môn học khảo sát và thí nghiệm đất thí nghiệm xác định tính chất cơ lí của đất trong phòng thí nghiệm

THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CƠ LÍ CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆMBÀI 1.1: XÁC ĐỊNH DUNG TRỌNG TỰ NHIÊNTRONG PHÒNG THÍ NGHIỆMI.Mục đích thí nghiệm: Cung cấp kiến thức về định nghĩa, tiê

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VÀ KĨ THUẬT TP HCMKHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

MÔN HỌC: KHẢO SÁT VÀ THÍ NGHIỆM ĐẤT

CHƯƠNG 1 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CƠ LÍ CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

BÀI 1.1: XÁC ĐỊNH DUNG TRỌNG TỰ NHIÊNTRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

I.Mục đích thí nghiệm:

 Cung cấp kiến thức về định nghĩa, tiêu chuẩn, phương pháp xác định dung trọng riêng của đất.

 Cung cấp kỹ năng tiến hành thí nghiệm, phân tích số liệu, đánh giá thí nghiệm theo các tiêu chuẩn hiện hành.

 Cung cấp kỹ năng làm việc nhóm.

II.Khái niệm các đại lượng:

Dung trọng của đất là trọng lượng trên một đơn vị thể tích của đất, tính bằng tỷ số giữa trọng lượng và thể tích của mẫu đất.

� =  W: Trọng lượng riêng của mẫu đất  V: Thể tích của mẫu đất.

Khối lượng riêng, : Khối lượng trên một đơn vị thể tích (g/ ,kg/,T/)� Trọng lượng riêng, : Trọng lượng trên một đơn vị thể tích ( N , kN/ ) � � = � × �

Khối lượng riêng của nước, = 1 /� Trọng lượng riêng nước, = × �

III.Dụng cụ thí nghiệm, phương pháp và cơ sở đo lường_ Phương pháp đo

+ Phương pháp dao vòng

+ Phương pháp bọc sáp

+ Phương pháp đo thể tích bằng dầu hỏa

Để xác định chính xác dung trọng tự nhiên của mẫu đất, ta cần sử dụng mẫu đất bên trong ống nhựa lưu mẫu từ khoan hiện trường Khi sử dụng phương pháp dao vòng cần nhẹ tay đẩy dao vòng vào mẫu đất để đất không bị nén ( gây biến đổi trạng thái tự nhiên

1 Dùng dao dây cung cắt mẫu đất với chiều cao lớn hơn chiều cao dao vòng 1 cm 2 Dùng dao thẳng, gọt bằng mẫu đất, đặt đầu sắc dao vòng lên mẫu.

3 Đặt lên trên mặt dao vòng một tấm kính phẳng, ấn nhẹ dao vòng vào mẫu đất theo chiều thẳng đứng một đoạn khoảng 2/3 dao vòng.

4 Dùng dao phẳng gọt bỏ phần đầu thừa.

5 Dùng vòng đệm đặt lên dao vòng và tiếp tục nhấn dao vòng vào trong mẫu đất cho đến khi dao vòng ngập sâu vào trong mẫu đất một đoạn khoảng 0.2 đến 0.5 cm 6 Gọt phần đầu thừa xung quanh và nhô lên mặt dao vòng.

7 Cân dao vòng chứa đất.

Khối lượng dao vòng + đất m (g) 174.79 175.54 175.165

Dung trọng của đất g (kN/m3) 22.08 22.07 22.075

VI.Nhận xét kết quả thí nghiệm và ứng dụng

Sai số giữa hai lần thí nghiệm là: ∆ =× 100 = 0.0453% 10%�

Sai số 0.0453% giữa hai lần thí nghiệm là sai số tương đối nhỏ không vượt quá 10%, chấp nhận được Nguyên nhân gây ra sai số có thể là do sai số từ dụng cụ đo, quá trình làm tròn số, quá trình đo đạc không thực sự chính xác…

Dựa vào dung trọng của đất ta thấy được đất rất tốt, có trạng thái cứng và cương độ cao

VII.Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm

_ Khi đo kích thước D và h của dao vòng có thể có sai số

_ Khi dung lực tay để đè dao vòng xuống khối đất thí nghiệm Đất bị nén lại dẫn đến khối lượng tang lên so với trạng thái tự nhiên ban đầu của mẫu đất

BÀI 1.2: XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM TỰ NHIÊN CỦA ĐẤTTRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

I.Mục đích thí nghiệm

 Cung cấp kiến thức về định nghĩa, tiêu chuẩn, phương pháp xác định độ ẩm tự nhiên của đất.

 Cung cấp kỹ năng tiến hành thí nghiệm, phân tích số liệu, đánh giá thí nghiệm theo các tiêu chuẩn hiện hành.

 Cung cấp kỹ năng làm việc nhóm

II.Khái niệm các đại lượng

Độ ẩm của đất ( ) là tỷ số giữa khối lượng nước chứa trong lỗ rỗng của đất và khối � lượng hạt đất ở trạng thái khô.

III.Dụng cụ thí nghiệm

IV.Trình tự thí nghiệm

1 Lấy khoảng 15g đất

2 Cho mẫu đất vào cốc nhôm có khối lượng (), đã được đánh số

3 Đem cân trên cân điện tử, xác định khối lượng của cốc nhôm với mẫu đất ẩm () 4 Sấy khô đến khối lượng không đổi trong lò sấy ở nhiệt độ

 Thời gian sấy khô mẫu đất  Sấy lần đầu

- 3 giờ đối với cát và cát pha sét - 5 giờ đối với đất sét và đất sét pha cát - 8 giờ đối với đất pha thạch cao

 Mỗi lần sấy lại - 1 giờ đối với đất cát và á cát

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

5 Lấy cốc ra khỏi tủ sấy, đậy nắp ngay lại Đất không dẻo có thể để nguội ở phòng ẩm; đất dẻo nên để nguội trong bình hút ẩm từ 45-60 phút để làm nguội mẫu thử 6 Cân cốc có mẫu thử đã sấy khô trên cân điện tử ().

VI.Nhận xét kết quả thí nghiệm và ứng dụng kết quả thí nghiệm

 Qua 2 lần thí nghiệm, ta có được giá trị độ ẩm trung bình của đất (%)=16.453% �  Sai số kết quả giữa hai lần thí nghiệm Δ = ×100=1.975 % <10%�

 Sai số 1.975 % là tương đối nhỏ và bé hơn sai số cho phép Nguyên nhân gây sai số có thể là do sai số dụng cụ đo hoặc người thực hiện thí nghiệm còn sai sót trong quá trình đo, đọc và tính toán số liệu

 Đất có cường độ cứng cao, có lẫn cát  Nhìn chung quá trình thí nghiệm diễn ra tốt

 Đất có độ ẩm trung bình 16.453% => Đất cứng ít nước, đất chịu lực tốt

BÀI 2: XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN NHÃO VÀ GIỚI HẠNDẺO CỦA ĐẤT

I.Mục đích thí nghiệm

 Cung cấp kiến thức về định nghĩa, tiêu chuẩn, phương pháp xác định giới hạn chảy, giới hạn nhão của đất

 Cung cấp kỹ năng tiến hành thí nghiệm, phân tích số liệu, đánh giá thí nghiệm theo các tiêu chuẩn hiện hành

II.Khái niệm các đại lượng:

Giới hạn nhão (LL) là hàm lượng nước khi đất chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái nhão

Giới hạn dẻo (PL) là hàm lượng nước mà tại đó đất bắt đầu chuyển từ trạng thái cứng sang thể hiện tính chất dẻo

Chỉ số dẻo là khoảng hàm lượng nước chứa trong đất mà trong khoảng đó đất thể hiện tính dẻo, được tính bằng hiệu số giữa giới hạn nhão và giới hạn dẻo:

Chỉ số nhão đo độ chứa nước tự nhiên so với các giới hạn Nó được tính bằng tỉ số của hiệu số hàm lượng nước tự nhiên W, giới hạn dẻo, giới hạn nhão:

��=

III.Dụng cụ thí nghiệm:

IV.Trình tự thí nghiệm:

 Chuẩn bị thí nghiệm

1 Dùng đất được hong khô ở điều kiện tự nhiên hoặc sấy khô, không được dùng đất sấy khô ở nhiệt độ lớn hơn 60 C o

2 Dùng phương pháp chia tư để lấy khoảng 200g đất qua rây (0.5mm)

3 Đem đất đã nghiền nhỏ cho vào bát, rót nước cất vào bát đựng đất, dùng dao con trộn đều cho thật kỹ sao cho đất đạt trạng thái như hồ đặc

4 Sau đó đặt mẫu thí nghiệm vào bình thủy tinh, đậy kín trong khoảng thời gian ≥ 2h trước khi đem thí nghiệm

 Tiến hành thí nghiệm

1 Cho thêm 1 lượng nhỏ nước vào bát đựng đất trộn đều, chờ 15 – 20 phút cho mẫu đất trộn se mặt (chú ý ước chừng không cho mẫu quá ẩm)

2 Lau ướt chỏm cầu bằng khăn ướt, trét đất đã trộn vào chỏm cầu Tránh không để xuất hiện bọt khí trong đất, bảo đảm độ dày của cả lớp đất >10mm và chỉ trét đất vào khoảng 2/3 chỏm cầu (để hở 1/3 chỏm cầu phía trên)

3 Dùng dao cắt rãnh vạch một đường thẳng từ trên xuống Giữ dao vạch thẳng góc với mặt chỏm cầu (đuôi dao làm tâm) Dao cắt rãnh này chia đất thành 2 phần cách xa nhau dưới đáy là 2mm, phía trên là 11mm và bề dày đất ở hai bên rãnh là 8mm.

4 Quay đều cần quay với tốc độ 2 vòng/1s; phần đất ở hai bên sụp xuống và từ từ khép lại dài 12.7mm thì ngừng quay Đếm số lần đập cần thiết để phần dưới của rãnh đất khép

lại một đoạn dài 12.7mm Rãnh đất được khép lại phải do đất chảy ra khi quay đập chứ không phải do sự trượt của đất với đáy đĩa.

Khối lượng nước 4.45 4.76 4.9

Về kết quả tính toán giới hạn nhão, có sự sai số Δ = 0.35%, tuy nhiên sai số này rất bé Dựa vào kết quả thí nghiệm có thể suy ra được chỉ số dẻo của đất được thí nghiệm: PP = 44.33% - 23.83% =20.6%

Ta kết luận loại thí nghiệm trên là đất sét

BÀI 2: Xác định giới hạn dẻo:

Kết quả thí nghiệm xác định giới hạn dẻo

VI.Nhận xét kết quả thí nghiệm và ứng dụng kết quả thí nghiệm:

 Dựa vào kết quả của thí nghiệm trên có thể suy ra được chỉ số dẻo của đất dùng làm thí nghiệm: PI = LLtbtb-PLtb= 20.605% > 17% => Loại đất thí nghiệm là đất sét ( TheoTCVN 9362-2012 )

 Phương trình đường A: PI=0.73( LL - 20 ) = 0.73( 44.43 - 20 ) = 17.8339

 Nằm dưới đường A => Đất thuộc vùng ML-OL => Loại đất trên là đất sét Hàm lượng hạt mịn >50%, bột, cát rất mịn, bột đá, á cát ít dẻo Xếp loại đất ML.

BÀI 3: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦNHẠT CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

I Mục đích thí nghiệm:

 Cung cấp kiến thức về định nghĩa, tiêu chuẩn, phương pháp xác định thành phần hạt của đất trong phòng thí nghiệm

 Cung cấp kỹ năng tiến hành thí nghiệm, phân tích số liệu, đánh giá thí nghiệm theo các tiêu chuẩn hiện hành

 Cung cấp kỹ năng làm việc nhóm

II Khái niệm các đại lượng

Thành phần hạt của đất là hàm lượng nhóm hạt có độ lớn khác nhau ở trong đất, được biểu diễn bằng % so với khối lượng mẫu đất khô tuyệt đối đã lấy để phân tích.

Biểu thị tỷ lệ về khối lượng các hạt theo %:

Grain size (mm)

III Dụng cụ thí nghiệm: Phương pháp rây sàng

IV Trình tự thí nghiệm

 Chuẩn bị thí nghiệm.

1 Mẫu đất thí nghiệm sẽ được phơi khô ngoài trời hoặc được sấy khô trong lò sấy với nhiệt độ < C

2 Dùng chày bọc cao su hay bóp bằng tay để tách các hạt đất dính với nhau, không đập mạnh để tránh làm vỡ các hạt đất

3 Dùng phương pháp chia tư để lấy m (gam) đất ra làm thí nghiệm, tùy thuộc vào từng loại đất mà giá trị m có thể lấy như sau :

 100-200g đối với đất không chứa hạt kích thước >2mm  300-900g đối với đất chứa đến 10% hạt kích thước >2mm  1000-2000g đối với đất chứa 10-30% hạt kích thước >2mm  2000-5000g đối với đất chứa trên 30% hạt kích thước > 2mm 4 Làm sạch sàng rây

5 Cân các sàng rây đã làm sạch ghi khối lượng từng sàng

6 Sắp xếp bộ rây có đường kính lỗ rây từ lớn đến nhỏ theo thứ tự từ trên xuống Rây có đường kính 10mm, 5mm, 2mm, 1mm, 0.5mm và đáy rây.

 Tiến hành thí nghiệm

1 Cho m (gam) đất vào rây, lắc bằng tay hoặc bằng máy qua bộ rây tiêu chuẩn 2 Theo lý thuyết sàng đến khi nào ở mỗi rây khối lượng đất qua rây không thay đổi quá 1%

3 Cân đất cộng dồn trên mỗi rây ( để cho chính xác có thể cân luôn rây và đất , sau đó trừ đi khối lượng rây đã được cân trước để suy ra khối lượng của đất)

4 Khối lượng của đất lọt qua rây nào đó là khối lượng của đất tổng cộng trừ đi khối lượng của đất giữ trên rây cộng dồn.

Kết quả thí nghiệm xác định thành phần hạt của đất

V Nhận xét kết quả thí nghiệm và ứng dụng của kết quả thí nghiệm

 Đất có thành phần hạt mịn ít, thành phần hạt cát nhiều và không có sỏi  Dựa vào biểu đồ thành phần hạt ta thấy đất có thành phần hạt cát cao

BÀI 4: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ CHẶT TIÊUCHUẨN CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

I.Mục đích thí nghiệm:

 Cung cấp kiến thức về định nghĩa, tiêu chuẩn, phương pháp xác định độ chặt tiêu chuẩn của đất trong phòng thí nghiệm

 Cung cấp kỹ năng tiến hành thí nghiệm, phân tích số liệu, đánh giá thí nghiệm theo các tiêu chuẩn hiện hành

 Cung cấp kỹ năng làm việc nhóm

II.Khái niệm các đại lượng:

Độ chặt tiêu chuẩn là độ chặt tương ứng với khối lượng thể tích khô (cốt đất) lớn nhất của mẫu đất sau khi đã được đầm nén (đầm chặt), ứng với khối lượng thể tích khô lớn nhất có lượng ngậm nước thích hợp.

Việc đầm chặt đất nhằm :

• Làm giảm độ lún của công trình trong tương lai • Làm giảm độ thấm nước qua công trình bằng đất • Tăng sức chống cắt của đất

• Tăng khả năng chịu tải của đất nền

III.Dụng cụ thí nghiệm:

2 Sàng qua rây 5mm loại bỏ những phần đất nằm trên rây

3 Xác định hàm lượng % của đất trên rây 5mm (phải <3%) 4 Cân trọng lượng khuôn cả đế, không có phần cổ

5 Phun nước với lượng khác nhau để tạo ra đất có độ ẩm khác nhau

 Tiến hành thí nghiệm:

1 Chọn khoảng 3kg đất qua rây 5mm, xác định độ ẩm của mẫu và cho thêm nước vào để tăng độ ẩm khoảng 2%-3% khối lượng 3kg của đất

 Lượng nước phun thêm vào:

2 Trộn đều mẫu đất sau khi phun nước

3 Cho đất vào khuôn thành 3 lớp, mỗi lớp chiếm khoảng 1/3 thể tích khuôn đầm 4 Dùng búa nặng 2,45 kg cho rơi tự do ở độ cao 30.5cm để đầm riêng cho từng lớp 5 Khi đầm nén, phải để cho búa rơi tự do và phân bố đều trên mặt đất, số lần đập quy định riêng cho từng loại đất:

• Đối với cát pha: 25 búa

• Đối với đất sét pha và sét có chỉ số dẻo Ip < 30: 40 búa

• Đối với sét có Ip > 30 búa: 50 búa

Sau khi đầm xong đất ló khỏi mặt khuôn không quá 1cm và không lõm dưới mặt khuôn 6 Khi đầm xong, cẩn thận tháo cổ khuôn ra và dùng dao gọt bỏ phần đất thừa cho thật phẳng

7 Khi gạt bằng, do trong đất có nhiều hạt thô, trên bề mặt mẫu có thể có những vết lõm Lúc đó phải lấy đất dư lắp đầy lại

8 Tháo đế ra khỏi khuôn đầm , đem cân đất cùng khuôn trên cân có độ chính xác 1g, sau đó xác định dung trọng của lớp đất ẩm

9 Dung trọng của đất ẩm được tính theo CT sau: �= Lưu ý:

 Mỗi lần thí nghiệm phải xác định độ ẩm của đất  Đối với đất loại cát, xác định độ ẩm trước khi đầm nện

 Đối với đất loại sét, xác định độ ẩm sau khi cân xong, bằng cách lấy phần đất ở giữa của mẫu đất đã đầm

 Tiếp tục thí hi nghiệm như vậy đối với ít h nhất 5 lần thí nghiệm Nếu thấy khối lượng thể tích của đất ẩm tăng dần rồi sau đó giảm dần thì thôi

V Kết quả thí nghiệm

Bảng 1: Xác định độ ẩm của mẫu đất sau khi đầm

VI.Nhận xét kết quả thí nghiệm và ứng dụng của thí nghiệm:

 Dựa vào kết quả thí nghiệm ta thấy có sự chênh lệch giữa độ ẩm dự kiến và độ ẩm thực tế.

 Nguyên nhân có thể do quá trình làm thí nghiệm còn nhiều sai xót như đầm không đều, chưa kéo hết búa đầm , do quá trình đọc cân nặng và sự sai số của cân điện tử  Dựa vào biểu đồ ta thấy:

 Độ ẩm tối ưu khoảng 14.73 %  Dung trọng khô lớn nhất là 1.888 g/ Độ chặt của đất là K = = 100 = 98.51 %

 Ta thấy :

 Cốt chặt nhất tại = 1,888 g/

 Đất dễ đầm nhất ở độ ẩm khoảng 14.73 % Ý nghĩa:

 Giúp ta xác định được độ ẩm của đất tối ưu nhất Để từ đó ta bổ sung lượng nước phù hợp cho đất, tránh trường hợp cho nước quá nhiều hoặc quá ít gây khó khăn cho quá trình đầm đất tại công trường.

BÀI 5: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỐNG CẮTCỦA ĐẤT

I.Mục đích thí nghiệm:

 Cung cấp kiến thức về định nghĩa, tiêu chuẩn, phương pháp xác định độ chặt tiêu chuẩn của đất trong phòng thí nghiệm

 Cung cấp kỹ năng tiến hành thí nghiệm, phân tích số liệu, đánh giá thí nghiệm theo các tiêu chuẩn hiện hành

 Cung cấp kỹ năng làm việc nhóm

II.Khái niệm các đại lượng:

Để đánh giá khả năng chịu lực của đất nền , cần dựa vào các chỉ tiêu sức chống cắt của đất, là góc ma sát trong và lực dính c Để xác định các chỉ tiêu này có thể dùng các � phương pháp thí nghiệm sau đây:

 Nén đơn (unconfined compression): áp dụng cho các loại đất có lực dính  Cắt trực tiếp (direct shear test): có thể thực hiện cho cả đất có lực dính và không

có lực dính

 Nén ba chiều (Triaxal compression test): Thí nghiệm này có thể áp dụng được cho cả 2 loại đất trên

 Trong thí nghiệm dưới đây chúng ta sử dụng Phương pháp cắt đất trực tiếp Quan hệ giữa sức chống cắt τ và áp lực thẳng đứng trên mặt phẳng cắt

3 Đặt dao vòng lên trên hộp cắt Dùng miếng mộc gỗ (tamper), đóng thẳng cho đất trên dao vòng đi xuống, vào hộp cắt

4 Sau đó đặt miếng giấy lọc (đã được thấm nước) và miếng đá thấm lên trên mẫu đất bên trong hộp cắt

 Tiến hành thí nghiệm 1 Đặt hộp cắt vào vị trí trong máy cắt 2 Đặt cần chất tải đứng lên trên mẫu

3 Chất tải tạo ứng lực đứng Chú ý: cần chất tải nhẹ nhàng, không tạo sự rung động mạnh

4 Lượng tải đặt vào phụ thuộc vào cánh tay đòn của máy cắt 5 Chỉnh lại số đọc ở đồng hồ đo biến dạng của vòng ứng biến về 0 6 Chỉnh lại số vòng quay trên máy trước khi khởi động motor 7 Mở chốt khóa hộp cắt.Tác dụng lực cắt lên mẫu.

Một số hình ảnh trong quá trình làm thí nghiệm

VI.Nhận xét kết quả thí nghiệm và ứng dụng:

Hình ảnh thu được khi làm thí nghiệm:

 Nhìn chung kết quả thí nghiệm khá tương đồng giữa hai cách tính ( công thức và biểu đồ)