Thí nghiệm nén cố kết

BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM PHẦN 1: THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT 1.1 GIỚI THIỆU 1.1.1 Sơ tính nén lún cố kết đất a) Tính nén lún - Là tượng giảm thể tích đất (do giảm độ rỗng) tác dụng tải trọng - Quá trình nén lún đất tác dụng tải trọng thực chất trình nén chặt đất Các hạt rắn xếp lại, thể tích lỗ rỗng đất giảm xuống, độ chặt đất tăng lên Như vậy, tính chất nén lún đất hoàn toàn khác nhau, tuỳ thuộc vào loại đất, trạng thái, hoàn cảnh cụ thể thông qua trạng thái ứng suất loại đất - - Hình Tính nén lún đất Khi công trình xây dựng đất bão hoà, tải trọng công trình xem truyền lên nước lỗ rỗng đất trước tiên Vì chịu tải nên nước có xu hướng thoát từ lỗ rỗng đất (áp lực nước lỗ rỗng phân tán từ nơi có áp lực lớn đến nơi có áp lực bé áp lực hữu hiệu tăng dần lên), gây giảm thể tích phần rỗng đất lún công trình Hình Sự xếp lại hạt rắn đất chịu tải trọng công trình Đối với đất có hệ số thấm lớn (đất hạt thô), trình hoàn tất khoảng thời gian ngắn kết lún kết thúc hoàn toàn thi công Tuy nhiên, Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM đất có hệ số thấm nhỏ (đất hạt mịn, đặc biệt đất loại sét), trình chiếm khoảng thời gian lớn, mức độ biến dạng độ lún xảy chậm b) Cố kết (Consolidation) - Hiện tượng nén chặt thoát chậm nước từ lỗ rỗng đất hạt mịn kết việc tăng tải (trọng lượng công trình lên đất nền) Hình Sự cố kết đất sét bão hòa 1.1.2 Thí nghiệm nén cố kết (Consolidation Test) a) Thí nghiệm nén cố kết - Là thí nghiệm xác định độ lún trình thoát nước lỗ rỗng mẫu đất tải trọng thẳng đứng không bị nở hông (do tiêu ép co đất xác định thí nghiệm cách nén mẫu đất chứa dao vòng có thành cứng) - Thí nghiệm nén cố kết gọi thí nghiệm nén không nở hông: Hình Sơ đồ thí nghiệm nén cố kết thiết bị nén không nở hông b) Mục đích thí nghiệm nén cố kết - Xác định đặc trưng biến dạng đất như: • Thiết lập biểu đồ quan hệ độ rỗng e cấp tải trọng tác dụng σ (kPa) Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM • • • • • a n-1,n ( kPa −1 ) Xác định hệ số nén Hệ số biến đổi thể tích mv (kPa-1 ) Module tổng biến dạng Eo ( kPa) Chỉ số nén Cc, số nén lại hay số nở Cs, áp lực tiền cố kết pc ( kPa) Hệ số cố kết Cv (cm2/s m2/ngày đêm), hệ số thấm k (cm/s m/ngày đêm)  Từ đặc trưng trên, người kỹ sư xác định độ lún đất công trình dự báo độ lún theo thời gian 1.1.3 Tiêu chuẩn hành - TCVN 4200:1012 “ĐẤT XÂY DỰNG - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH NÉN LÚN TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM” 1.2 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM: 1.2.1 Máy nén cố kết: Hình Các phận máy nén cố kết học thông thường hình ảnh thực tế Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM Hình Một số máy nén cố kết khác a) Hộp nén có loại  Hộp nén với vòng mẫu trôi (Floating Ring Consolidation Cell) Hình Hộp nén với vòng mẫu trôi Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM - Sức nén xảy từ hướng phía Trong hộp loại này, ma sát thành hộp mẫu đất nhỏ  Hộp nén với vòng mẫu cố định (Fixed Ring Consolidation Cell) Hình Hộp nén với vòng mẫu cố định - Trong vòng mẫu cố định nén mẫu đất diễn từ mặt xuống mặt dưới, lớp đất không di chuyển suốt trình cố kết - Ma sát với thành vòng lớn vòng mẫu không cố định - Đo lượng nước thấm qua đáy mẫu đất trình cố kết, cho phép xác định hệ số thấm k đất b) Đồng hồ đo biến dạng -Yêu cầu: có khắc vạch đến 0.01 mm Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM Hình Đồng hồ đo biến dạng 1.2.2 Dụng cụ tạo mẫu a) Mẫu đất dùng để thí nghiệm xác định hệ số đặc trưng tính cố kết: Hình 10 Các mẫu đất dùng để thí nghiệm b) Dao vòng để lấy mẫu: Hình 11 Dao vòng - TCVN 4200:2012 yêu cầu đất loại sét đất loại cát (không lẫn sỏi sạn) đường kính mẫu thử dao vòng d ≥ 50mm, đất lẫn sỏi sạn phải dùng dao vòng có đường kính d ≥ 70mm Mẫu đất thí nghiệm thường có chiều cao 2cm diện tích mặt cắt ngang từ 30 đến 50cm c) Dao gọt đất dao gạt d) Giấy thấm Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM e) Đá thấm Hình 12 Đá thấm ngâm nước trước làm thí nghiệm 1.2.3 Các dụng cụ khác : Cân kỹ thuật với độ xác 0.01g, lò sấy, đồng hồ bấm giây, thước kẹp 1.3 TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1.3.1 Chuẩn bị mẫu đất - Mẫu đất nguyên dạng: tiến hành lấy mẫu đất dao vòng thí nghiệm xác định đặc trưng vật lý mẫu đất Hình 13 Mẫu đất chuẩn bị nguyên trạng Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM - Mẫu đất không nguyên dạng: lấy mẫu trung bình có khối lượng khoảng 200g từ đất đá giã sơ bộ, loại bỏ sỏi sạn tạp chất để chế bị mẫu Lấy khoảng 10g để xác định độ ẩm ban đầu (W) Hình 14 Lấy mẫu thí nghiệm cho đất sau chế bị xong 1.3.2 Tiến hành thí nghiệm Bước 1: Cho dao vòng chứa mẫu đất có chiều cao 2cm, diện tích tiết diện ngang từ 30 đến 50cm lấy vào hộp nén có đá thấm hai mặt mẫu Hình 16 Cho mẫu đất lấy vào hộp nén có đá thấm, giấy thấm hai mặt mẫu Hình 15 Mẫu đất lấy dao vòng Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM Bước 2: Đặt hộp nén vào máy nén, điều chỉnh đồng hồ đo lún vị trí đổ nước đầy hộp nén Hình 17 Đặt hộp nén vào máy nén, điều chỉnh đồng hồ đo lún Hình 18 Đổ nước đầy hộp nén Bước 3: Cân cánh tay đòn thước thủy bình Hình 19 Thước thủy bình để cân cánh tay đòn Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM Bước 4: Đặt tải trọng theo cấp áp lực tăng dần ghi nhận số đọc đồng hồ đo lún theo thời gian Hình 20 Gia tải lên máy  Yêu cầu trình đặt tải: -Theo mục 3.7 TCVN 4200:2012 trị số cấp áp lực nén thí nghiệm xác định theo tính chất đất yêu cầu thực tế công trình trường hợp cụ thể Thông thường, cấp sau lớn gấp hai lần cấp trước: • Đối với đất sét trạng thái dẽo chảy chảy, sử dụng cấp: 10; 25; 50; 100 200 kPa • Đối với đất sét, sét pha trạng thái dẻo mềm dẻo cứng: dùng cấp 25; 50; 100; 200 400 kPa • Đối với đất cứng nửa cứng: dùng cấp: 50; 100; 200; 400 800 kPa - Số lượng cấp áp lực không nhỏ cho mẫu nén - Mỗi cấp áp lực tác dụng lên mẫu giữ đạt ổn định biến dạng nén tức biến dạng không vượt 0.01 mm trong: • 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 0.01 mm 24  Yêu cầu việc theo dõi biến dạng nén đồng hồ : - Theo mục 4.3.3 TCVN 4200:2012 theo dõi biến dạng nén đồng hồ biến dạng cấp tải trọng sau 15s tăng tải Khoảng thời gian đọc biến dạng nén lần sau lấy gấp đôi so với lần đọc trước :15s; 30s; 1m; 2m; 4m; 8m; 15m; 30m; 1h; 2h; 3h; 6h; 12h 24h kể từ lúc bắt đầu thí nghiệm cho mẫu cố kết hoàn toàn cấp áp lực, thường 24h 48h Ghi : - Theo mục 4.3.4 TCVN 4200:2012,tải trọng cần thiết tác dụng lên mẫu áp lực, tính đơn vị (N) theo công thức sau: p= σ F − mc f (N) Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang 10 BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM Trong đó: mc – Trọng lượng nén, bi viên đá thấm mẫu (N) σ - áp lực tác dụng lên mẫu đất (Pa) F - tiết diện mẫu đất (m2) f – tỷ lệ cánh tay đòn truyền lực Bước 5:Tiến hành dỡ tải Hình 21 Tiến hành dỡ tải - Sau biến dạng mẫu đất ổn định cấp áp lực cuối cùng, ta tiến hành dỡ tải.Dỡ cấp cấp cuối lấy số đọc đồng hồ đo biến dạng Theo mục 4.3.8 TCVN 4200:2012 thời gian theo dõi biến dạng khôi phục đất cát pha sét pha phép giảm bớt hai lần so với lúc tăng tải Đối với đất sét tiêu chuẩn ổn định biến dạng hồi phục lấy biến dạng nén lún 1.4 XỬ LÝ KẾT QUẢ VÀ VẼ ĐƯỜNG QUAN HỆ GIỮA e -σ Bước 1: Tìm hệ số rỗng ban đầu eo hệ số rỗng cấp áp lực cuối e’k - Mẫu đất trước thí nghiệm xác định đặc trưng vật lý ban đầu γ, w, Gs γ= Từ tìm hệ số rỗng ban đầu eo : Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết G ×γ×(1+w) 1+w G s γ w ⇒ eo = s w -1 1+eγo Trang 11 BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM e'k = - Tượng tự tính G s ×γ×(1+w )k w -1 γk Bước 2: Tính hệ số rỗng theo biến dạng en cấp áp lực : - Hệ số rỗng theo biến dạng en cấp áp lực tính theo công thức : e n =eo - Δh n (1+eo ) ho Trong đó: ho – chiều cao ban đầu mẫu đất, 20mm ∆hn – biến dạng mẫu đất cấp tải trọng n ,đơn vị mm Ghi : - Theo mục 4.4.2 TCVN 4200:2012 biến dạng mẫu (∆hn) trình thí nghiệm cấp tải thứ n xác định theo công thức: ∆hn =rn-ro-∆Mn Trong đó: rn biến dạng cấp tải trọng n đồng hồ đo ổn định biến dạng nén mẫu đất (mm) ro biến dạng ban đầu đồng hồ đo biến dạng (mm) ∆Mn biến dạng máy cấp tải trọng thứ n (mm) ek =eo - Hệ số rỗng ứng với cấp áp lực cuối tính theo biến dạng e k : Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang 12 Δh k (1+eo ) ho BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM Bước 3: Kiểm tra, hiệu chỉnh kết thí nghiệm: - Theo mục 4.4.5 TCVN 4200:2012 thì: ek − e'k ≤ ± 5% e'k • Nếu tỷ lệ tiến hành vẽ đường cong nén lún từ giá trị tính toán theo biến dạng mẫu ek − ek' > ± 5% e'k • Nếu tỷ lệ phải làm lại thí nghiệm, vẽ đường cong nén lún từ hệ số rỗng eo e’k trước sau thí nghiệm, hệ số rỗng trung gian phải xác định từ công thức : e’n=αen Trong : e’n hệ số rỗng cấp tải trung gian thứ n hiệu chỉnh en hệ số rỗng cấp tải trung gian thứ n tính theo biến dạng α hệ số hiệu chỉnh Bước 4: Vẽ đường quan hệ e σ - Khi biết hệ số rỗng mẫu đất ( xử lý số liệu bước 3) với tải trọng tương ứng ta vẽ đường cong nén lún e-σ , tức đường quan hệ e σ Đường cong nén lún thường sử dụng để tính lún nên phải thể cho từ giá trị σ bất kỳ, ta tra giá trị e có độ xác chấp nhận Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang 13 BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM Hình 22 Đường nén lún ( gia tải dỡ tải) - Đường cong nén lún biểu diễn dạng bán logarit, tức quan hệ hệ số rỗng e log(σ) Hình 23 Đường cong nén lún( gia tải dỡ tải) theo biểu đồ bán logarit - 1.5 MỘT SỐ LỖI ẢNH HƯỞNG ĐẾN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Chuẩn bị mẫu không cẩn thận dẫn đến có mặt bọt khí mẫu hay cấu trúc mẫu bị xáo trộn nhiều Dẫn đến kết thí nghiệm bị sai lệch không đáng tin cậy Ma sát mẫu dao vòng lớn làm tải trọng đặt lên mẫu Nên bôi trơn thành dao vòng dầu nhờn Sử dụng đá thấm không tốt đá bị cặn bẩn, bị nứt nẻ, không ngâm đá vào nước trước thí nghiệm Thí nghiệm viên đọc số liệu không xác Không kiểm tra điều chỉnh lại máy trước thí nghiệm Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang 14 [...]... mẫu Nên bôi trơn thành dao vòng bằng dầu nhờn Sử dụng đá thấm không tốt do đá bị cặn bẩn, bị nứt nẻ, không ngâm đá vào nước trước khi thí nghiệm Thí nghiệm viên đọc số liệu không chính xác Không kiểm tra điều chỉnh lại máy trước khi thí nghiệm Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang 14 ... TIỂU LUẬN NHÓM 2 Bước 3: Kiểm tra, hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm: - Theo mục 4.4.5 TCVN 4200:2012 thì: ek − e'k ≤ ± 5% e'k • Nếu tỷ lệ thì có thể tiến hành vẽ đường cong nén lún từ các giá trị tính toán theo biến dạng của mẫu ek − ek' > ± 5% e'k • Nếu tỷ lệ thì phải làm lại thí nghiệm, hoặc vẽ đường cong nén lún từ các hệ số rỗng eo và e’k trước và sau khi thí nghiệm, còn các hệ số rỗng trung gian phải... tương ứng ta có thể vẽ được đường cong nén lún e-σ , tức là đường quan hệ giữa e và σ Đường cong nén lún thường được sử dụng để tính lún nên phải thể hiện sao cho có thể từ giá trị σ bất kỳ, ta tra ra được giá trị e có độ chính xác chấp nhận được Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang 13 BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM 2 Hình 22 Đường con nén lún ( gia tải và dỡ tải) - Đường cong nén lún còn có thể biểu diễn dưới dạng... định về biến dạng hồi phục cũng được lấy như biến dạng nén lún 1.4 XỬ LÝ KẾT QUẢ VÀ VẼ ĐƯỜNG QUAN HỆ GIỮA e -σ Bước 1: Tìm hệ số rỗng ban đầu eo và hệ số rỗng ở cấp áp lực cuối cùng e’k - Mẫu đất trước khi thí nghiệm đã được xác định các đặc trưng vật lý ban đầu như γ, w, Gs γ= Từ đó tìm được hệ số rỗng ban đầu eo : Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết G ×γ×(1+w) 1+w G s γ w ⇒ eo = s w -1 1+eγo Trang 11... quá trình thí nghiệm ở cấp tải thứ n được xác định theo công thức: ∆hn =rn-ro-∆Mn Trong đó: rn là biến dạng ở cấp tải trọng n ở đồng hồ đo khi đã ổn định biến dạng nén của mẫu đất (mm) ro là biến dạng ban đầu của đồng hồ đo biến dạng (mm) ∆Mn biến dạng của máy ở cấp tải trọng thứ n (mm) ek =eo - Hệ số rỗng ứng với cấp áp lực cuối cùng tính theo biến dạng là e k : Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang... diễn dưới dạng bán logarit, tức là quan hệ giữa hệ số rỗng e và log(σ) Hình 23 Đường cong nén lún( gia tải và dỡ tải) theo biểu đồ bán logarit - 1.5 MỘT SỐ LỖI ẢNH HƯỞNG ĐẾN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Chuẩn bị mẫu không cẩn thận dẫn đến sự có mặt của bọt khí trong mẫu hay cấu trúc mẫu bị xáo trộn nhiều Dẫn đến kết quả thí nghiệm bị sai lệch không đáng tin cậy Ma sát giữa mẫu và dao vòng lớn làm mất tải trọng...BÁO CÁO TIỂU LUẬN NHÓM 2 Trong đó: mc – Trọng lượng của tấm nén, hòn bi và viên đá thấm trên mẫu (N) σ - áp lực tác dụng lên mẫu đất (Pa) F - tiết diện mẫu đất (m2) f – tỷ lệ cánh tay đòn truyền lực Bước 5:Tiến hành dỡ tải Hình 21 Tiến hành dỡ tải - Sau khi biến ... cách nén mẫu đất chứa dao vòng có thành cứng) - Thí nghiệm nén cố kết gọi thí nghiệm nén không nở hông: Hình Sơ đồ thí nghiệm nén cố kết thiết bị nén không nở hông b) Mục đích thí nghiệm nén cố kết. .. XÁC ĐỊNH TÍNH NÉN LÚN TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM” 1.2 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM: 1.2.1 Máy nén cố kết: Hình Các phận máy nén cố kết học thông thường hình ảnh thực tế Phần 1- Thí nghiệm nén cố kết Trang BÁO... nén cố kết (Consolidation Test) a) Thí nghiệm nén cố kết - Là thí nghiệm xác định độ lún trình thoát nước lỗ rỗng mẫu đất tải trọng thẳng đứng không bị nở hông (do tiêu ép co đất xác định thí nghiệm