Bài thực hành: Cơ học của đất pps

Các bước thí nghiệm 3.1 Chuẩn bị mẫu thử Để xác định độ ẩm của đất dùng mẫu thủ có khối lượng khoảng 15g.. Sau đó nhanh chóng đậy nắp và đem cân trên cân kỹ thuật đểxác định khối lượng c

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3

Cối sứ và chày sứ có đầu bọc cao su

Khay men để phơi đất

3 Các bước thí nghiệm

3.1 Chuẩn bị mẫu thử

Để xác định độ ẩm của đất dùng mẫu thủ có khối lượng khoảng 15g Cho mẫu đấtvào cốc nhỏ thủy tinh hay bằng nhôm có nắp đậy, đã được đánh số, xác định khối lượng(m) và đã sấy khô trước Sau đó nhanh chóng đậy nắp và đem cân trên cân kỹ thuật đểxác định khối lượng của hộp nhôm với mẫu đất

3.2 Cách tiến hành

Mở nắp hộp có chứa mẫu và đem sấy cả nắp trong tủ sấy đến khối lượng khôngđổi Nhiệt độ sấy: đối với đất loại sét và cát to =102 ± 2oC, đối với đất chứa thạch cao vàđất chứa hàm lượng hữu cơ (>5%) t = 80 ± 2oC

Thời gian sấy theo các loại đất qui định như sau:

5h đối với đất sét và sét pha cát3h đối với đất cát và cát pha sét8h đối với đất pha thạch cao >5%

Khi xác định độ ẩm của đất chứa tạp chất hữu cơ >5% thì phải sấy khô ở to= 80 ±

2oC liẻn tục trong 12h (đối với cát loại sét) và 8h (đối với đất loại cát)

Sau mỗi lần sấy, lấy cốc ra khỏi tủ sấy, đậy nắp lại và đặt cốc đựng mẫu vào bìnhhút ẩm có chứa CaCl từ 45 – 60 phút để làm nguội mẫu thử

Đem cân cốc có mẫu thử đã sấy khô đến khối lượng không đổi trên cân kỹ thuật(mo) Lấy khối lượng nhỏ nhất trong các lần cân để tính kết quả.

3.3 Tính toán kết quả thí nghiệm

%100.2

2 1

C

W W

W W W

W1: khối lượng của hộp nhôm và mẫu đất ướt (g)

W2: Khối lượng hộp nhôm và mẫu đất đã sấy (g)

WC: khối lượng hộp nhôm

Ghi chú: Thí nghiệm này được thực hiện lặp lại hai lần để xác định giá trị trung

bình.

Bảng 1: Kết quả thí nghiệm độ ẩm của đất

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3

BÀI 2:

THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH DUNG TRỌNG TỰ NHIÊN

Thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4202:1995

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 daovòng, 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

4 Tính toán kết quả thí nghiệm

γw: dung trọng tự nhiên của đất (g/cm 3)

G1: khối lượng mẫu đất và dao vòng (g)

G2: Khối lượng dao vòng (g)

V: thể tích dao vòng (cm3)

BÀI 3:

THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN CHẢY, GIỚI HẠN DẺO

Thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4197:1995

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3

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 nghiềnqua rây 1mm và loại bỏ phần trên rây Đem đất đã lọt qua rây đựng vào bát, rót nước cấtvào bát đựng đất, dùng dao trộn đều cho đến trạng thái như hồ đặc Sau đó đặt mẫu thínghiệm vào bình thủy tinh, đậy kính trong khoảng thời gian >2h trước khi thí nghiệm

4.2 Tiến hành thử

a 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 trongmẫu Không cho đất vào đầy đĩa mà để một khoảng ở phần trên chỗ tiếp xúc với mốc treochừng 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 khoảng40mm, vuông góc với trục quay

Quay đập với tốc độ 2vòng/s và đếm số lần đập cần thiết để phần dưới củarãnh 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

b 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 nhẹnhàng trên kính nhám cho 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 ve nóthành hòn và tiếp tục lăn đến khi đạt đường kính 3mm bắt đầu rạng nứt và tự gãy thànhnhững 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 đấttrong 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

Lấy giá trị trung bình cộng hai lần thí nghiệm làm giới hạn dẻo của mẫu đất.Sai lệch cho phép về độ ẩm trong các lần xác định song song <2%

5 Tính toán kết quả thí nghiệm

5.1 Kết quả thí nghiệm giới hạn chảy theo Casagrande

Giới hạn chảy của đất theo Casagrande Wc > giới hạn chảy xác định bằng quả dọithăng bằng WL Quan hệ giữ Wc và WL được thiết lập theo công thức:

WL = a.Wc – bTrong đó a và b là các hệ số phụ thuộc vào từng loại đất Đối với đất có giới hạnchảy từ 20-100% có thể lấy a=0.73 và b=6.47%

5.2 Kết quả thí nghiệm giới hạn dẻo

Giới hạn chảy của đất WL, % được tính theo công thức:

1 2 2

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3

-+ Hộp Casagrande: chứa mẫu đất

+ Vòng đo áp lực: đo sức chịu cắt của đất

2.2 Dụng cụ

Bao gồm: dao, giấy thấm, keo, vaselin, giẻ lau, thau chứa nước sạch, ba mảnh đồngnhám, cân kỹ thuật, thước kẹp, kính phẳng 50cm x 50cm, dao vòng với các thông số:+ Chiều cao: 2 cm

1 Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ thí nghiệm:

Thiết bị cắt trực tiếp và hộp nén Casagrande

+ Mẫu đất được lấy không xáo trộn từ ống lấy mẫu đất.

+ Các mảnh đồng và hộp nén được ngâm trong nước

2 Dùng cưa cắt mẫu đất có kích thước tương ứng với kích thước dao vòng

3 Ấn dao vòng lên mẫu đất đã cắt, dùng dao hay cưa để cắt mẫu đất sao cho mẫuđất sau khi cắt nằm hoàn toàn trong dao vòng

4 Cho mảnh đồng nhám vào dưới hộp Casagrande, thoa vaseline vào mặt tiếp xúcgiữa vành khuôn trên và dưới của hộp Casagrange

5 Lau chùi dao vòng sạch sẽ, cân trọng lượng dao vòng và mẫu đất Sau đó chomẫu đất vào hộp Casagrande bằng cách để dao vòng đúng trên mặt hộp và cho mảnhđồng nhám lên trên để ấn nhẹ mẫu đất vào trong hộp

6 Khoá hộp Casagrande bằng 2 chốt khoá, mục đích giữ cho phần trên và dướihộp thẳng tắp và không bị dịch chuyển

7 Tháo 2 chốt khoá định vị hộp cắt nêu trên

8 Đặt hộp Casagrande vào máy cắt trực tiếp Kiểm soát sự tiếp xúc giữa hộp vàvòng đo áp lực

9 Đặt áp lực thẳng đứng vào đá nhám trên với áp lực tuần tự là 0.2 kg/cm2; 0.4kg/cm2; 0.6 kg/cm2 cho 3 mẫu đất thí nghiệm

10 Tốc độ cắt là 1mm/phút Đọc trị số trên vòng chỉ áp lực lúc mẫu đất bị pháhoại (trị số cực đại của vòng ghi áp lực) từng trị số và sau khi qua trị số cực đại

Kết quả thí nghiệm được thực hiện theo TCVN 4199:1995

1

3 First Trial Second

Trial

Third Trial

Giai đoạn cắt Shear

Stage

Ứng suất chính - Normal stress, kG/cm 2

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3

Ứng suất cắt - Max shear stress, kG/cm 2

2 Lấy năm mẫu đất nhỏ từ 10g-15g để xác định độ chứa nước.

3 Dùng cưa dây đàn hoặc dao để gọt bằng mặt trên và dưới mẫu đất

4 Đặt mẫu đá bọng ở đáy đã ngâm nước vào đáy hộp và đổ nước lên cao khỏimiếng đá bọng

5 Đặt mẫu thử và vòng chứa lên trên miếng đá bọng vừa nói sau đó cẩn thận đặtvòng cao su, đá bọng, lên trên mẫu đất

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3

6 Vặn chặt ốc gắn vào đáy và để nước vào các ống và vòi chứa

7 Đặt hộp chứa có mẫu thử vào dụng cụ cố kết

8 Mắc đồng hồ đo biến dạng đứng và điều chỉnh để có trị số ban đầu bằng không

9 Tác dụng lực để có cường độ áp suất bằng 0.5kg/cm2 trên mẫu thử và bắt đầuđọc thời gian và biến dạng đứng Trị số nén có thể được ghi ở các khoảng thời gian ¼, 1,

2 ¼, 6 ¼, 9, 12 ¼, 16, 20 ¼, 25 phút…… cho đến khi mức độ cố kết U đạt được tới 90%(tức là độ lún đạt được 90% độ lún toàn bộ)

10 Lúc cuối ở thời gian 24 giờ, đọc trị số nén thêm một lần và sau đó tăng áp suấttới 1kg/cm2 Sau đó đọc giống như trên

11 Ở những ngày kế tiếp, tác dụng của lực 2kg/cm2; 4kg/cm2 và 8kg/cm2, sau khilực 8kg/cm2 tác dụng trong 24 giờ, áp lực được giảm xuống 2kg/cm2 Mỗi áp lực nàyđược ít nhất trong 4 giờ không cần đọc thời gian lúc đất nở lại

12 Trong suốt thời gian thí nghiệm, hộp chứa và ống nối luôn luôn được giữ đầynước, mục đích là ngăn nước khỏi bị khô đi và cung cấp nước cho đất nở lại

13 Sau khi đọc lần cuối ở áp lực 0.1kg/cm2, tháo nhanh dụng cụ, lau khô nước ởmặt mẫu thử và đem cân

14 Đặt mẫu đất đã cân vào lò hấp cho khô để xác định độ chứa nước

4.3 Tính hệ số cố kết C v theo hai phương pháp

Hệ số cố kết theo phương thẳng đứng (Cv) được xác định theo hai phương phápthông thường:

(a) Phương pháp Taylor hay còn gọi là phương pháp

(b) Phương pháp Casagrande hay còn gọi là phương pháp log(t)

Phương pháp Casagrande để xác định hệ số Cv tương ứng với độ cố kết 50% và phươngpháp Taylor dùng để xác định được hệ số Cv tương ứng với độ cố kết 90%

a Phương pháp Casagrande

Nếu sử dụng phương pháp Casagrande thì số đọc đồng hồ đo chuyển vị được biểudiễn trên đồ thị theo log(t) Cấu trúc Casagrande khá thông dụng và việc xác định Cv như

sau: xác định 100% độ cố kết sơ cấp là giao điểm của đường (Hình 7-2) Qua đó xác

định được độ biến dạng ở d100 và qua d0 và d100 ta xác định được d50 và qua d50 chiếu lêntrục hoành xác định được t50 Hệ số Cv được xác định dựa trên quan hệ sau:

50

2 v

HT

C = Trong đó:

Tv - hệ số thời gian ứng với cố kết 50%, Tv = 0.197

H – chiều dài đường thấm, cmt50 - thời gian cần thiết để đạt đến độ cố kết 50%, phút

b Phương pháp Taylor

Trong phương pháp Taylor, số đọc đồng hồ đo chuyển vị được ghi nhận trong suốt

quá trình cố kết và vẽ trên đồ thị theo căn bậc hai thời gian (Hình 7-3) Đoạn đầu của đồ

thị là đoạn thẳng cố kết thấm Kéo dài phần tuyến tính của đoạn đầu đồ thị cắt trục tungtại điểm biến dạng d0.Từ d0 ta dựng một đường thẳng mới có độ dốc gấp 1.15 lần độ dốccủa đoạn thẳng cố kết thấm (so với trục tung) Giao điểm của đường thẳng mới dựng nhưvậy với đường nén theo thời gian sẽ cho ta điểm có độ biến dạng d90 đã cố kết 90%, ứngvới nó ta có t90 Từ đó tính ra hệ số cố kết Cv theo công thức sau:

90

2 v

HT

C = Trong đó:

Tv - hệ số thời gian ứng với cố kết 90%, Tv = 0.848

H – chiều dài đường thấm, cmt50 - thời gian cần thiết để đạt đến độ cố kết 90%, phút

0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3

Kết quả thí nghiệm

Thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D2435 – 2000

Khối lượng hộpnhôm+đất ướt ,W1(g)

Khối lượng hộpnhôm+đất sấy khô, W2(g)

Độ ẩm của đất ,W(%)

%57,59

2 1

C

W W

W W W

W1: khối lượng của hộp nhôm và mẫu đất ướt (g)

W2: Khối lượng hộp nhôm và mẫu đất đã sấy (g)

WC: khối lượng hộp nhôm

37,1495,27

95,2704,36

%100.2

W W W

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3

Bài 2 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH DUNG TRỌNG TỰ NHIÊN

Số lần thí nghiệm Khối lượng dao

vòng , G2(g)

Khối lượng daovòng+đất ướt , G1(g)

Dung trọng tựnhiên , γw(g/cm 3)

7,

γw: dung trọng tự nhiên của đất (g/cm 3)

G1: khối lượng mẫu đất và dao vòng (g)

G2: Khối lượng dao vòng (g)

V: thể tích dao vòng (cm3)

⇒V =hπR2 =2.3,14.(3)2 =56,52cm3

52 , 56

84 , 42 67 , 138 2

BÀI 3 XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN CHẢY , GIỚI HẠN DẺO

Giới hạn chảy :

Số lần thí

nghiệm Số nhát đập

Khối lượnghộp nhôm ,m(g)

Khối lượnghộp nhôm+đấtướt , m1(g)

Khối lượnghộpnhôm+đấtsấy khô ,m2(g)

Độ ẩm củađất , W(%)

92,2362,30100.2

m m

W L

Xác định độ ẩm của giới hạn chảy thứ 2 :

(%)100.2

2 1

m m

m m

91,2146,27100.2

m m

W L

Xác định độ ẩm của giới hạn chảy thứ 3 :

(%)100.2

2 1

m m

m m

W L

−

−

=

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3

78,206,25100.2

m m

Khối lượng hộpnhôm+đất ướt ,m1(g)

Khối lượng hộpnhôm+đất sấykhô , m2(g)

Độ ẩm của đất ,WP(%)

Xác định độ ẩm :

52,1467,23

67,2334,26100.2

m m

P

W W

W W

N

⇒Đất ở trạng thái dẻo mềm

Bài 4 THÍ NHGIỆM CẮT TRỰC TIẾP

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3Khối lượng dao vòng thứ 1 , mdv1 = 42,88 g

Khối lượng dao vòng thứ 2 , mdv2 = 42,8 g

Khối lượng dao vòng thứ 3 , mdv3 = 42,83 g

3

83,428,4288,423

3 2

Khối lượng dao vòng 1 + đất ướt , mdv1+u = 140,27 g

Khối lượng dao vòng 2 + đất ướt , mdv2+u = 137,7 g

Khối lượng dao vòng 3 + đất ướt , mdv3+u = 138,05 g

Khối lượng dao vòng + đất ướt trung bình ,

g m

m m

3 2

Khối lượng đất ướt , m1 = mdv1+u - mdv1 = 140,27 - 42,88 = 97,39 g

Khối lượng đất ướt , m2 = mdv2+u - mdv2 = 137,7 - 42,8 = 94,9 g

Khối lượng đất ướt , m3 = mdv3+u - mdv3 = 138,05- 42,83 = 95,22 g

Lần lượt đưa m1 = 97,39 g vào máy cắt trực tiếp với tải trọng P1 = 50KPa = 0,5kg/cm2 ≈

Từ biểu đồ τ – P ở trên ta xác định được lực dính C = 0,132 và tgϕ =0,1131

Khối lượng hộpnhôm+đất trướckhi thí nghiệm ,m1(g)

Khối lượng hộpnhôm+đất sấy khô, m3(g)

Độ ẩm của đấttrước khi thínghiệm , W0(%)

%57,59

Trung

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3

100

3

3 1 0

hn

m m

m m W

−

−

Trong đó mhn : Khối lượng hộp nhôm , g ; mhn = 14,37 g

m1 : Khối lượng hộp nhôm + đất trước khi thí nghiệm , g ; m1 = 36,04 g m3 : Khối lượng hộp nhôm + đất sau khi sấy khô , g ; m3 = 27,95 g

37,1495,27

95,2704,36100.3

3 1

m m W

2 Trọng lượng thể tích trước khi thí nghiệm :

Số lần thí

nghiệm

Khối lượngdao vòng ,md(g)

Khối lượng daovòng +đất trước khithí nghiệm , m2(g)

Khối lượng daovòng +đất sấy khô, m4(g)

Trọng lượng thểtích trước khi thínghiệm ,0

83,4227,137

cm g V

m

=γ

3 Hệ số rỗng và độ bão hòa ban đầu :

γn : Khối lượng riêng của nước , g/cm3 ; γn= 1 g/cm3

W0 : Độ ẩm trước khi thí nghiệm , % ; W0 = 59,57%

γ0 : Trọng lượng thể tích trước khi thí nghiệm , g/cm3 ; γ0 = 1,67g/cm3 m4 : Khối lượng dao vòng + đất sấy khô , g ;

Ta có :

g m

m

m m

m m

m m

m m

1625957

,

1

513831,

2527,1375957

,

0

27,137513831,

255957

,

0

27,137)83,42(

5957

,

0

27,137100

)83,42(

57

,

59

100

4

4

4 4

4 4

4 4

4 4

m

n n n

n n n

n

γγ

83,4201,102

cm g V

m m V

m

h

d h

)57,59.01,01(1.78,21)01,01(0

78,2.57,59100

.100

0

0 0

0

e

W e

W

4 Biến dạng của mẫu :

∆h n =r n −r0 −∆M n(mm)

Trong đó ∆M n : Biến dạng của máy ở cấp tải trọng thứ n , mm ;

r0 : Số đọc ban đầu ở đồng hồ đo biến dạng , mm ;

rn : Số đọc ở cấp tải trọng thứ n ở đồng hồ đo khi đã ổn định biến dạng nén của mẫu đất , mm ;

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3

)1

( 0

0

e h

=+

=+

=+

=+

=+

=+

=+

=+

=+

=+

s cm e

e e

( 0

0

e h

n n

n

P P

e e

s cm e

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3

s cm e

Trường Đại Học Tây Đô Lớp Đại Học Xây Dựng 3

50

2197