1 Mục đích Thí nghiệm nén ba trục xác định các chỉ tiêu về sức chống cắt (c,ϕ),... chung của ba vòng tròn Mohr là đường chống cắt Mohr-Coulomb Từ đó xác định các thông số (c,ϕ) của mẫu đất HVTH: Võ Thanh Toàn (09090310) Trang 21 Tiểu luận: Các PPKSHT và thí nghiệm đất trong phòng GVHD: PGS – TS Võ Phán Ngoài ra ta có thể dùng phương pháp bình phương cực tiểu để xác định các thông số (c,ϕ) trong nén ba trục của mẫu đất: n ϕ  tg 2  450 + ÷ = 2  n n n∑ σ 1σ 3 − ∑ σ 1 ∑ σ 3 1 1 2 n 2 . Dụng cụ Bao gồm: dao, giấy thấm, keo, vaselin, giẻ lau, thau chứa nước sạch, ba mảnh đồng nhám, cân kỹ thuật, thước kẹp, kính phẳng 50cm x 50cm, dao vòng với các thông số: + Chiều cao: 2 cm +. Phán 4. Các bước thí nghiệm Dùng thước kẹp xác định đường kính trong của dao vòng là 6,3cm; chiều cao của dao vòng là 2cm. Từ đó tính được tiết diện dao vòng là 31.172cm 2 và thể tích V của dao. 39,5mm - Cuối là D 2 = 3.90cm =39,0mm → Đường kính trung bình của mẫu đất là: D = 39,25mm Chiều cao mẫu: h = 8.73cm = 87,3mm Từ đây ta sẽ tính được thể tích của mẫu đất là: 2 2 3 3 39,25 3.14