GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH CƠ HỌC ĐẤT

Chương 1: NỘI DUNG THỰC HÀNH Bài 1: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ Phương pháp bọc sáp dùng để xác định khối lượng thể tích của đất dính có cỡ hạt không lớn hơn 5 mm,

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ

- -

GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH CƠ HỌC ĐẤT

Người biên soạn: Th.S Nguyễn Thị Khánh Ngân

Số tín chỉ: 1

Chương 1: NỘI DUNG THỰC HÀNH

Bài 1: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ

Phương pháp bọc sáp dùng để xác định khối lượng thể tích của đất dính có cỡ hạt không lớn hơn 5 mm, đất khó cắt bằng dao vòng, khi cắt dễ bị vỡ vụn, nhưng đất có thể

tự giữ nguyên được hình dáng mà không cần hộp cứng

Phương pháp đo thể tích bằng dầu hoả dùng để xác định khối lượng thể tích cho các loại đất dính, đất than bùn, đất có chứa nhiều tàn tích thực vật ít phân huỷ hoặc khó lấy mẫu theo hai phương pháp trên Phương pháp này bao gồm việc xác định thể tích của mẫu đất có khối lượng đã biết trong môi trường chất lỏng (dầu hoả) nhờ dụng cụ đo dung tích

đất cát mịn; lớn hơn 100 mm đối với đất cát thô và đất lẫn sỏi sạn; bằng hoặc lớn hơn

40 mm đối với đất loại sét đồng nhất

Thành của dao vòng có chiều dày từ 1,50 mm đến 2,00 mm đối với đất cát bụi, đất cát mịn, đất cát thô, đất lẫn sỏi sạn và bằng 0,04 mm đối với đất loại sét đồng nhất

Chiều cao dao vòng không được lớn hơn đường kính, nhưng không được nhỏ hơn nửa đường kính

b) Cân để xác định khối lượng (m2) của dao vòng với độ chính xác đến 0,1 % khối lượng

c) Dùng dao thẳng gọt bằng mặt mẫu đất và đặt đầu sắc của dao vòng lên chỗ lấy mẫu d) Giữ dao vòng bằng tay trái và dùng dao thẳng gọt xén dưới dao vòng trụ đất có chiều cao khoảng từ 1 cm đến 2 cm và đường kính lớn hơn đường kính ngoài của dao vòng khoảng từ 0,5 mm đến 1 mm: sau đó ấn nhẹ dao vòng vào trụ đất theo chiều thẳng đứng; tuyệt đối không được làm nghiêng lệch dao vòng Tiếp tục gọt khối đất và

ấn dao vòng cho đến khi dao vòng hoàn toàn đầy đất

Để đất không bị nén khi ấn dao vòng, nên lắp thêm vòng đệm lên phía trên dao vòng Đối với đất loại cát hoặc đất không cắt gọt được trụ đất, thì ấn sâu dao vòng vào đất hoặc bằng tay, hoặc bằng dụng cụ định hướng để tránh nghiêng lệch

e) Lấy vòng đệm ra, dùng dao thẳng cắt gọt phần đất thừa nhô lên trên miệng dao vòng

và đậy lên trên dao vòng một tấm kính hoặc tấm kim loại phẳng đã được cân trước

f) Cắt đứt trụ đứt cách mép dưới của dao vòng khoảng 10 mm Với đất loại cát, sau khi dao vòng đã ấn ngập xuống rồi thì dùng dao thẳng đào gọt đất xung quanh dao vòng và dùng công cụ nhỏ dạng xẻng lấy cả phần đất phía dưới lên Tiếp theo, lật ngược dao vòng có đất, sau đó gạt bằng mặt và đậy dao vòng bằng một tấm kính hoặc một tấm kim loại đã biết trước khối lượng

Chú thích: việc cắt gọt các bề mặt của mẫu đất phải hết sức thận trọng để không có

một chỗ lồi lõm nào Một chỗ lồi lõm nhỏ cũng phải được bù vào bằng đất tương tự và làm phẳng lại

3.1.3 Cách tiến hành

a) Lau sạch đất bám ở thành dao vòng và ở trên các tấm đậy

b) Cân dao vòng có mẫu đất và các tấm kính (hoặc kim loại) đậy ở hai mặt với độ chính xác đến 0,1% khối lượng

c) Sau khi cân xong, lấy một phần đất trong dao vòng cho vào các hộp có khối lượng

đã biết trước hoặc lấy toàn bộ đất trong dao vòng đem sấy khô để xác định độ ẩm của đất

3.1.4 Biểu thị kết quả

Khối lượng thể tích của đất w tính bằng gam trên xentimet khối (g/cm³), theo công thức (3):

trong đó:

m1 là khối lượng dao vòng có đất và các tấm đậy, tính bằng gam (g);

m2 là khối lượng dao vòng, tính bằng gam (g);

m3 là khối lượng các tấm đậy, tính bằng gam (g);

V là thể tích của mẫu đất trong dao vòng, tính bằng xentimet khối (cm³)

3.2 Phương pháp bọc sáp (phương pháp cân thuỷ tĩnh)

3.2.1 Thiết bị và dụng cụ

- Cân thuỷ tĩnh hoặc cân kĩ thuật có giá đỡ, độ chính xác 0,01 g;

- Cốc thuỷ tinh đựng nước có dung tích 500 cm³;

- Sáp (thường là parafin) trắng nguyên chất và dụng cụ để nấu sáp;

- Kim, chỉ, giấy thấm, dao cắt gọt đất;

e) Sau khi để nguội, những bọt khí tạo thành trên lớp sáp phải được loại trừ bằng cách dùng mũi kim nung nóng châm thủng và làm phẳng lại Sau đó, nhúng thêm lần nữa để mẫu đất được bọc kín một vỏ sáp dày khoảng từ 0,5 mm đến 1 mm

3.2.3 Cách tiến hành

a) Cân mẫu đất đã được bọc sáp trên cân kĩ thuật (cân trong không khí) với độ chính xác đến 0,1 % khối lượng

b) Xác định khối lượng của mẫu đất bọc sáp ở trong nước bằng cân thuỷ tĩnh hoặc cân

kĩ thuật với độ chính xác đến 0,1 % khối lượng

Khi dùng cân kĩ thuật để cân mẫu đất bọc sáp trong nước, phải đặt một cốc nước lên bệ (có dạng như cái ghế dài) nằm phía trên đĩa cân, sao cho khối lượng của nó không truyền lên cánh tay đòn của cân Mẫu đất bọc sáp được buộc vào đầu một sợi chỉ nhỏ

và treo lên cánh tay đòn của cân và thả nhẹ nhàng vào cốc nước Chiều dài của sợi chỉ phải đủ để nhúng chìm hoàn toàn mẫu vào trong nước và không được chạm vào đáy cũng như thành cốc (xem Hình 1)

Hình 1 - Cân trong nước

c) Lấy mẫu đất bọc sáp ra khỏi nước và lau khô bằng giấy thấm Sau đó cân lại trong không khí một lần nữa để kiểm tra xem nước có thấm vào mẫu đất hay không Nếu sự chênh lệch khối lượng giữa hai lần cân lớn hơn 0,2 % khối lượng ban đầu của mẫu bọc sáp, thì phải vứt bỏ mẫu thí nghiệm đi và chuẩn bị lại mẫu khác

d) Tháo bỏ lớp vỏ sáp và đặt tất cả mẫu đất vào trong một cốc khác đã biết trước khối lượng, để xác định độ ẩm của đất Nếu khi tháo bỏ vỏ sáp mà đất bị dính theo, thì phải cân lại khối lượng đất ướt trước khi đem sấy khô đến khối lượng không đổi

3.2.4 Biểu thị kết quả

Khối lượng thể tích của mẫu đất được tính bằng gam trên xentimet khối theo công thức (4):

trong đó:

m là khối lượng mẫu đất trước khi bọc sáp, tính bằng gam (g);

m1 là khối lượng mẫu đất đã bọc sáp, tính bằng gam (g);

m2 là khối lượng mẫu đất bọc sáp cân trong nước, tính bằng gam (g);

n là khối lượng riêng của nước, lấy bằng một gam trên xentimet khối (1 g/cm³);

p là khối lượng riêng của sáp, p = 0,9 g/cm³ (hoặc xác định trước)

Khối lượng thể tích khô (c) được xác định theo công thức (2) nêu trong 3.7

3.3 Phương pháp đo thể tích bằng dầu hoả

3.3.1 Thiết bị và dụng cụ

a) Dụng cụ đo thể tích: gồm hai ống thông nhau, một ống lớn bằng kim loại dùng để đựng mẫu thí nghiệm, còn ống khác bằng thuỷ tinh mỏng để đo mực dầu hoả trong ống lớn (xem Hình 2)

b) Lưới thép cuộn tròn thành ống để đựng mẫu Độ cao của ống lưới thép khoảng 50

mm, đáy có đường kính nhỏ hơn đường kính ống lớn khoảng 5 mm và có đai xách để thả nó vào ống lớn được dễ dàng

c) Cốc thuỷ tinh có đường kính lớn hơn đáy lưới thép và chiều cao không nhỏ hơn 200

mm để đựng dầu hỏa và làm bão hoà mẫu thí nghiệm

Chú thích:

- Kích thước của dụng cụ đo thể tích phụ thuộc vào kích thước mẫu thí nghiệm;

- Ống lớn phải có thể tích không nhỏ hơn 200 cm³, đường kính 35 mm;

- Đường kính ống thuỷ tinh không lớn hơn 5 mm

3.3.2 Chuẩn bị mẫu thử

Hình 2 - Thiết bị xác định khối lượng thể tích của đất bằng phương pháp đo thể tích

1) Lưới thép đựng mẫu

2) Mẫu thí nghiệm

3) Ống thủy tích có khắc độ của dụng cụ dung tích

4) Ống kim loại của dụng cụ đo dung tích có đường kính lớn

5) Dầu hỏa

Trước khi làm việc, dụng cụ cần được hiệu chỉnh, chia vạch theo thể tích trên thang đo Cách chia vạch như sau:

- Đặt dụng cụ đo thể tích trên mặt phẳng và điều chỉnh cho thật thăng bằng;

- Đổ nước vào ống kim loại đến một phần ba chiều cao, đem cân ống cùng với nước và đánh dấu chính xác mức nước trên ống thuỷ tinh Sau đó đổ thêm nước đến vạch trên cùng và lại cân khối lượng của chúng Hiệu số của hai khối lượng nhận được trong hai lần cân là thể tích của nước trong phần làm việc của dụng cụ và được tính bằng mililít (ml) Chia thể tích đó ra làm nhiều vạch nhỏ, sẽ được giá trị của mỗi vạch, tính bằng mililít (ml), và biểu thị trên thang đo của ống thuỷ tinh

3.3.3 Cách tiến hành

a) Dùng dao cắt từ mẫu đất nguyên trạng các mẫu thí nghiệm có hình dạng bất kỳ, thể tích không nhỏ hơn 50 cm³ và đem cân chúng để xác định khối lượng trên cân kĩ thuật với độ chính xác tới 0,1 % khối lượng

Chú thích: Kích thước mẫu đất thí nghiệm tuỳ thuộc dụng cụ đo dung tích Chiều dài

của mẫu phải nhỏ hơn đường kính đáy lưới thép, chiều cao không vượt quá hai lần chiều cao của lưới thép

b) Đặt mẫu thí nghiệm vào lưới thép và thả tất cả vào cốc thuỷ tinh có chứa dầu hoả, giữ mẫu đất trong cốc cho đến khi không còn các bọt khí nổi lên Mẫu đất đã được bão hoà bằng dầu hỏa, nhưng không trương nở và tan rã thể tích Sau đó lấy lưới thép có mẫu đất ra khỏi cốc và để cho dầu hỏa thừa trên mặt mẫu chảy hết ra ngoài

c) Đặt dụng cụ đo dung tích (hoặc ống đong chia độ) trên mặt phẳng và điều chỉnh nó thật ngang bằng Đổ dầu hỏa vào ống kim loại (hoặc ống đong chia độ) đến khoảng một phần ba chiều cao và đánh dấu mức ổn định của nó trên thang đo (mặt khum dưới của dầu hỏa trong ống thuỷ tinh hoặc ống đong) với độ chính xác đến 0,25 vạch chia

Sau đó, thả lưới thép và mẫu đất đã được bão hòa dầu hoả vào ống kim loại (hoặc ống đong chia độ), đánh dấu mực mới của dầu hỏa dâng lên trong ống thuỷ tinh (hoặc ống đong) với độ chính xác 0,25 vạch chia

Hiệu số hai mức đo trước và sau khi thả chìm lưới thép có đặt mẫu đất nhân với giá trị của mỗi vạch chia sẽ cho thể tích của mẫu đất cùng với lưới thép

d) Lấy lưới thép với mẫu đất ra khỏi ống kim loại (hoặc ống đong chia độ) và đặt mẫu đất vào cốc biết trước khối lượng, rồi đem sấy khô tuyệt đối để xác định độ ẩm

n là giá trị của một vạch chia, tính bằng mililít (ml);

n1 là hiệu số các vạch chia của hai lần đo trước và sau khi thả chìm mẫu đất cùng với lưới thép;

n2 là hiệu số các vạch chia của hai lần đo trước và sau khi thả chìm lưới thép không có mẫu đất

Khối lượng thể tích của mẫu đất được tính bằng gam trên xentimet khối (g/cm³) theo công thức (1); khối lượng thể tích khô của đất được tính bằng gam trên xentimet khối (g/cm³), theo công thức (2)

4 Báo cáo thí nghiệm

Báo cáo thí nghiệm phải có các thông tin sau:

a) Mô tả loại đất thí nghiệm;

b) Phương pháp thử đã sử dụng;

c) Số phép thử thí nghiệm;

d) Các giá trị đo xác định trong quá trình thử nghiệm;

e) Kết quả khối lượng thể tích tính bằng gam trên xentimet khối (g/cm³), chính xác tới 0,01 g/cm³

f) Kết quả khối lượng thể tích khô (nếu có), tính bằng gam trên xentimet khối (g/cm³), chính xác tới 0,01 g/cm³

Bài 2: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM VÀ ĐỘ HÚT ẨM TRONG PHÒNG

THÍ NGHIỆM

1 Mục đích

- Xác định lượng chứa nước trong đất ở trạng thái tự nhiên

- Xác định lượng chứa nước trong đất ở trạng thái khô đến khối lượng không đổi

- Cốc sứ và chày sứ có đầu bọc bằng cao su

- Khay nhôm để phơi đất

3 thí nghiệm

3.1 Xác định độ ẩm của đất (W)

3.1.1 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm ( các bước tiến hành thí nghiệm)

- Lấy khoảng 15g đất từ mẫu nguyên dạng đưa về phòng thí nghiệm

+ Cân khối lượng hộp nhôm cùng nắp trước khi cho đất vào

+ Cho mẫu đất vào hộp nhôm có nắp đã được cân và đánh số

- Sau đó nhanh chóng đậy nắp và đem cân trên cân kỹ thuật để xác định khối lượng của hộp nhôm và đất

- Mở nắp hộp nhôm và đem làm khô trong tủ sấy ở nhiệt độ:

+ 1050 ±20C : đối với đất loại sét và đất loại cát

+ 800 ±20C : đối với đất có chứa thạch cao và đất chứa hàm lượng hữu cơ lớn hơn 5% (

so với khối lượng đất khô)

- Phương pháp sấy: mỗi hộp chứa mẫu đất phải được sấy ít nhất hai lần theo thời gain quy định dưới đây:

+ Sấy lần đầu trong thời gian:

▪ 5h – đối với sét và đất sét pha

▪ 3h – đối với đất cát và đất cát pha

▪ 8h - đối với đất chứa thạch cao và đất chứa hàm lượng hữu cơ lớn hơn 5%

+ Lần sấy lại:

▪ 2h – đối với đất sét, sét pha và đất chứa thạch cao hoặc tạp chất hữu cơ

▪ 1h - đối với đất cát và cát pha

- Lấy hộp ra khỏi tử sấy, đậy ngay nắp lại và đặt vào bình hút ẩm có canxi clorua từ 45 phút đến 1 giờ để làm nguội mẫu

- Cân hộp có đựng mẫu đã nguội trên cân kỹ thuật

- Lấy khối lượng nhỏ nhất của hộp có đựng mẫu trong các lần cân của quá trình sấy khô đến khối lượng không đổi làm két quả cân

m- khối lượng của hộp nhôm (g)

m0 – khối lượng của đất và hộp nhôm sau khi sấy khô (g)

m1 - khối lượng của đất và hộp nhôm trước khi sấy khô (g)

* Chú ý:

- Kết quả tính toán độ ẩm được biểu diễn với độ chính xác đến 0,1%

- Lấy giá trị trung bình cộng kết quả tính toán các lần xác định song song làm độ ẩm

- Nếu kết quả của hai lần xác định song song chênh lệch nhau hơn 10% giá trị độ ẩm trung bình tính được, thì phải tăng số lần xác định đến ba hoặc hơn nữa

3.2 Xác định độ hút ẩm của đất (W h )

3.2.1 Chuẩn bị mẫu

- Lấy 40 – 50g đất phơi khô trong không khí

- Nghiền nhỏ trong cối sứ cho qua rây có đường kính lỗ 1mm

- Dùng phương pháp chia tư, rãi mẫu đất thành một lớp trên tờ giấy dầy hoặc trên một tấm gỗ mỏng; Dùng dao rạch hai đường vuông góc với nhau chia bề mặt đất thành 4 phần bằng nhau; Lấy mẫu thí nghiệm trong hai phần đối xứng sau khi đã trộn đều

- lấy khoảng hơn 15g đất đã qua phương pháp chia tư cho vào hộp nhôm

- Cân và sấy khô mẫu giống như phương pháp cân và sấy trong thí nghiệm xác định độ

m- khối lượng của hộp nhôm (g)

m0 – khối lượng của đất và hộp nhôm sau khi sấy khô gió (g)

m2 - khối lượng của đất và hộp nhôm trước khi sấy khô gió (g)

4 Phiếu báo cáo kết quả thí nghiệm

Bài 3,4,5: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN CHẢY (NHÃO),

GIỚI HẠN DẺO CỦA ĐẤT

A XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN CHẢY CỦA ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUẢ DỘI THĂNG BẰNG

- Giới hạn chảy của đất tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy Giới hạn chảy (WL) được đặc trưng bằng độ ẩm (tính bằng phần trăm) của bột đất nhào với nước mà ở đó quả dọi thăng bằng hình nón dưới tác dụng của trọng lượng bản thân sau 10 giây sẽ lún sâu hơn l0mm

- Chỉ số dẻo (IP) của đất được tính theo công thức (l):

IP = WL – WP (l)

Trong đó:

WL - giới hạn chảy của đất;

WP - giới hạn dẻo của đất

- Chỉ số sệt (IL) của đất được tính theo công thức (2):

P L

Xác định giới hạn chảy, cần dùng các dụng cụ chủ yếu sau đây (hình l):

- Quả dọi thăng bằng mà bộ phận chủ yếu của nó là

một khối hình nón nhẵn bằng thép không rỉ, có góc

đỉnh 300 và cao 25 mm Trên quả dọi, theo chiều cao

của hình nón, cách đỉnh l0 mm có khắc một ngấn

tròn Bộ phận thăng bằng gồm hai quả cầu bằng kim

loại gắn vào hai đầu một thanh thép nhỏ uốn thành

hình nửa vòng tròn, đường kính 85mm, lồng qua và

gắn chặt với đáy quả dọi Để tiện sử dụng và đặt thẳng

đứng khi thí nghiệm, ở đáy quả dọi có một núm tay

cầm Khối lượng của dụng cụ là 76 ± 0,2 g; Khuôn

hình trụ bằng kim loại không rỉ có đường kính lớn hơn

40mm và chiều cao lớn hơn 20 mm để thăng bằng;

đựng mẫu đất thí nghiệm;

- Các tấm kính nhám (hoặc vật có khả năng

thấm, hút nước có kích thước

khoảng 40 x 60 cm);

- Rây với kích thước lỗ l mm;

- Cối sứ và chày có đầu bọc cao su;

- Bình thủy tinh có nắp;

- Cân kĩ thuật có độ chính xác đến 0,01g;

- Cốc nhỏ bằng thủy tinh hoặc hộp nhôm có nắp dùng để xác định độ ẩm;

- Tủ sấy điều chỉnh được nhiệt độ;

- Bát sứ tráng men hoặc sứ;

- Dao để nhào trộn

3 Thí nghiệm

- Nếu mẫu đất đã được hong khô trong điều kiện tự nhiên, dùng phương pháp chia

tư để lấy khoảng 300g đất, loại bỏ các di tích thực vật lớn hơn 1 mm rồi cho vào cối sứ

và dùng chày có đầu bọc cao su để nghiền nhỏ Cho đất đã nghiền qua rây 1 mm và loại bỏ phần trên rây Đưa đất lọt qua rây đựng vào bát, rót nước cất (hoặc nước ngầm

ở nơi lấy mẫu) vào bát đựng đất, dùng dao con trộn đều cho đến trạng thái như hồ đặc Sau đó, đặt mẫu thí nghiệm vào bình thủy tinh, đậy kín trong khoảng thời gian không ít hơn 2 giờ trước khi đem thí nghiệm

- Nếu là đất ẩm ướt tự nhiên, lấy khoảng 150 g cho vào bát, nhào kĩ Có thể dùng tay nhặt bỏ phần hạt và tàn tích thực vật có đường kính lớn hơn l mm hoặc dùng rây

1 mm để loại trừ (có thể thêm ít nước cất vào nếu thấy cần) Sau đó, đặt mẫu đất vào bình thủy tinh đậy kín trong khoảng thời gian không ít hơn 2 giờ trước khi đem thí nghiệm

Chú thích:

+ Nên nhào đất với nước vào hai bát, sao cho đất trong mỗi bát có trạng thái khác nhau để xác định giới hạn chảy và giới hạn dẻo Có thể dùng đất còn thừa lúc xác định giới hạn chảy để xác định giới hạn dẻo

+ Nếu phần hạt lớn hơn 1 mm bị loại trừ nhiều hơn 10% khối lượng mẫu đất, thì

phải hiệu chỉnh các giới hạn dẻo và chảy thí nghiệm được cho phù hợp với tính chất của đất thiên nhiên Trong trường hợp này, trước khi xác định các giới hạn chảy và

giới hạn dẻo, cần phải lấy một phần mẫu đất để phân tích thành phần hạt

- Dùng dao con nhão kĩ mẫu đất đã được chuẩn bị với nước cất (với lượng nước vừa phải để có thể lăn đất được; nếu đất ướt quá thì dùng vải sạch thấm khô bớt nước) Sau

đó lấy một ít đất và dùng mặt phẳng trong lòng bàn tay hoặc các đầu ngón tay lăn đất nhẹ nhưng trên kính nhám (hoặc vật thể hút nước) cho đến khi thành que tròn có đường kính bằng 3 mm Nếu với đường kính đó, que đất vẫn còn giữ được liên kết và tính dẻo, thì đem vê nó thành hòn và tiếp tục lăn đến chừng nào que đất đạt đường kính 3mm, nhưng bắt đầu bị rạn nứt ngang và tự nó gãy ra thành những đoạn nhỏ dài khoảng 3 đến 10mm

Chú thích:

Khi lăn, phải nhẹ nhàng, khẽ ấn đều lên que đất và chiều dài của que đất không

được vượt quá chiều rộng lòng bàn tay Nếu với đường kính lớn hơn 3 mm que đất đã rạn nứt, độ ẩm của đất còn thấp hơn giới hạn dẻo; nếu với đường kính đúng bằng 3

mm và có rạn nứt, nhưng bị rỗng ở giữa, vẫn phải loại bô que đất Nếu từ hồ đất đã được chuẩn bị không thể lăn thành que có đuờng kính 3mm (đất chỉ rời ra), thì có thể xem đất này không có giới hạn dẻo

- Nhặt các đoạn của que đất vừa đứt, bỏ vào cốc bằng thủy tinh hoặc hộp nhôm có nắp, đã biết trước khối lượng, nhanh chóng đậy chặt nắp lại để giữ cho đất trong hộp khỏi bị khô

- Ngay sau khi khối lượng đất trong hộp đạt tối thiểu 10 g, tiến hành xác định độ ẩm của đất trong hộp Kết quả tính toán được biểu diễn bằng phần trăm, với độ chính xác đến 0,1%

- Đối với mỗi mẫu đất phải tiến hành không ít hơn hai lần thí nghiệm song song để xác định giới bạn dẻo Lấy giá trị trung bình cộng của các kết quả xác định song song làm giới hạn dẻo của mẫu đất Sai lệch cho phép về độ ẩm trong các lần xác định song song không được lớn hơn 2%

- Dùng dao nhào kĩ lại và lấy một ít cho vào khuôn hình trụ Trong quá trình cho vào khuôn nên chia đất thành từng lớp và gõ nhẹ khuôn lên một mặt đàn hồi để tránh phát sinh trong vữa đất những hốc nhỏ chứa không khí Sau khi nhồi đầy đất vào khuôn, dùng dao gạt bằng mặt mẫu đất với mép khuôn (không gạt nhiều lần qua lại)

- Đặt khuôn đựng mẫu đất lên giá gỗ và đưa quả dọi thăng bằng hình nón (đã được lau sạch và bôi một lớp mỡ hoặc vadơlin mỏng) lên mặt mẫu đất đựng trong khuôn, sao cho mũi nhọn hình nón vừa chạm bề mặt mẫu đất; thả dụng cụ hình nón để nó tự lún vào trong đất dưới tác dụng của trọng lượng bản thân

- Nếu sau 10 giây mà hình nón lún vào chưa được 10 mm, thì độ ẩm của đất chưa đạt

tới giới hạn chảy Trong trường hợp đó, lấy đất ra khỏi khuôn và nhập vào vữa đất đã chế tạo trong bát, cho thêm ít nước vào bát, nhào trộn thật kỹ, rồi làm lại các công việc để sau 10 giây hình nón lún vào được 10 mm Khi độ lún của hình nón sau l0 giây lớn hơn 10mm (điều này chứng tỏ độ ẩm lớn

hơn giới hạn chảy), phải lấy đất ra khỏi khuôn và nhập vào cùng với vữa đất trong bát, nhào trộn lại vữa này bằng dao để nó khô bớt nước Sau đó lặp lại các bước như trên để sau 10 giây hình nón lún vào được 10 mm

- Nếu sau 10 giây mà hình nón lún vào vữa đất đúng l0 mm (mặt tiếp xúc của đất ngang với vạch khắc trên quả dọi hình nón), thì độ ẩm của đất đã đạt đến giới hạn chảy Lấy dọi thăng bằng ra và gạt bỏ phần đất dính vadơlin trong khuôn

- Dùng dao lấy trong khuôn một khối lượng đất không ít hơn l0 g và cho vào hộp nhôm hoặc cốc thủy tinh có nắp để xác định độ ẩm

- Giới hạn chảy được tính theo công thức (3):

1 2 2

WL – giới hạn chảy của đất, tính bằng phần trăm;

m1 – khối lượng đất ẩm và hộp nhôm hoặc cốc thuỷ tinh có nắp, tính bằng gam;

m2 – khối lượng đất khô và hộp nhôm hoặc cốc thuỷ tinh có nắp, tính bằng gam;

m – khối lượng của hộp nhôm hoặc cốc thuỷ tinh có nắp, tính bằng gam

Kết quả được tính toán chính xác đến 0,1%

- Đối với mỗi mẫu tiến hành không ít hơn hai lần thí nghiệm song song xác định giới hạn chảy Sai số về độ ẩm giữa hai lần xác định song song không được lớn hơn 2% Lấy trị số trung bình cộng của kết qủa các lần xác định song song làm giới hạn chảy

WP : độ ẩm giới hạn dẻo (từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo)

WL : độ ẩm giới hạn nhão hay chảy (từ trạng thái dẻo sang trạng thái nhão)

+ Chỉ số nhão/chảy (Độ sệt):

W W

P L

(Dùng cho thí nghiệm giới hạn nhão)

- Dụng cụ Casagrande (chiều cao nâng chỏm cầu là 1 cm)

* Thí nghiệm giới hạn nhão:

- Dùng khoảng 100g đất lọt qua rây N40, trộn với nước vừa đủ nhão

- Lấy đất vừa trộn trét vào khoảng 2/3 chỏm cầu (tránh bọt khí)

- Dùng dao cắt rãnh, chia đất trong chỏm cầu thành 2 phần bằng nhau (khoảng cách khe hở 2mm, dày 8mm)

- Cho chỏm cầu nâng lên và rơi xuốn hr = 1cm, vận tốc v = 2 lần/sec, đếm số lần rơi N cho đến khi đất ở 2 phần chỏm cầu khép lại

- Lấy đất nới khép lại trong chỏm cầu bỏ vào lon, cân, đem mẫu sấy khơ (24h), câm mẫu đất khơ; xác định độ ẩm

- Lấy đất trong chỏm cầu ra, trộn đều cho bốc hết hơi nước, làm lại TN như trên

- Làm thí nghiệm tương tự khoảng 3-4 lần, xác định số lần rơi 𝑁𝑖−1 < 25 < 𝑁𝑖

Tré t đấ t và o chỏ m đầ u Dù ng dao cắ t rã nh vạch

mộ t đườ ng

Đấ t khé p lại sau khi quay

* Thí nghiệm giới hạn dẻo:

- Lấy phần đất dư từ thí nghiệm giới hạn nhão, trộn đều, để cho bốc hết hơi nước

- Sau đó dùng tay ve tròn thành những con lăn (dùng 4 lần ngón tay để lăn) Khi thấy những que đất d = 3mm và bắt đầu nứt thì đem những mẫu đất đó cân, sấy khô để xác định độ ẩm (nếu d > 3mm, nứt thì thêm nước; chưa nứt thì gấp lại xe tiếp)

- Đối với thí nghiệm dẻo thì làm 2 lần song song và lấy kết quả trung bình; sai số 2 lần thí nghiệm < 2%

4 Tính toán kết quả

- Xác định giới hạn nhão: vẽ biểu đồ quan hệ giữa W ~ logN; WL tương ứng với W tại

N = 25

- Xác định giới hạn dẻo bằng trung bình cộng của kết quả thí nghiệm dẻo

Biểu đồ xác định giới hạn nhão

- Xác định chỉ số nhão (độ sệt):

P L

* Xác định tên và trạng thái đất theo TCVN:

Chỉ số nhão I L Trạng thái của đất

WL

7 < IP ≤ 17 Đất sét pha cát

IP > 17 Đất sét Ngồi ra các giới hạn cho đất dính cịn được chia ra:

Chỉ số nhão I L Trạng thái của đất

0,25 – 0,50 Dẻo cứng 0,50 – 0,75 Dẻo mềm 0,75 – 1,0 Dẻo nhão

* Xác định tên và trạng thái đất theo ASTM:

+ Tên (phân loại) dựa theo WP, IP và đường A = 0,73 (WL – 20)

Giớ i hạn chả y WL

- Nếu xác định loại đất dựa vào TCVN: Trong thí nghiệm này chúng ta dùng dụng cụ Casagrande để xác định các giới hạn nên muốn đánh giá đất theo TCVN ta có thể chuyển đổi các giá trị giới hạn dẻo và giới hạn nhão cho phù hợp với quy phạm VN

WL = a.WC – b

Trong đó :

WL, WC là các giới hạn chảy theo Vaxiliev và Cassgrande; với a = 0,73 và

b = 6,47% ứng với đất có giới hạn chảy từ 20% ÷100%

Bài 6: XÁC ĐỊNH TỶ TRỌNG HẠT CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

- Bình tỷ trọng có dung tích không nhỏ hơn 100 cm³;

- Cối sứ và chày sứ hoặc cối đồng và chày đồng;

- Rây có lưới N°2 (kích thước lỗ rây 2 mm);

- Bếp cát;

- Tủ sấy điều chỉnh được nhiệt độ;

- Bơm chân không có cả bình hút chân không;

a) Đất để thí nghiệm được hong khô gió rồi đem nghiền sơ bộ cho tơi vụn Bằng

phương pháp chia tư, lấy khoảng 100 g đến 200 g đất cho vào cối sứ hoặc cối đồng và dùng chày sứ hoặc chày đồng (đối với đất chứa dăm sạn), nghiền nhỏ Đem đất đã nghiền cho qua rây N°2; phần còn lại trên rây tiếp tục làm như trên

b) Sau khi tất cả đất đã lọt qua rây N°2, lấy khoảng 15 g, dùng phễu nhỏ cho vào bình

tỷ trọng có dung tích 100 cm³, đã biết trước khối lượng và đã được sấy khô, để xác định khối lượng riêng Đồng thời, cũng lấy đất dưới rây cho vào hai cốc nhỏ để xác định độ hút ẩm của đất

2) Đối với đất cát, cho phép dùng đất sấy khô tuyệt đối sau khi đã lọt qua rây N°2 và được để nguội trong bình hút ẩm để xác định khối lượng riêng Trong trường hợp này không cần phải tiến hành xác định độ hút ẩm của mẫu thử

2.2.2 Xác định khối lượng riêng của đất có chứa muối

a) Bằng phương pháp chia tư, lấy khoảng 100 g đến 200 g đất ở trạng thái khô gió cho vào cối sứ và dùng chày sứ nghiền nhỏ Đem đất đã nghiền cho lọt qua rây N°2, phần đất còn lại được tiếp tục nghiền nhỏ trong cối sứ và lại sàng qua rây N°2 cho đến khi không còn hạt thô nằm trên rây nữa

b) Đem đất đã lọt qua rây N°2, sấy khô ở nhiệt độ từ 100 °C đến 105 °C đến khối lượng không đổi Sau đó lấy khoảng 15 g bột đất này, rồi dùng phễu cho đất vào bình

tỷ trọng đã biết trước khối lượng và đã được sấy khô

3 Cách tiến hành

3.1 Xác định khối lượng riêng của đất không chứa muối

a) Cân để xác định khối lượng của bình tỷ trọng đang đựng đất, đem trừ đi khối lượng của bình, được khối lượng của đất ở trạng thái khô gió (m1)

Khối lượng của đất khô tuyệt đối (m0) trong bình được tính bằng gam (g) theo công thức (1):

trong đó:

m1 là khối lượng của mẫu đất thử ở trạng thái khô gió, tính bằng gam (g);

wh là lượng hút ẩm của đất, tính bằng phần trăm (%)

b) Để không khí thoát ra khỏi đất, phải đổ nước cất vào khoảng một nửa thể tích bình

tỷ trọng, giữ bình trong tay, lắc đều, rồi đặt bình trên bếp cát, đun sôi Thời gian đun sôi (kể từ lúc bắt đầu sôi) là 30 mint đối với đất cát và cát pha; 1 h đối với đất sét và sét pha

Chú thích: Không được để sôi trào đất ra ngoài miệng bình Nếu khi sôi tạo ra nhiều

bọt quá, thì hạ nhiệt độ bếp cát xuống

c) Sau khi đun xong, tiếp tục đổ nước cất (đã được đun sôi kỹ) vào bình tỷ trọng cho đến vạch và làm nguội huyền phù (nước và đất) trong bình đến nhiệt độ phòng (có thể đặt bình đựng huyền phù vào trong chậu nước hoặc thiết bị ổn nhiệt)

d) Đo nhiệt độ của huyền phù trong bình tỷ trọng với độ chính xác đến 0,5 °C Hiệu chỉnh vị trí mặt cong bằng cách dùng ống nhỏ giọt thêm nước cất (đã đun sôi và có cùng nhiệt độ với huyền phù) vào trong bình cho đến vạch chuẩn Trường hợp dùng bình tỷ trọng có ống mao dẫn trong nút đậy thì đổ thêm nước cất có cùng nhiệt độ với huyền phù đến nửa cổ bình, rồi đậy nút lại; nước sẽ theo ống mao dẫn trào ra ngoài và mặt cong chuẩn sẽ nằm trên đỉnh của ống mao dẫn Kiểm tra xem có bọt khí dưới nút hay không, bằng cách nghiêng bình một góc nhỏ, nếu có bọt khí thì tháo nút ra, thêm nước vào bình và đậy lại

Dùng khăn bông khô (hoặc giấy thấm) lau thật khô bình và mép trên của cổ bình, rồi cân để xác định khối lượng của bình chứa đầy huyền phù (m2) bằng cách cân kỹ thuật

có độ chính xác đến 0,01 g

e) Đổ huyền phù ra và rửa sạch bình, sau đó cho nước cất đã đun sôi vào bình và làm nguội trong chậu nước hoặc thiết bị ổn nhiệt đến nhiệt độ của huyền phù

Tiếp tục thực hiện các bước như ở 5.3.1d), rồi cân để xác định khối lượng của bình chứa đầy nước (m3) trên cân kỹ thuật

3.2 Xác định khối lượng riêng của đất có chứa muối

a) Cân để xác định khối lượng của bình tỷ trọng với đất khô, sau đó trừ đi khối lượng của bình, được khối lượng của đất khô

b) Đổ dầu hoả vào khoảng nửa thể tích bình tỷ trọng, giữ bình trong tay, lắc đều rồi đặt vào buồng hút chân không để làm thoát hết không khí ra khỏi chất lỏng đã được chuẩn

bị

c) Mở máy bơm để tạo chân không trong bình tỷ trọng có chứa đất và dầu hoả Sự thoát khí khi hút chân không được kể từ lúc trong bình bắt đầu xuất hiện bọt khí Tiếp tục tạo chân không cho đến khi trong bình tỷ trọng ngừng nổi bọt, nhưng thời gian bơm (kể từ khi trong bình bắt đầu xuất hiện bọt không khí) không ít hơn 1 h

d) Đổ thêm dầu hoả vào bình tỷ trọng đã được hút chân không cho đến vạch ngấn của bình và đo nhiệt độ của huyền phù trong bình tỷ trọng với độ chính xác tới 0,5 °C e) Tiến hành hiệu chỉnh vị trí mặt cong bằng cách thêm từng giọt dầu hoả đã được hút chân không vào bình tỷ trọng cho đến vạch chuẩn Trường hợp dùng bình tỷ trọng có ống mao dẫn trong nút đậy, thì thêm dầu hoả đến nửa cổ bình rồi đậy nút lại, dầu hoả

sẽ theo ống mao dẫn trào ra ngoài và mặt cong đó nằm tại đỉnh của ống mao dẫn

g) Dùng khăn bông khô lau thật sạch dầu hoả dính ở ngoài bình và mép trên của cổ bình Sau đó, đem cân để xác định khối lượng của bình tỷ trọng chứa đầy huyền phù (m2)

Chú thích: Khi lau và đem cân, không nên dùng tay cầm chặt bầu bình, vì như thế sẽ

làm tăng nhiệt độ huyền phù và dầu hoả sẽ trào ra

h) Đổ huyền phù ra và rửa sạch bình bằng dầu hoả hoặc bằng nước xà phòng Nếu rửa sạch bình bằng nước thì phải sấy khô và để nguội bình đến nhiệt độ trong phòng Sau

đó cho dầu hoả đã hút chân không và có cùng nhiệt độ với huyền phù vào trong bình tỷ trọng

Tiếp tục thực hiện các bước 5.3.2e) và 5.3.2g), rồi đem cân trên cân kỹ thuật để xác định khối lượng của bình tỷ trọng chứa đầy dầu hoả (m3)

3.4 Biểu thị kết quả

3.4.1 Về mặt trị số, khối lượng riêng bằng tỷ số giữa khối lượng phần hạt cứng của

mẫu đất sấy khô đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ từ 100 °C đến 105 °C với thể tích của chính phần hạt cứng đó, được xác định theo công thức (2):

trong đó:

mh là khối lượng phần hạt cứng của mẫu, tính bằng gam (g);

Vh là thể tích phần hạt cứng của mẫu, tính bằng xentimét khối (cm³)

Chú thích: Khối lượng riêng phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng vật của đất

Giá trị này tăng lên khi trong đất chứa nhiều khoáng vật nặng Để phỏng tính, có thể dùng khối lượng riêng của đất cát bằng 2,66 g/cm³; đất cát pha: 2,70 g/cm³; đất sét pha: 2,71 g/cm³ và đất sét 2,74 g/cm³

3.4.2 Xác định khối lượng riêng của đất không chứa muối

Khối lượng riêng của đất (), tính bằng gam trên xentimét khối (g/cm³), được tính toán theo công thức (3) sau đây:

trong đó:

m0 là Khối lượng của đất khô tuyệt đối trong bình, tính bằng gam (g);

m2 là khối lượng bình tỷ trọng chứa đầy nước và đất, tính bằng gam (g);

m3 là khối lượng bình tỷ trọng chứa đầy nước, tính bằng gam (g);

n là khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ tiến hành thí nghiệm, tính bằng gam trên xentimét khối (g/cm³)

Kết quả được tính toán đến độ chính xác 0,01 g/cm³