THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT docx

Số lượng đất lấy để xác định độ chứa nước tùy thuộc vào loại đất.. Kết quả thí nghiệm Bảng ghi kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm Trọng lượng lon nhôm m o g Trọng lượng lon + đất chưa

Trường Đại học Mở Tp.HCM Khoa Xây dựng & Điện -oOo -

THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT

Tháng/ năm thực hiện

Thông tin về giảng viên:

- Học và tên: Phan Trường Sơn

- Học vị: Tiến sỹ

- Chức danh: giảng viên

- Địa chỉ liên hệ: Khoa Xây dựng & Điện, phòng 312, số 97 đường Võ Văn Tần, phường 6, quận 3, tp HCM

- Điện thoại: 08 9 300 948, đi dộng: 0908 256 174, email:

ptson2006@yahoo.com.vn

Thông tin về sinh viên:

- Họ và tên:

- Mã số sinh viên: Lớp: Nhóm:

- Thời gian thực hiện:

- Địa điểm thực hiện:

1 Thông tin về môn học:

• Cụ thể hóa kiến thức mà sinh viên được trang bị trong môn Cơ học

đất, đặc biệt về phương diện thí nghiệm, lấy và xử lý số liệu

- Hình thức thực hiện

• Giảng viên giới thiệu các thí nghiệm, thao tác thực hiện, lấy số liệu,

phân tích và lựa chọn

• Sinh viên tự thực hiện thí nghiệm, lấy số liệu, đánh giá và lực chọn

• Sinh viên lập báo cáo (trình bày lý thuyết, tiến trình thí nghiệm, kết

quả thí nghiệm và nhận xét, đánh giá)

4 Trình tự các báo cáo thí nghiệm và thang điểm

Độ ẩm của đất là một chỉ tiêu thông dụng và dễ xác định

Số lượng đất lấy để xác định độ chứa nước tùy thuộc vào loại đất Tuy nhiên, càng lấy nhiều mẫu thì độ chính xác càng cao Mỗi mẫu đất cần tiến hành thí nghiệm tối thiểu 2 lần song song nhau, sau đó lấy giá trị trung bình

Độ chứa nước được tính theo biểu thức sau:

m m W

Trong đó:

mo - trọng lượng lon chứa đất

m1 - trọng lượng lon chứa + đất chưa sấy

m2 - trọng lượng lon chứa + đất đã sấy khô

Giá trị W thể hiện lượng nước chứa trong đất, giúp cho việc đánh giá trạng thái của đất

b Dụng cụ thí nghiệm

Dao vòng cắt đất bằng kim loại không gỉ

Dao cắt gọt đất

Lon nhôm có nắp đậy chứa mẫu đất

Cân điện tử độ chính xác (0,01 - 0,1) g

Tủ sấy có điều chỉnh nhiệt độ đến 300oC

Khay phơi mẫu đất sau khi sấy khô

Anh Trinh

c Trình tự thí nghiệm

Xác định trọng lượng hộp nhôm đã sấy khô (mo)

Dùng dao lấy một mẫu đất có trọng lượng 40 - 80 g ở trạng thái tự nhiên cho vào hộp nhôm

Dùng cân xác định trọng lượng đất và hộp nhôm (m1)

Mẫu đất sau khi cân, đem sấy ở nhiệt độ 105o C Thời gian sấy tùy thuộc vào loại đất, số lượng và dạng mẫu dùng Thời gian sấy thường được chia làm ít nhất 2 lần:

Sấy lần đầu trong thời gian:

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

- đối với đất chứa thạch cao và đất chứa hàm lượng hữu cơ lớn hơn 5% Sấy lại trong thời gian:

1giờ - đối với đất cát và cát pha; 2 giờ - đối với đất sét, sét pha và đất chứa thạch cao hoặc tạp chất hữu cơ

Lấy mẫu đất ở tủ sấy ra nên để nguội sau đó đem cân để xác định trọng lượng sau khi sấy khô kể cả hộp nhôm (m2)

Đất không dẻo có thể để nguội ở phòng ẩm, đất dẻo nên để nguội trong bình hút ẩm canxi clorua CaCl2 rồi mới cân Không nên cân lúc nóng, trước

hết có thể vì quá nóng mà ta đặt hộp chứa mạnh tay, hoặc vì sức nóng có thể ngăn cản sự chính xác của đòn cân

d Kết quả thí nghiệm

Bảng ghi kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm

Trọng lượng lon nhôm

m o (g)

Trọng lượng lon + đất chưa sấy

m 1 (g)

Trọng lượng lon + đất đã sấy khô

m 2 (g)

Độ ẩm

W (%)

Giá trị độ ẩm trung bình

Có nhiều phương pháp xác định dung trọng của đất, trong đó phương pháp dao vòng đơn giản và nhanh chóng cho các loại đất hạt mịn

b Dụng cụ thí nghiệm

Dao vòng cắt đất bằng kim loại không gỉ có thể tích chứa đất V

26,99 29,58 27,31

24,45 26,94 24,72

Thước kẹp

Dao cắt gọt đất

Cân điện tử độ chính xác (0,01 - 0,1) g

c Trình tự thí nghiệm

Dùng thước kẹp xác định thể tích chứa đất của dao vòng

Dùng cân xác định trọng lượng dao vòng

Dùng dao vòng khẽ ấn ngập vào mẫu đất, dùng dao gọt đất xung quanh dao vòng Trong khi ấn chú ý luôn giữ cho dao vòng thăng bằng Khi dao vòng ngập hết vào mẫu đất, cắt bỏ phần đất dư thừa trên mặt dao vòng cho ngang bằng với cạnh dao, sau đó lấy tấm kính đậy lên trên Cắt ngang mẫu đất ở phía dưới dao vòng tương tự như phía trên, sau đó lật ngược dao vòng lại và cũng dùng tấm kính đậy lên trên

Lau sạch dao vòng, đem cân trọng lượng mẫu đất có dao vòng (trọng lượng dao vòng đã xác định trước), xác định được trọng lượng của mẫu đất, từ đó tính được dung trọng của mẫu đất

Mỗi mẫu đất cần tiến hành thí nghiệm tối thiểu 2 lần song song nhau, sau đó lấy giá trị trung bình

d Kết quả thí nghiệm

Trọng lượng đơn vị thể tích của mẫu đất được tính theo công thức:

V

m m m

w

3 2

1 − −

=γ

Trong đó:

m1 - trọng lượng của mẫu đất có dao vòng

m2 - trọng lượng dao vòng

m3 - trọng lượng tấm kính

V - thể tích dao vòng

D - đường kính trong của dao vòng

Kết quả tính toán với yêu cầu chính xác 0,01 g/cm3 Sai số cho phép của 2 lần thí nghiệm không được lớm hơn 0,03 g/cm3

Bảng ghi kết quả thí nghiệm xác định dung trọng

Thể tích dao vòng chứa đất V (cm 3 )

Trọng lượng dao vòng

m 2 (g)

Trọng lượng tấm kính m 3 (g)

Trọng lượng dao vòng, đất và tấm kính

m 1 (g)

Trọng lượng đơn vị thể tích đất

γw

(g/cm 3 )

Giá trị trung bình

Xác định độ lớn cỡ hạt

Tính được sự phân bố cỡ hạt

Xếp hạng đất theo cỡ hạt

b Dụng cụ thí nghiệm

Bộ rây sàng mắt lưới tròn

Chày bọc cao su để tách rời các hạt đất

Cân điện tử độ chính xác (0,01 - 0,1) g

Bàn chải dùng để quét các hạt đất bám vào rây

c Trình tự thí nghiệm

Mẫu đất đại diện sẽ được phơi khô ngoài trời hay sấy khô bằng lò sấy

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

Dùng trọng lượng m (g) tùytheo loại đất như sau:

Cỡ hạt lớn nhất 3/8 in (9,525 mm) 1000 Cỡ hạt lớn nhất 1/2 in (12,7 mm) 3000 Cỡ hạt lớn nhất 3/4 in (19,1 mm) 5000 Cỡ hạt lớn nhất 1 in (25,4 mm) 10.000

Nếu mẫu đất lớn hơn trọng lượng cần sử dụng, ta phải dùng phương pháp chia 4 để đảm bảo tính đại diện chung của nó

Xếp bộ rây theo thứ tự dưới cùng là đáy rây, sau đó đến các rây có cỡ lớn nhất, cuối cùng là nắp rây

Cho đất vào rây, sàng bằng tay với động tác lắc tròn ngang trong 10 phút Cân đất cộng dồn trên mỗi rây, để cho chính xác ta cân trọng lượng cả đất và rây sau đó trừ đi trọng lượng rây đã cân trước để tính ra trọng lượng đất

d Kết quả thí nghiệm

Số phần trăm trọng lượng giữ lại trên rây

Trong luong dat tren ray cong don

Trong luong tong cong ×

Số phần trăm trọng lượng lọt qua rây = 100% - số phần trăm trọng lượng giữ

lại cộng dồn

Vẽ đường cong phân bố cỡ hạt trên hệ thống trục như sau:

Trục hoành (log10) biểu diễn đường kính cỡ hạt (hay mắt rây)

Trục tung biểu diễn số % trọng lượng đất đã lọt qua rây hay % trọng lượng lọt qua

Đường biểu diễn sẽ có 3 dạng cơ bản nói lên sự phân bố các cỡ hạt đất như sau:

Dạng thoai thoải: đất có cỡ hạt không đồng đều, ta có cấp phối tốt Dạng bậc thang : đất có cỡ hạt gián đoạn, cấp phối xấu

Dạng dốc đứng: đất có cỡ hạt đồng nhất, cấp phối xấu Tính hệ số đồng đều và hệ số hạng cấp

Hệ số đồng đều

10 60

2 30

D D

D30 - đường kính mà các hạt có đường kính nhỏ hơn chiếm 30% mẫu phân tích

D10 - đường kính mà các hạt có đường kính nhỏ hơn chiếm 10% mẫu phân tích

Đường kính cỡ hạt D60, D30, D10 nhận được từ đường biểu diễn phân bố cỡ hạt

Dựa vào kết quả xác định hàm lượng và tính chất của các cỡ hạt trong đất,

ta có thể xác định loại đất đó thuộc loại nào: sỏi, sạn, cát, dạng hạt …

Bảng phân loại đất cát

Tên đất Hàm lượng kích thước hạt

Cát pha sỏi Kl hạt có đường kính d>2mm chiếm trên > 25%

Cát hạt to Kl hạt có đường kính d>0,5mm chiếm trên > 50%

Cát hạt trung Kl hạt có đường kính d>0,25mm chiếm trên > 50%

Cát hạt thô Kl hạt có đường kính d>0,1mm chiếm trên > 75%

Cát bột Kl hạt có đường kính d>0,1mm chiếm dưới < 75%

Bảng kết quả phân tích cỡ hạt

Số hiệu rây Đường kính

rây (mm)

Trọng lượng giữ lại cộng dồn (g)

% trọng lượng giữ lại cộng dồn

% trọng lượng lọt qua rây

0,5 1

8,7

O tung ray

57,43 268,44 141,26 8,9

1,78 28,252 53,688 11,486 1,74 2,656

Biểu đồ phân bố cỡ hạt

Bài 4, 5: Thí nghiệm atterberg (giới hạn nhão, giới hạn dẻo)

a Mục đích

Tùy theo độ chứa nước và tùy theo loại đất đó, đất sẽ ở trong các trạng thái

cơ bản sau:

Trạng thái cứng

Trạng thái nửa cứng

Trạng thái dẻo

Trạng thái nhão

Độ chứa nước trung gian giữa các trạng thái này cho ta các giới hạn được gọi là giới hạn Atterberg

Giới hạn dẻo (Wp ): độ chứa nước trung gian giữa trạng thái nửa cứng và trạng thái dẻo

Giới hạn nhão (WL): độ chứa nước trung gian giữa trạng thái dẻo và trạng thái nhão (lỏng)

b Dụng cụ thí nghiệm

Dụng cụ giới hạn nhão (còn gọi là dụng cụ casagrande)

Bộ phận cắt rãnh hay dao cắt rãnh

Kính phẳng 50 cmx50 cm dùng cho giới hạn dẻo

Cân điện tử độ chính xác (0,01 - 0,1) g

Tủ sấy có điều chỉnh nhiệt độ đến 300oC

Dao trộn đất (lớn và nhỏ)

c Trình tự thí nghiệm

Bài 4: Xác định giới hạn nhão

Sử dụng dụng cụ Casagrande dùng để xác định giới hạn nhão bằng cách quay một cần nhỏ để đưa chỏm cầu lên cao 1 cm và rơi tự do xuống mặt đế bằng cao su cứng Để đảm bảo độ rơi của chỏm cầu là 1 cm (0,394 in) ta cần điều chỉnh độ rơi này trước khi thí nghiệm

Lấy khoảng 100 g đất đã được sấy khô lọt qua rây N#40 (0,42 mm) trộn với một lượng nước vừa đủ nhão trên kính phẳng Cần phải trộn thật kỹ và ủ để đất hoàn toàn bão hòa

Lau ướt chỏm cầu bằng khăn ướt, sau đó trét phần đất đã trộn vào chỏm cầu Khi trét, tránh không để bọt khí hiện diện trong đất, bề dày lớp đất ngay đáy chỏm cầu khoảng 1 cm

Dùng dao cắt rãnh vạch một đường thẳng từ trên xuống Khi vạch luôn luôn phải giữ dao vạch thẳng góc với mặt chỏm cầu Dao cắt rãnh này chia đất làm hai phần cách xa nhau dưới đáy là 2 mm và bề dày ở hai bên rãnh là 8

mm

Quay đều cần quay với vận tốc 2 vòng/giây, chỏm cầu được nâng lên và rơi xuống, sự va chạm giữa chỏm cầu và đế làm cho phần đất hai bên sụp xuống và từ từ khép lại, đến khi nào chiều dài rãnh khép kín này khoảng 1,27 cm (1/2 inch) thì ngừng quay Ghi nhận số lần quay N này (số lần rơi) Nhanh chóng dùng dao nhỏ lấy một phần đất (khoảng 10 g) ngay chỗ khép kín để xác định độ chứa nước tương ứng

Lấy đất nhão từ chỏm cầu, lau sạch chỏm cầu, nhập chung với phần đất cũ trên kính, trộn cho khô bớt nước; làm lại thí nghiệm lần thứ hai giống như lần trước

Trong thí nghiệm xác định giới hạn nhão, ta phải thực hiện tối thiểu 3 lần trên 100 g đất trộn với nước và đi từ trạng thái nhão đến trạng thái dẻo Với độ chứa nước W và số lần rơi tương ứng N của chỏm cầu sẽ định trên hệ trục bán logarit một đường thẳng (trục tung là độ chứa nước, trục hoành hệ

logarithmes) biểu diễn số lần rơi N Theo Casagrande, đường thẳng này gọi

là đường cong chảy và giới hạn nhão WL được định trên giãn đồ là trị số (nội

suy) ứng với lần rơi thứ 25

Bài 5: Xác định giới hạn dẻo

Trộn 15 g đất khô lọt qua rây N0 40 với nước vừa đủ dẻo (hay có thể dùng

phần đất còn lại của thí nghiệm tìm giới hạn nhão)

Se đất trên tấm kính phẳng bằng 4 ngón tay và se đến khi nào đất vừa đạt

đến đường kính 3 mm (1/8 inch) thì vừa rạn nứt và gãy thành nhiều đoạn có

chiều dài sợi đất khoảng (1-2)cm

Xác định độ chứa nước đúng lúc này, ta có giới hạn dẻo của đất Cần thực

hiện 2 lần để lấy giá trị trung bình, sai khác giữa 2 lần thí nghiệm không

quá 2%

Nếu còn dẻo, thì đất sẽ không nứt khi đạt đến đường kính 3 mm, khi đó

nhập đôi lại và tiếp tục se

Nếu đất cứng thì đất sẽ không nứt khi đạt đến đường kính 3 mm, cần thêm

nước vào và se lại

d Kết quả thí nghiệm

Giới hạn nhão WL được đo và gióng từ đường cong chảy là độ chứa nước

ứng với số lần rơi của chỏm cầu là 25 lần, hay dùng công thức:

121 , 0

W - là độ ẩm ứng với số lần rơi thứ N

Giới hạn dẻo WP của đất là độ ẩm của đất khi se đất đến đường kính 3 mm

thì rạn nứt Lấy giá trị trung bình của 2 lần thí nghiệm

Chỉ số Atterberg

Chỉ số dẻo Ip :

Cac so lieu de tinh W lay tu bang xác dinh do am

o TN 1, ki hieu so lon la Ca1, Ca2, Ca3.

Các so lieu de tinh W lay o bang sxac dinh do am trong TN 1, ki hieu mau lon I1, I2.

IP = WL − WP

Độ sệt B (theo TCVN về đất xây dựng), một số tài liệu khác ký hiệu là IL:

P L

P

W W

W W B

−

−

=

Công dụng

Dùng chỉ số dẻo Ip để phân loại đất

Dùng độ sệt B để xác định trạng thái vật lý của đất dính

Trạng thái đất Cứng Nửa cứng Dẻo cứng Dẻo mềm Dẻo chảy ChảyĐộ sệt B < 0 0 - 25 0,25 - 0,5 0,5 - 0,75 0,75 - 1 > 1

Bài 6: Thí nghiệm cắt trực tiếp

a Mục đích

Thí nghiệm cắt trực tiếp dùng để xác định các chỉ tiêu sức chống cắt là góc nội ma sát ϕ và lực dính c của đất Thí nghiệm này có thể thực hiện trên cả hai loại đất có lực dính và đất không có lực dính

Thí nghiệm thực hiện theo cách không thoát nước - không cố kết, có nghĩa là sau khi đặt áp lực thẳng đứng, sức cắt được đặt nhanh để cho nước trong mẫu đất không có thời gian thoát ra

b Dụng cụ thí nghiệm

Máy cắt trực tiếp kiểu truyền lực qua vòng ứng biến và cánh tay đòn

Hộp Casagrande chứa mẫu đất

Dao vòng cắt đất bằng kim loại không gỉ

Dao cắt gọt đất

Đá nhám

Vòng đo áp lực

Cho đá nhám vào dưới hộp Casagrande

Cho mẫu đất vào hộp Casagrande bằng cách để dao vòng trên miệng hộp casagrande và dùng đá nhám để ấn nhẹ mẫu đất vào trong hộp

Khóa hộp Casagrande bằng hai chốt khóa, giữ cho phần trên và dưới hộp Casagrande thẳng trục và không bị xê dịch

Đặt hộp Casagrande vào máy cắt trực tiếp, kiểm tra sự tiếp xúc giữa hộp cắt và vòng đo áp lực

Đặt áp lực thẳng đứng vào đá nhám trên với áp suất 0,25 kg/cm2 hoặc 0,5 kg/cm2

Tác động lực cắt bằng cách quay vòng áp lực với vận tốc ½ vòng/giây

Đọc trị số trên vòng ghi áp lực lúc mẫu thử bị cắt đứt (trị số cực đại của

vòng ghi áp lực), phải theo dõi từng trị số và sau khi qua trị số cực đại thì

sức chịu cắt của đất giảm tức thì

Làm thí nghiệm lần lượt với 3 mẫu thử với các áp lực thẳng đứng như sau:

Tốc độ cắt 1 mm - 2,5 mm/phút 0,005 mm - 0,0075 mm/phút

d Kết quả thí nghiệm

Quan hệ giữa sức chống cắt của đất và áp lực thẳng đứng trên mặt phẳng cắt như sau:

τ = C+σtanϕ

Trong đó:

τ : sức chống cắt của đất

C : lực dính đơn vị của đất loại sét (kg/cm2)

ϕ : góc ma sát trong của đất

Vẽ đường biểu diễn sức chống cắt giới hạn của đất phụ thuộc vào áp lực pháp tuyến Số điểm tối thiểu cần thiết để vẽ đường biểu diễn là 3 điểm

Số hiệu

mẫu đất

Diện tích mặt cắt F (cm2)

Số đọc đồng hồ R

Hệ số hiệu chỉnh vòng ứng biến C0

Sức chống cắt

0 max

C R F

Diện tích mặt cắt F (cm2)

Hệ số hiệu chỉnh cánh tay đòn C1

Aùp lực thẳng đứng

10 11 12

1

2

3

2,55 5,1 7,65

30