BÀI 1, Xác định độ chặt nền, mặt đường ,bằng phương pháp phễu rót cát, Thí nghiệm kiểm tra chất lượng, xây dựng đường bộ
Trang 1BÀI 1 Xỏc định độ chặt nền, mặt đường bằng phương phỏp phễu rút cỏt
(22 TCN 346-2006)
a Phạm vi ỏp dụng
- Áp dụng cho cỏc lớp vật liệu rời rạc (đất, đất gia cố, cấp phối đỏ dăm…)
- Chỉ ỏp dụng phương phỏp này khi vật liệu cú khụng quỏ 50% lượng hạt nằm trờn sàng 19mm
b Thiết bị, dụng cụ thớ nghiệm
- Bộ phễu rút cỏt: Bỡnh chứa cỏt, phễu, đế định vị
- Cỏt chuẩn: Là loại cỏt sạch, hạt cứng, khụ, tơi; kớch cỡ hạt lọt qua sàng 2,36 mm
và nằm trờn sàng 0,3 mm; hệ số đồng nhất nhỏ hơn 2,0
- Cõn: 2 chiếc
+ 1 chiếc cõn được đến 15 kg với độ chớnh xỏc 1,0 g
+ 1 chiếc cõn được đến 1500 g với độ chớnh xỏc 0,01 g
- Tủ sấy: Duy trỡ ở nhiệt độ 110o C 5- C
- Sàng: Loại sàng mắt vuụng, gồm 4 chiếc cú kớch cỡ 2,36; 1,18; 0,6; 0,3mm
- Cỏc loại dụng cụ khỏc: Dao, cuốc nhỏ, đục, hộp đựng mẫu ẩm, thỡa, đinh to, chổi lụng
Ghi chú: Kích th-ớc trong bản vẽ là mm
Hình 1 Bộ dụng cụ phễu rót cát
304,8
171,5 165,1 12,9 Phễu lớn
Đế định vị
Bình chứa cát, thể tích > 4 lít
Phễu nhỏ
Đệm cao su Ren nối bình chứa cát
Các chốt chặn
Cấu tạo van
Trang 2c Chuẩn bị thí nghiệm
- Chuẩn bị cát tiêu chuẩn
- Xác định khối lượng thể tích của cát chuẩn γcát chuẩn (g/cm3)
- Hiệu chuẩn bộ phễu rót cát (Được tiến hành sau mỗi lần xác định γcát chuẩn) Khi hiệu chuẩn ta sẽ có khối lượng cát trong phễu: mcatpheu (g)
d Trình tự thí nghiệm
Bước 1:
- Đổ cát chuẩn vào bình chứa cát, lắp phễu và khóa van
- Cân xác định khối lượng tổng cộng: m1 (g)
Bước 2: Đào hố thí nghiệm
- Làm phẳng mặt bằng nơi thí nghiệm sao cho tấm đế định vị tiếp xúc hoàn toàn với bề mặt
- Lấy đinh ghim đế chặt lớp vật liệu để cố định đế
- Dùng đục và búa đào 1 hố lỗ thủng của đế Chiều sâu hố đào bằng chiều sâu lớp vật liệu
- Cho toàn bộ lớp vật liệu đào được vào khay và đậy kín
- Cân xác định khối lượng vật liệu trong hố đào và khay đựng mẫu: mw (g)
Bước 3: Rót cát và xác định thể tích hố đào
- Lau sạch miệng lỗ thủng đế định vị
- Úp miệng phễu vào lỗ thủng của đế định vị và mở van cho cát chảy vào hố đào
- Khi cát dừng chảy, khóa van lại và lấy phễu rót cả ra
- Cân xác định khối lượng của bình chữa, phễu và cát còn lại: m2 (g)
Bước 4: Xác định độ ẩm W của mẫu vật liệu thí nghiệm (Dùng tủ sấy hoặc đốt cồn)
e Xử lí kết quả thí nghiệm
- Xác định thể tích hố đào:
catpheu
m
- Xác định khối lượng thể tích tự nhiên của lớp vật liệu:
3
w w ho
(g/cm ) m
γ = V
- Xác định khối lượng thể tích khô của lớp vật liệu:
3
w
γ = 1+0,01.W
- Xác định hệ số đầm chặt của lớp vật liệu thí nghiệm:
k
max
K= γ 100(%)
γ
Trong đó:
Trang 3mcpheu - Khối lượng cát trong phễu (g);
m1 - Khối lượng bình, phễu và cát chuẩn (g);
m2 - Khối lượng bình, phễu và cát chuẩn còn lại (g);
mw - Khối lượng mẫu đất (g);
γmax - Khối lượng thể tích khô lớn nhất của vật liệu theo kết quả đầm nén trong phòng (g/cm3)
f Các lưu ý khi thí nghiệm
Không tiến hành thí nghiệm:
+ Khi thành hố đào bị sụp, hoặc bị biến dạng trong quá trình đào
+ Khi phát hiện có nước chảy vào hố đào
BÀI 2 Xác định độ chặt nền, mặt đường bằng phương pháp dao đai
(22 TCN 02-1971)
a Phạm vi áp dụng
- Áp dụng cho đất ẩm không lẫn sỏi sạn (đất sét, đất cát pha…)
b Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
- Dao đai tròn bằng đồng hay thép dung tích 100cm3 hoặc 200cm3
- Cân kỹ thuật: 2 chiếc
+ 1 chiếc cân được đến 5 kg với độ chính xác 1,0 g
+ 1 chiếc cân được đến 500 g với độ chính xác 0,1 g
- Dao gạt đất lưỡi thật phẳng
- Hộp nhôm đựng mẫu đất
- Tủ sấy: Duy trì ở nhiệt độ 110o C 5o C Hoặc cồn đốt từ 90o trở lên
- Vaselin hoặc mỡ bôi trơn
- Các dụng cụ khác: Búa đóng, tấm gỗ đệm, xẻng con, bay, giẻ lau…
c Trình tự thí nghiệm
Bước 1:
- Lau sạch dao đai và cân xác định khối lượng dao: mo (g)
- Xác định thể tích dao đai: V (cm3)
Bước 2:
- Bôi mỡ hoặc vaselin bên trong dao đai
- Lắp dao đai vào với nắp
- Dùng tay ấn hoặc búa đóng nhẹ lên tấm gỗ đệm đặt trên nắp dao để dao ngập hoàn toàn vào trong đất
- Đào hết đất xung quanh dao, lấy nguyên cả dao và đất lên Dùng dao gạt phẳng hai đầu dao và lau sạch đất xung quanh dao
Trang 4- Cân xác định khối lượng dao và mẫu đất: mw
Bước 3: Xác định độ ẩm W của mẫu đất (Dùng tủ sấy hoặc đốt cồn)
d Xử lí kết quả thí nghiệm
- Xác định khối lượng thể tích tự nhiên của đất thí nghiệm:
3
w m m (g/cm )
γ =
V
- Xác định khối lượng thể tích khô của đất thí nghiệm:
3
w
γ = 1+0,01.W
- Xác định hệ số đầm chặt của lớp đất:
k max
K= γ 100(%)
γ
Trong đó:
V - Thể tích dao đai (cm3);
mo - Khối lượng dao (g);
mw - Khối lượng dao và mẫu đất (g);
γmax- Khối lượng thể tích khô lớn nhất của vật liệu theo kết quả đầm nén trong phòng (g/cm3)
e Các lưu ý khi thí nghiệm
- Khi đóng dao vào đất không được để dao nghiêng lệch
- Khi mẫu đất trong dao đai bị vỡ phải tiến hành thí nghiệm khác
BÀI 3 Xác định chỉ số sức chịu tải CBR hiện trường
(TCVN 8821-2011)
a Phạm vi áp dụng
-Phương pháp này dùng để xác định chỉ số CBR của đất nền, các lớp móng bằng vật liệu rời tại hiện trường Và giá trị này là cơ sở để đánh giá chất lượng lớp nền và lớp móng bằng vật liệu rời
b Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
- Kích gia tải: Tạo lực nén cho đầu xuyên, có khả năng tạo lực nén phù hợp, không
nhỏ hơn 45kN Hành trình của kích không nhỏ hơn 50mm Kích phải có khớp nối chuyên dụng nối với giá đỡ kích để đầu xuyên dễ dàng di chuyển theo chiều thẳng đứng khi thí nghiệm
- Dụng cụ đo lực: Để đo lực nén của đầu xuyên Thường sử dụng loại vòng đo lực
Có một số loại vòng đo lực thích hợp với các thông số kỹ thuật sau:
Trang 5+ Vòng đo lực có khoảng đo từ 0 - 10 kN, số đọc chính xác đến 10N: phù hợp khi xác định CBR < 20%
+ Vòng đo lực có khoảng đo từ 0- 20kN, số đọc chính xác đến 20N: phù hợp khi xác định CBR từ 20%- 40%;
+ Vòng đo lực có khoảng đo từ 0 – 50kN, số đọc chính xác đến 50N: phù hợp khi xác định CBR > 40%
- Đầu xuyên: Đầu xuyên bằng thép hình trụ tròn có đường kính 50,8mm ± 0,1mm,
mặt đáy phẳng (diện tích mặt cắt ngang danh định là 2000mm2) Chiều dài đầu xuyên không nhỏ hơn 102mm
- Đầu nối: Đầu nối thép có chốt ren để liên kết cần nối với vòng đo lực Đầu nối có
thể điều chỉnh được khoảng cách
- Cần nối: Gồm các ống kim loại có ren trong để lắp nối với nhau và lắp nối với
đầu xuyên Số lượng và quy các các cần nối được quy định tại bảng 1 Tùy thuộc vào chiều cao giữa hệ thống chất tải và mặt phẳng thử nghiệm để lựa chọn các cần nối có chiều dài phù hợp để lắp với nhau, nhưng không lớn hơn 2.4m
Bảng 1- Số lượng và quy cách của cần nối
- Đồng hồ đo độ xuyên của đầu xuyên, giá trị một vạch đo là 0,025mm, hành trình
đo đến 25mm
- Giá đỡ đồng hồ đo độ xuyên: Gồm một thanh kim loại (gọi tắt là thanh ngang) có
độ cứng thích hợp để không bị biến dạng khi đo, có chiều dài không nhỏ hơn 1.5m để gắn đồng hồ đo xuyên; 2 trụ đỡ bằng thép để đỡ thanh kim loại Khi đo, thanh kim loại được đặt nằm ngang và được cố định bằng vít trên 2 trụ đỡ có đế ghim chặt xuống lớp vật liệu;
- Tấm gia tải:
+ Tấm gia tải hình vành khăn: Tấm tròn kim loại, khối lượng
4.54kg±0.01kg, đường kính ngoài 254mm ± 0.5mm, đường kính lỗ từ 52mm-54mm
+ Tấm gia tải hình vành khuyên: tấm tròn kim loại có xẻ rãnh:
2 tấm có khối lượng 4,54 kg0,01kg, đường kính 216 mm1 mm
2 tấm có khối lượng 9,08 kg0,01kg, đường kính 216 mm1 mm
- Hệ thống chất tải:
Gồm khối chất tải và giá đỡ kích gia tải Sau khi lắp ráp, toàn bộ hệ thống chất tải và thiết bị thí nghiệm phải ổn định trong suốt quá trình thử nghiệm
Trang 6Giỏ đỡ kớch gia tải đảm bảo liờn kết chắc chắn giữa khối chất tải và kớch gia tải
Tấm gia tải hình vành khăn Tấm gia tải hình vành khuyên
254±0,5mm
52mm-54mm
216±1mm
52mm-54mm
Hỡnh 2 – Tấm gia tải
Đất
Thanh ngang
Cát tạo phẳng Trụ đỡ
Vòng đo lực
Đồng hồ đo độ xuyên
Đầu xuyên
Cần nối
Tấm gia tải
Kích gia tải
Đầu nối
Đồng hồ đo lực
kích gia tải Khối chất tải
Hỡnh 3 – Hệ thống thiết bị CBR sau khi lắp đặt
- Cỏc dụng cụ khỏc: thước ni vụ, cỏt khụ sạch, đồng hồ đo thời gian, bộ dụng cụ xỏc định độ ẩm…
c Chuẩn bị thớ nghiệm
- Làm phẳng bề mặt tại vị trớ thớ nghiệm, trỏnh làm xỏo trộn vật liệu bờn dưới Đỏnh dấu vị trớ nơi đầu xuyờn sẽ xuyờn
- Lắp đặt hệ thống chất tải và thiết bị CBR
d Trỡnh tự thớ nghiệm
- Dựng tay quay quay kớch gia tải với tốc độ hợp lý để đầu xuyờn xuyờn vào lớp vật liệu với tốc độ ổn định là 1,27mm/phỳt (Khoảng 6 vũng/phỳt) Trong quỏ trỡnh thử nghiệm, người vận hành kớch gia tải phải kiểm soỏt được tốc độ gia tải bằng cỏch theo
Trang 7dõi tốc độ quay của đồng hồ đo độ xuyên sâu với đồng hồ đo thời gian để điều chỉnh tốc độ quay của kích gia tải Ghi lại số đọc trên đồng hồ của vòng đo lực tại những thời điểm mà chiều sâu xuyên lần lượt bằng 0,64mm; 1,27mm; 1,91mm; 2,54mm; 3,75mm; 5,08mm; 7,62mm; 9,02mm và 12,70mm (hoặc 0,025in; 0,05in; 0,075in; 0,10in; 0,15in; 0,20in; 0,30in; 0,40in và 0,50in) Khi thử nghiệm với đất đồng nhất, có thể chỉ cần thử nghiệm đến chiều sâu xuyên 7,62mm (hoặc 0,3in)
- Ngay sau khi kết thúc thử nghiệm, thí nghiệm xác định khối lượng thể tích khô của lớp vật liệu tại vị trí cách điểm thử nghiệm khoảng 10cm
- Trường hợp cần thí nghiệm thêm các vị trí khác lân cận vị trí vừa thử nghiệm thì khoảng cách giữa các điểm thử nghiệm phải đủ lớn để không ảnh hưởng đến nhau Khoảng cách tối thiểu giữa hai điểm thử nghiệm lân cận là 175 mm với đất dính, 380
mm với đất rời và lớp móng
- Trường hợp cần xác định CBR tại các lớp dưới sâu (lớp móng dưới, lớp nền phía dưới ), đào bỏ lớp phía trên cho đến mặt lớp cần thử nghiệm với diện tích đủ lớn để thao tác Tránh làm xáo động lớp cần thử nghiệm
e Xử lí kết quả thí nghiệm
- Vẽ biểu đồ quan hệ áp lực nén - chiều sâu xuyên: Từ các giá trị áp lực nén và
chiều sâu xuyên tương ứng để vẽ biểu đồ áp lực nén - chiều sâu xuyên Áp lực nén được tính bằng tỷ số giữa lực nén (N) trên diện tích đầu xuyên (mm2)
- Hiệu chỉnh biểu đồ: Trong một số trường hợp, đoạn biểu đồ quan hệ áp lực nén -
chiều sâu xuyên gần với gốc toạ độ không thẳng mà bị võng xuống Trong trường hợp này, để có được quan hệ đúng giữa áp lực nén với chiều sâu xuyên cần phải tiến hành hiệu chỉnh Việc hiệu chỉnh được thực hiện bằng cách dời gốc tọa độ, cụ thể như sau: kéo dài phần đường thẳng của biểu đồ xuống phía dưới cắt trục hoành tại 1 điểm - điểm này chính là gốc toạ độ mới
ChiÒu s©u xuyªn ChiÒu s©u xuyªn
P
P
ChiÒu s©u xuyªn sau hiÖu chØnh t¹i 5,08mm (0,2in.)
ChiÒu s©u xuyªn sau hiÖu chØnh t¹i 2,54mm (0,1in.)
5,08 7,62 10,16 12,70 (mm)
(in) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
2
1
(mm) 12,70 10,16 7,62 5,08 2,54 0
0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
7,0
6,0
2
P
1
P
6,0
7,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0
Trang 8Hình 4a - Không cần hiệu chỉnh Hình 4b- Hiệu chỉnh bằng cách rời gốc tọa độ
Hình 4- Biểu đồ quan hệ áp lực nén-chiều sâu xuyên
- Xác định CBR tại vị trí thử nghiệm:
+ Dựa trên đồ thị quan hệ giữa áp lực nén - chiều sâu xuyên, xác định giá trị áp lực nén ứng với chiều sâu xuyên 2,54 mm, ký hiệu là P1 và áp lực nén ứng với chiều sâu xuyên 5,08 mm, ký hiệu là P2
+ Tính giá trị CBR ứng với chiều sâu xuyên 2,54mm, ký hiệu là CBR1 và giá trị CBR ứng với chiều sâu xuyên 5,08 mm, ký hiệu là CBR2 theo công thức sau Kết quả tính toán được làm tròn đến một chữ số sau dấu phảy
1 1
2 2
P CBR = 100(%)
6,9 P CBR = 100(%)
10,3 Trong đó:
CBR1 là giá trị CBR tính với chiều sâu xuyên 2,54 mm (0,1 in), %;
CBR2 là giá trị CBR tính với chiều sâu xuyên 5,08 mm (0,2 in), %;
P1 là áp lực nén ứng với chiều sâu xuyên 2,54 mm (0,1 in), MPa (sau khi
hiệu chỉnh);
P2 là áp lực nén ứng với chiều sâu xuyên 5,08 mm (0,2 in), MPa (sau khi
hiệu chỉnh);
6,9 là áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu xuyên 2,54 mm (0,1 in), MPa; 10,3 là áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu xuyên 5,08 mm (0,2 in), MPa
- Thông thường, giá trị CBR1 sẽ được chọn là giá trị CBR hiện trường tại vị trí thử nghiệm Nếu CBR2 lớn hơn CBR1 thì phải làm lại thử nghiệm lần nữa, nếu kết quả thử nghiệm vẫn tương tự thì chọn CBR2
BÀI 4 Xác định mô đun đàn hồi nền, mặt đường bằng tấm ép cứng
(TCVN 8861-2011)
a Phạm vi áp dụng
- Phục vụ cho công tác thiết kế áo đường, kiểm tra đánh giá mô đun đàn hồi của nền đất và các lớp kết cấu áo đường mềm
b Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
- Hệ thống chất tải: xe tải, khung chất tải hoặc khung neo cho phép tạo ra phản lực yêu cầu trên bề mặt thí nghiệm Khoảng cách từ gối tựa của hệ thống chất tải (là bánh
xe trong trường hợp sử dụng xe tải) tới mép ngoài của tấm ép tối thiểu là 2,4m
- Kích thuỷ lực: Kích thủy lực được hiệu chuẩn và cho phép tạo ra áp lực trên tấm
ép với độ chính xác tới 0,01 Mpa
Trang 9- Tấm ép cứng: Bằng thép hình tròn, đủ độ cứng với chiều dày không nhỏ hơn 25mm; có các đường kính 76cm, 46cm, 33cm
- Đồng hồ đo biến dạng: 2 cái Đồng hộ đo có độ chính xác tới 0,01 mm, hành trình
đo tới 25mm
- Giá đỡ đồng hồ đo biến dạng
- Cát khô, sạch (lọt qua sàng mắt vuông 0,6 mm và nằm trên sàng 0,3 mm) để tạo phẳng bề mặt thí nghiệm
- Thước thủy ni vô: để kiểm tra độ bằng phẳng bề mặt trước khi đo
c Chuẩn bị thí nghiệm
- Làm phẳng bề mặt tại vị trí thí nghiệm
- Sử dụng cát mịn với khối lượng ít nhất để tạo mặt phẳng nằm ngang dưới tấm ép cứng, chiều dày lớp cát không quá 2mm
- Nếu thí nghiệm với các lớp dưới mặt đường, tiến hành đào bóc bỏ lớp vật liệu phía trên Hố đào phải có kích thước tối thiểu bằng hai lần đường kính tấm ép
d Trình tự thí nghiệm
Bước 1: Lắp đặt thiết bị
- Đặt tấm ép cứng trên bề mặt đã tạo phẳng, đưa xe tải vào vị trí đo,
- Lắp đặt kích gia tải lên trên tấm ép sao cho tâm kích gia tải trùng với tâm của tấm
ép
- Lắp đặt giá đỡ đồng hồ đo biến dạng đảm bảo giá đỡ nằm ngang, khoảng cách tối thiểu từ hai gối tựa của giá đỡ đến mép tấm ép và bánh xe chất tải là 1,2m Lắp đặt hai đồng hồ đo biến dạng trên giá đỡ đối xứng qua tâm tấm ép, cách mép tấm ép khoảng
từ 10mm đến 25mm theo sơ đồ Hình 4
Hình 4 Sơ đồ lắp đặt thiết bị đo
Trang 10Bước 2: Tiến hành gia tải
Các cấp gia tải: Tối thiểu là 4 cấp gia tải
- Cấp gia tải lớn nhất pmax phụ thuộc vào bề mặt lớp thí nghiệm:
+ Với mặt đường: pmax = 0,60 Mpa + Với móng đường: pmax = 0,45 Mpa + Với nền đường: pmax = 0,25 Mpa
- Các cấp áp lực trung gian lấy dựa theo pmax, chọn các cấp áp lực gần đều nhau và
dễ xác định trên đồng hồ của kích thủy lực
Bước 2.1: Gia tải trước để ổn định hệ thống đo
Tiến hành gia tải đến áp lực lớn nhất pmax và giữ tải trong thời gian 2 phút, sau đó
dỡ tải và chờ đến khi biến dạng ổn định
Bước 2.2: Tiến hành gia tải và dỡ tải theo từng cấp áp lực
Ứng với mỗi cấp lực, gia tải đến giá trị đã chọn, theo dõi đồng hồ biến dạng để chờ đến khi độ võng ổn định (tốc độ biến dạng không vượt quá 0,02 mm/min), ghi lại giá trị đo võng khi gia tải (gọi là số đọc đầu) Sau đó dỡ tải hoàn toàn (về giá trị lực bằng 0) thông qua việc xả dầu của kích thuỷ lực Không dỡ tải đột ngột nhằm tránh gây mất
ổn định hệ đo Ghi lại giá trị độ võng sau khi dỡ tải (gọi là số đọc cuối)
e Xử lí kết quả thí nghiệm
- Biến dạng đàn hồi ở cấp áp lực đã cho:
dh
L =D -D
- Vẽ đường quan hệ L-p
- Mô đun đàn hồi của nền đường:
2
π p.D(1-μ )
E=1000.
Trong đó:
Lidh - Biến dạng đàn hồi ứng với cấp tải trọng thứ i;
D1 - Số đọc đồng hồ khi có tải ;
D2 - Số đọc đồng hồ khi dỡ tải;
D - Đường kính tấm ép (m);
L - Giá trị độ võng đàn hồi được xác định trên đường quan hệ độ võng đàn hồi - áp lực đã hiệu chỉnh (mm);
p - Áp lực gia tải lên tấm ép (Mpa);
- Hệ số Poát xông
Đối với kết cấu áo đường = 0,30
Đối với lớp móng = 0,25
Đối với đất nền đường = 0,35
f Các lưu ý khi thí nghiệm