Báo cáo Thực hành thí nghiệm cơ học đất

Đất được lấy làm thí nghiệm là mẫu đất được sấy khô, và có dạng hình sắt lát..  Sau 46 vòng quay ta thấy phần đất hai bên đã khép lại => dùng dao lấy một phần đất ngay chỗ khép kín bỏ v

SVTH: Đặng Ngọc Trung

1

THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT

I ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Đất là sản phẩm phong hóa từ đá gốc( đá mác ma, đá trầm tích, đá biến chất), do

đó đất tồn tại rất phổ biến trong thiên nhiên, tồn tại khắp nơi trên mặt vỏ quả đất

- Đất gồm các hạt đất (hạt khoáng vật) tổ hợp thành, giữa các hạt hình thành lỗ rỗng, trong lỗ rỗng thường chứa nước và các hạt khí Chỗ tiếp xúc giữa các hạt đất hoặc không có liên kết ( đất rời) hoặc có liên kết ( đất dính) nhưng cường độ liên kết rất bé so với cường độ bản thân của đất Như vậy đất có đặc tính rõ ràng

là vật thể rời rạc, phân tán và có nhiều lỗ rỗng, do đó đất có tính thấm nước, tính

co ép và tính nén lún, tính ma sát và chống cắt và có khả năng đầm chặt Đó là đặc điểm đặc biệt so với các vật liệu khác

- Trong xây dựng lớp đất được sử dụng là lớp đất nằm dưới cách mặt đất khoảng 0,5 – 1m, hoặc sâu hơn nữa

có quan hệ mật thiết đến kinh tế kỹ thuật của công trình

Vì vậy nghiên cứu đất xây dựng là nhiệm vụ của cơ học đất Đối tượng nghiên cứu của cơ học đất cũng chính là đất xây dựng

II MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG

Cơ học đất tập trung giải quyết các nhiệm vụ và nội dung cơ bản:

- Xác định độ lún của công trình và đê đập

- Xác định tải trọng giới hạn và sức chịu tải của nền

- Xác định được độ ẩm, dung trọng của đất

- Từ thành phần cỡ hạt để đánh giá được đất( khả năng chịu lực, chịu cắt)

- Phương pháp này chỉ dùng cho các loại đất hạt cát và lớn hơn

Mẫu đất làm thí nghiệm sẽ được phơi khô ngoài trời

 Ta cân thau chứa đất để xác định khối lượng

 Ta cho đất vào thau => đem cân đất trên cân điện tử

Thau đựng mẫu đất

Sau khi cân lại rây ta sẽ xác định được khối lượng của đất bám trên từng rây Từ đó có sẽ

có số liệu để thực hiện vẽ biểu đồ

Đường kính rây (mm) Trọng lượng rây trước

IV Kết quả thí nghiệm

 Số phần trăm giữ lại cộng dồn = tổng các số phần trăm trọng lượng giữ riêng trên rây đó với các rây có mắt rây lớn hơn hoặc tính như sau:

 Số phần trăm trọng lượng lọt qua rây = 100% - số phần trăm trọng lượng giữ lại cộng dồn

Tính hệ số đồng đều và hệ số hạng cấp

 Hệ số đồng đều

 Hệ số hạng cấp

Trong đó:

D60 : đường kính mà các hạt có đường kính nhỏ hơn chiếm 60% mẫu phân tích

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 biễu diễn phân bố 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

2 30

D D

D

C g





20 40 60 80

0.01 0.1

1 10

- Lon đựng mẫu đất thí nghiệm

III Trình Tự Tiến Hành Thí Nghiệm

 Chuẩn bị đất làm thí nghiệm Đất được lấy làm thí nghiệm là mẫu đất được sấy khô, và có dạng hình sắt lát

 Dùng tay bẻ nhỏ từng mẫu đất sau đó dùng chày sắt giã đất ra => đất sau khi giã xong ta đem đi rây sàng với rây có đường kính 0,5mm

Dụng cụ casagrande

chứa đất

Cân điện tử

Dao trộn đất

Tủ sấy

- Lon số 1 có khối lượng trước khi bỏ mẫu đất thí nghiệm vào là: 18.638g

 Sau khi bỏ mẫu đất vào lon 1 thì ta đem cân lon 1 để xác định trọng lượng :32.291g

 Sau khi cân xong ta đem lon 1 có chứa mẫu đất bỏ vào tủ sấy và sấy ở nhiệt độ cao

Lần thứ hai

 Tiếp tục cho thêm 25ml nước vào thau đựng đất lúc đầu và tiếp tục dùng dao trộn đất

- Khối lượng lon 2 trước khi bỏ mẫu đất thí nghiệm vào là:19.017g

 Sau khi bỏ mẫu đất vào lon 2, thì ta đem cân lon 2 để xác định khối lượng: 26.976g

 Sau khi cân xong ta đem lon 2 có chứa mẫu đất vào tủ sấy và sấy ở nhiệt độ cao

Lần thứ ba

 Ta cho thêm 5ml nước vào thau đất và dùng dao trộn tiếp tục trộn đều đất

 Thực hiện các thao tác tương tự như lần 1 và lần 2

 Sau 46 vòng quay ta thấy phần đất hai bên đã khép lại => dùng dao lấy một phần đất ngay chỗ khép kín bỏ vào lon 3 ( lon mẫu đã được xác định khối lượng bằng cân điện tử)

- Khối lượng lon 3 trước khi bỏ mẫu đất thí nghiệm vào là:17.290g

SVTH: Đặng Ngọc Trung

12

 Sau khi bỏ đất vào lon 3, ta đem lon 3 đi cân để xác định khối lượng :31.436g

 Cân xong ta đem lom L2 bỏ vào tủ sấy và sấy ở nhiệt độ cao

Sau 4 giờ sấy ở nhiệt độ cao trong tủ sấy ta lấy các lon ra và lần lượt cân các lon lại

Ta thấy khối lượng:

SVTH: Đặng Ngọc Trung

13

Trong thí nghiệm xác định giới hạn nhão, ta phải thực hiện tối thiểu 3 lần

Dựa vào các số liệu trên ta vẽ được biểu đồ

37.8539.4442.44

37383940414243

Cân điện tử và thau chứa đất Dao trộn đất

SVTH: Đặng Ngọc Trung

15

 Lấy thau cân trên cân điện tử : 79,42g

 Cho đất vào thau( chú ý: đất làm thí nghiệm là đất khô đã được sấy và đã được rây sàng qua rây 0,5mm)

 Lấy nước bỏ vào thau đựng đất làm thí nghiệm và dùng dao trộn để trộn đều cho đất vừa đủ dẽo

 Sau khi trộn cho đất dẽo ta dùng dao trộn lấy ra một ít đất => bỏ lên tấm kính

và se đất trên tấm kính phẳng bằng 4 ngón tay, se đến khi nào đất đạt được đường kính 3mm và xuất hiện nhiều vết nứt thì dừng lại và dùng dao trộn cắt một phần mẫu đất bỏ vào lon 1

 Sau khi bỏ mẫu đất vào lon 1 ta tiến hành cân lon 1 để xác định khối lượng của lon

- Khối lượng của lon 1 có chứa mẫu đất: 32.672g

 Sau khi cân xong ta đem lon 1 có chứa mẫu đất vào tủ sấy và sấy ở nhiệt độ cao

 Tiến hành lấy mẫu lần 2

 Sau khi đất đã đạt tới độ dẽo dùng dao trộn lấy một ít đất ra bỏ trên tấm kính

=> tiến hành se đất trên tấm kính phẳng bằng 4 ngón tay Thực hiện tương tự như lần 1

 Ta dùng lon 2 để chứa mẫu đất sau khi se => cân lon 2 có chứa mẫu đất

- Khối lượng của lon 2 có chứa mẫu đất: 20.338g

 Sau khi cân xong ta cho lon 2 có chứa mẫu đất bỏ vào tủ sấy và sấy ở nhiệt độ cao

Chú ý trong quá trình se đất, nếu đất còn dẻo thì đất sẽ không nứt khi đạt đến đường kính 3mm Ta nhập đôi lại và tiếp tục se

Nếu đất cứng thì đất sẽ không nứt khi đạt đến đường kính 3mm, ta cần thêm nước vào và se lại

Sau 12 giờ sấy ở nhiệt độ cao ta lấy 2 mẫu đất ra và đem cân lại Ta thấy:

SVTH: Đặng Ngọc Trung

16

III Kết quả thí nghiệm

 Giới hạn nhão

- 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

- Ở 25 lần quay ứng với độ ẩm 24%

0

121 0 121

0

72 43 25

50 2 40

SVTH: Đặng Ngọc Trung

17

Độ ẩm của lần 1:

%85.37

%100.904.9

78.2387.31

%100

h

h t L W

W W W

Độ ẩm lần 2:

%44.39

%100.708.5

725.24976.26

%100

h

h t L

W

W W W

Độ ẩm lần 3:

%44.42

%100.931.9

221.27436.31

%100

h

h t L

W

W W W

Giới hạn dẽo:

Độ ẫm của lần 1:

%15.24

%100.51.4

583.31672.32

%100

h

h t P W

W W W

Độ ẩm lần 2:

%82.24

%100.587.2

696.19338.20

%100

h

h t P

W

W W W

Độ ẩm trung bình là:

%49.242

Độ sệt

82.049.2472.43

49.242

P W W

W W B

Kết luận

Đất làm thí nghiệm là đất sét, và đất là đất dẻo chảy

SVTH: Đặng Ngọc Trung

18

Thí nghiệm 3: THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP

I 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

II Dụng Cụ Thí Nghiệm

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

- Hộp casagrande (hộp cắt) chứa mẫu đất

- Dao vòng cắt đất bằng kim loại không gỉ

- Dao cắt gọt đất

- Đá nhám

- Vòng đo áp lực

 Sau đó ta niết chặt ở phần trên và dưới dao cắt

Dao vòng cắt đất bằng kim loại không gỉ Các bộ phận của hộp casagrande

Máy cắt trực tiếp kiểu truyền lực

SVTH: Đặng Ngọc Trung

20

 Cho khuôn vào hộp cắt (hộp casagrande) => bỏ đá nhám vào dưới hộp cắt

 Cho mẫu đất vào hộp cắt bằng cách để dao vòng trên miệng hộp cắt và dùng đá nhám ấn nhẹ mẫu đất vào trong hộp => cho mũ trượt lên và khóa hộp cắt lại bằng hai chốt khóa Chú ý ta phải giữ cho phần trên và dưới hộp cắt thẳng trục

và không xê dịch

 Đặt hộp cắt vào sàn trượt của máy cắt trực tiếp, kiểm tra sự tiếp xúc giữa hộp cắt và vòng đo áp lực => Dùng tay điều chỉnh cánh tay đòn

SVTH: Đặng Ngọc Trung

21

 Bỏ 2 quả cân có khối lượng 1,275kg vào và đợi 2 phút => bắt đầu quay, quay với vận tốc vừa phải

Trong khi quay ta cần chú ý đến đồng hồ khi kim đồng hồ có dấu hiệu ngừng chạy thì

ta quay chậm lại và ngừng quay trước khi đồng hồ đứng lại

Khi kim đồng hồ đứng lại cũng là lúc mẫu đất bị cắt đứt Khi mẫu đất bị cắt đứt ta phải ghi lại chỉ số của kim đồng hồ

SVTH: Đặng Ngọc Trung

22

Để có được kết quả chính xác thì thí nghiệm phải được làm ít nhất 3 lần

Sau khi mẫu đất bị đứt ta tiến hành tháo gở hộp cắt ra khỏi máy cắt và tiến hành thí nghiệm lần 2

Thí nghiệm lần 2 cũng thực hiện tương tự như lần 1

 Sau khi bỏ đất mẫu vào hộp cắt => bỏ hộp cắt vào sàn trượt của máy cắt => chỉnh cánh tay đòn => bỏ 2 quả cân có khối lượng 1,275kg và 1 quả cân khối lượng 5,1kg

 Khi 3 quả cân được bỏ vào máy cắt xong ta chờ khoảng 2 phút => bắt đầu quay => mẫu đất bị đứt Khi mẫu đất đứt ta phải ghi lại chỉ số của kim đồng

cm

Kg F

R C

Diện tích mặt cắt F (cm2)

Hệ số hiệu chỉnh cánh tay đòn C1

Q C

3

1

2 3

1

2 2

2

1 2

1

61 31 0 0 503

.

0

9984 3 9992 1 996 0 )

9984 3 ( 9992 1 996 0 3

9984 3 9992 1 996 0 885 3 515 3 22 2 ) 9984 3 885 3 ( 9992 1 515 3 996 0

n

i

n

i i i n

i

i i

Lực dính c (kN/m2) được xác định từ công thức

KPA tg

- Độ ẩm của đất, ký hiệu bằng w, biểu thị bằng tỷ số % của khối lượng nước thoát

ra khỏi mẫu đất khi sấy khô ở nhiệt độ 1050c và khối lượng hạt đất trong mẫu đất đem sấy khô

- 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

II Dụng Cụ Thí Nghiệm

- Thau chứa đất làm thí nghiệm

- 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 3000c

- Khay phơi mẫu đất sau khi sấy khô

 Cho 70ml nước vào thau đất đã được cân => dùng dao trộn để trộn đất

 Sau khi trộn xong ta dùng dao trộn đất lấy một mẫu đất trong thau bỏ vào lon

17 để xác định độ chứa nước tương ứng

 Sau khi bỏ mẫu đất vào lon 17 thì ta đem cân lon 17 để xác định trọng lượng :31.87g

 Sau khi cân xong ta đem lon 17 có chứa mẫu đất bỏ vào tủ sấy và sấy ở nhiệt

SVTH: Đặng Ngọc Trung

27

Lần thứ ba

 Ta cho thêm 5ml nước vào thau đất và dùng dao trộn tiếp tục trộn đều đất

 Thực hiện các thao tác tương tự như lần 1 và lần 2

 Sau khi bỏ đất vào lon L2, ta đem lon L2 đi cân để xác định khối lượng :28.79g

 Cân xong ta đem lom L2 bỏ vào tủ sấy và sấy ở nhiệt độ cao

 Sau 4 giờ sấy ở nhiệt độ cao trong tủ sấy ta lấy các lon ra và lần lượt cân các lon lại

Ta thấy khối lượng:

SVTH: Đặng Ngọc Trung

28

IV Kết quả thí nghiệm

 Độ chứa nước được tính theo biểu thức sau:

Trong đó

m0 : trọng lượng lon chứa đất

m1: trọng lượng lon chứa + đất chưa sấy

Các mẫu đất sau khi được sấy Cân đất sau khi sấy

%100(%)

0 2

m m W

SVTH: Đặng Ngọc Trung

29

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

Trọng lượng lon + đất chưa sấy m1 (g)

Trọng lượng lon + đất đã sấy khô m2(g)

Độ ẩm W (%)

Gía trị độ

ẩm trung bình Wtb(%)

- Dung trọng tự nhiên của đất là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất tự nhiên

- Đặc trưng vật lý cơ bản này được ký hiệu là γ và được tính theo g/cm3 Về trị số, dung trọng được tính bằng tỉ số giữa khối lượng đất và thể tích của chúng

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

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

D : đường kính trong của dao vòng

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

IV KẾT LUẬN

 Trong quá trình thực hiện thí nghiệm đòi hỏi người làm thí nghiệm phải có tính

cẩn thận, khéo léo

 Phải nắm rõ các thao tác thực hiện quá trình thí nghiệm

 Từ quá trình thí nghiệm cho chúng ta biết được sức chống cắt của đất, giới hạn

dẽo, giới hạn nhão

Tuy nhiên đối với sinh viên ngành xây dựng chúng ta thì công việc thí nghiệm không quan trọng lắm Vì công việc đó là do các kỹ sư địa chất thực hiện, chúng ta

V

m m m w

3 2

SVTH: Đặng Ngọc Trung

32