ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Thí nghiệm xuyên tĩnh Cone penetration test -CPT Sức kháng ở mũi xuyên Cone tip resistance: là sức kháng của đất tác dụng lên mũi côn và được xác định bằng cách chi
Trang 1ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
Thí nghiệm xuyên tĩnh
(Cone penetration test -CPT)
Sức kháng ở mũi xuyên (Cone tip resistance):
là sức kháng của đất tác dụng lên mũi côn và được xác định bằng cách chia lực tác dụng thẳng đứng Qc(kN) cho tiết diện đáy mũi côn Ac (cm2)
x c
c
c
c
A
R
A
Q
q
Trong đó:
Qc - là lực tác động lên mũi côn, Qc =Rc.Ax
Ac – diện tích tiết diện đáy mũi côn (cm²)
Ax – là tiết diện pittông-xilanh
-Với máy xuyên Gouda 10 tấn :
Ax = 20cm2 nên Ax / Ac = 2
qc =2 Rc
-Với máy xuyên Gouda 2,5 tấn :
Ax = 10cm2 nên Ax / Ac = 1
qc = Rc
Ma sát thành đơn vị fs là sức kháng của đất tác dụng lên bề mặt của măng xông do ma sát
và được xác định bằng cách chia lực tác dụng lên bề mặt măng xông Qs (kN) cho diện tích bề mặt của măng xông As (cm2):
s
x c cf
s
s
s
A
A R R
A
Q
f .
Trong đó:
As - là tiết diện măng xông
Qs - là lực tác động lên măng xông, Qs =( Rcf - Rc) Ax
Chỉ số ma sát : Tỷ sức kháng Fr là tỷ số giữa ma sát thành đơn vị fs và sức kháng mũi côn
qc ở cùng một độ sâu thí nghiệm, được thể hiện bằng % hay số thập phân:
%
100
.
c
s
r
q
f
F
Trang 2Phân loại đất theo kết quả xuyên tĩnh CPT
%
Begemann
%
Fugro
%
Sanglerat
%
Cát 0,5 < Fr < 2 1,25 < Fr < 1,6 0,5 < Fr < 1,5 Fr > 2
Cát bụi 1,75 < Fr < 2,5 1,6 < Fr < 2,5 1,5 < Fr < 2 1< Fr < 2,75
Bụi 2,3 < Fr < 3,5 2,5 < Fr < 3,6 2 < Fr < 2,5 2,75 < Fr < 3,5
Sét bụi và sét pha 3 < Fr < 4,5 3,6 < Fr < 4 2,5 < Fr < 3 3,4 < Fr < 7
Sét Fr > 4 4 < Fr < 7 3 < Fr < 6 3 < Fr < 8
Bùn và than bùn - Fr > 7 Fr > 6 -
Xác định trạng thái đất theo sức kháng mũi qc
Cát hạt thô và hạt trung
qc < 50
50 < qc < 150
qc > 150
Rời chặt vừa chặt
Cát hạt mịn
qc < 40
40 < qc < 120
qc > 120
Rời chặt vừa chặt
Cát lẫn bụi
qc < 30
30 < qc < 100
qc > 100
Rời chặt vừa chặt
Cát bụi bão hòa
qc < 20
20 < qc < 70
qc > 70
Rời chặt vừa chặt
Trang 33
Phân loại đất theo TN CPT
(TT nghiên cứu thuộc LH Khảo sát - BXD
Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn
(Standard penetration test - SPT)
Quan hệ giữa sức kháng xuyên tiêu chuẩn Nspt và sức kháng xuyên tĩnh đầu mũi qc
Trang 4Quan hệ qc/Nspt và thành phần hạt
ỨNG DỤNG CỦA KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM SPT
ĐỐI VỚI ĐẤT RỜI
Độ chặt tương đối (D r ) và góc ma sát trong ()
Bảng Quan hệ N30 với Dr (%) và φ của đất hạt rời
( theo Terzaghi và Peck)
10 – 30 30 – 60 30 – 32,3 Chặt ít
30 – 50 60 – 80 32,3 – 40 Chặt vừa
> 50 > 80 40 - 45 Rất chặt
Trang 55
Quan hệ giữa góc ma sát trong và sức kháng xuyên tiêu chuẩn
trong đó:
a là hệ số được lấy bằng 40 khi N30 >15;
lấy bằng 0 khi N30 <15
Tính modun biến dạng E
trong đó:
a là hệ số, được lấy bằng 40 khi N30>15; lấy bằng 0 khi N30 <15
c là hệ số, được lấy phụ thuộc vào loại đất:
- c được lấy bằng 3,0 với đất loại sét;
- lấy bằng 3,5 với đất cát mịn;
- lấy bằng 4,5 với đất cát trung;
- lấy bằng 7,0 với đất cát thô;
- lấy bằng 10,0 với đất cát lẫn sạn sỏi;
- lấy bằng 12,0 với đất sạn sỏi lẫn cát
= + ( + 6)
10
Trang 6Thí nghiệm nén bàn ngoài hiện trường
Khi đặt tải trọng N (P) lên bàn gia tải thì áp lực dưới bàn nén là
F
P
p
F là diện tích bàn nén
Biểu đồ quan hệ độ lún ~ tải trọng
ỨNG DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Tính modun tổng biến dạng E 0 ứng với từng cấp tải trọng
S
p d E
( 1 2)
0
ν- Hệ số Poisson của đất
lấy bằng 0,27 (đá vụn thô); 0,30 (cát, cát pha), 0,35 (sét pha); 0,42 (sét)
ω- Hệ số không thứ nguyên lấy bằng 0,79
d- Đường kính bàn nén(cm)
Δp - Số gia áp lực tác dụng lên bàn nén, Pc - Pd
ΔS - Số gia độ lún bàn nén tương ứng với Δp (cm)
Nếu đặt K=(1-ν2)ωd
S
p K E
0
Trang 7
7
Các trị số của hệ số K
Đất, đá
Diện tích bàn nén, cm2
Giá trị môđun biến dạng tổng còn được tính theo công thức:
Sd
P
E0 1 2
E0 – môđun tổng biến dạng , kG/cm2
P – tổng tải trọng tác dụng lên bàn nén, kG
d- đường kính bàn nén, cm
S – độ lún cuối cùng của bàn nén, cm
μ- hệ số nở hông của đất, đối với cát và cát pha là 0,3; đối với sét pha là 0,35; đối với sét
là 0,42
Trang 8
CÁC THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG:
Phân loại đất hạt thô
Tên gọi và ký hiệu quy ước quốc tế các loại đất
Tên hạt & tính chất Tên gọi quốc tế thông dụng Ký hiệu
Tảng lăn (tảng góc)
Cuội (dăm)
Sỏi (sạn)
Cát
Bụi
Sét
Hữu cơ
Than bùn
Cấp phối tốt
Cấp phối kém
Tính nén cao (dẻo cao)
Tính nén thấp (dẻo
thấp)
Boulder Cobble Gravel Sand Silt (Mo,Mjala,tiếng Thụy Điển) Clay
Organic Peat Well graded Poorly graded High compressibility Low compressibility
B
Co
G
S
M
C
O
Pt
W
P
H
L
Phân loại đất hạt mịn
Đất hạt mịn được phân loại dựa trên kết quả thí nghiệm giới hạn chảy WL và giới hạn dẻo Wp
ML: đất bụi dẻo Ip<4 %
CL: Đất sét ít dẻo Ip>7 %
MH: Đất bụi rất dẻo
CH: Đất sét rất dẻo
OL: Đất bụi và sét hữu cơ rất dẻo
Đường A là đường Ip = 0,73(WL – 20)
Trang 99
- WL - Giới hạn chảy (%); WL =(m1 – m2)/(m2 – m)x100 (%)
m1 là khối lượng đất ẩm và hộp (g);
m2 là khối lượng đất khô và hộp (g);
m là khối lượng của hộp (g);
- Wp - Giới hạn dẻo (% );
- Ip – Chỉ số dẻo (% ) với Ip =WL – Wp
- Độ sệt B :
p L
p
W W
W W B
Với W là độ ẩm của mẫu đất
Trang 10Bảng quan hệ tên trạng thái đất và độ sệt
Đất cát pha sét
Nửa cứng
Dẻo
Sệt(chảy)
Đất sét pha và đất sét
Nửa cứng
Dẻo cứng
Dẻo
Dẻo mềm
Dẻo sệt
Sệt(chảy)
B<0 0≤B<1
≥1
B<0
0 ≤ B < 0.25 0.25 ≤ B < 0.5 0.5 ≤ B < 0.75 0.75 ≤ B < 1 B≥1
CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT
ĐỘ ẨM
% 100
%
2
2 1
b
m m
m m W
mb : Khối lượng lon, hộp hoặc dao vòng chứa đất
m1 : Khối lượng Lon và đất tự nhiên
m2 : Khối lượng Lon và đất sau khi sấy khô
KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH
Khối lượng thể tích khô:
V
m h
d
(g/ cm3)
Trong đó
Trang 1111
ρd :Trọng lượng thể tích khô
mh :Khối lượng hạt
V :Thể tích mẫu đất
Khối lượng thể tích bão hòa
V
m
bh
(g/ cm3 ; T/m3 )
n s
sat
e
e
G
1
Khối lượng thể tích đẩy nổi
n w n
đn
V
V m
' .
Thông thường trọng lượng riêng của nước : ρ n =1g/cm 3
-> đn w1
DUNG TRỌNG (TRỌNG LƯỢNG THỂ TÍCH):
γ = ρ.g
Ký hiệu là γ ; đơn vị là g/cm 3 ; kg/m 3 ; T/m 3
Đôi khi người ta không phân biệt giữa khối lượng thể tích(ρ) và trọng lượng thể tích(γ)
mà gọi chung là dung trọng khi xem g=10m/s2 -> γ = g
Dung trọng tự nhiên
V
m m m
w
3 2
1
m1 : Trọng lượng của mẫu đất có dao vòng (g)
m2 : Trọng lượng dao vòng (g)
m3 : Trọng lượng tấm kính (g) (Nếu có)
D : Đường kính dao vòng
V: thể tích dao vòng (cm3)
H
D
4
2
Trang 12Dung trọng khô
1 +
Giá trị độ ẩm khi tính toán thay vào công thức không nhân 100 %
TỶ TRỌNG
Tỷ trọng của đất là tỷ lệ giữa khối lượng riêng của hạt đất và khối lượng riêng của nước hoặc trọng lượng riêng của hạt đất với trọng lượng riêng của nước
Tỷ trọng là đại lượng không thứ nguyên
n h n
h s
G
HỆ SỐ RỖNG
1 1
.
.
w
n
G
e
1 ) 1
.(
.
w
n
G
e
1
d
s
e
n
n
e
1
ĐỘ RỖNG
% 1
%
%
e
e V
V
n r
ĐỘ BÃO HÒA
S r %: là tỷ số giữa thể tích nước và thể tích lỗ rỗng, tính theo %
e
W G V
V
r
n r
.
%
Đối với đất bão hòa nước ta có: eG s.W