Đất là một tập hợp các hạt không đồng đều, giữa các hạt có nhiều lỗ rỗng, trong lỗ rỗng chứa nước và không khí. Như vậy, đất gồm ba thành phần chính gọi là ba pha và giữa chúng có sự tương hỗ ĐỘ ẨM TỰ NHIÊN VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH ,. DUNG TRỌNG TỰ NHIÊN TỶ TRỌNG HẠT CỦA ĐẤTTHÍ NGHIỆM ĐẦM CHẶT (TCVN 4201:2012)
CHƢƠNG I CÂU I SƠ ĐỒ PHA CỦA ĐẤT Đất tập hợp hạt khơng đồng đều, hạt có nhiều lỗ rỗng, lỗ rỗng chứa nƣớc khơng khí Nhƣ vậy, đất gồm ba thành phần gọi ba pha chúng có tƣơng hỗ lẫn Đó là: + Pha rắn (gồm hạt đât) chủ thể + Pha lỏng (chủ yếu nƣớc) + Pha khí (khơng khí) Trong tự nhiên, tỷ lệ ba pha thƣờng thay đổi khơng theo quy luật định, khó hình dung đƣợc tỷ lệ tƣơng đối chúng Nhƣ trạng thái ẩm ƣớt khơng bảo hòa nƣớc lúc đất hệ gồm pha: rắn, lỏng, khí Tuy nhiên, trạng thái bảo hòa nƣớc (nƣớc chiếm đầy lỗ rỗng đất) lúc đất hệ gồm pha: rắn lỏng Và trạng thái khơ hồn tồn (trong lỗ rỗng đất khơng chứa nƣớc) lúc đất hệ gồm hai pha: rắn khí Khảo sát phân tố đất có trọng lƣợng G thể tích V nhƣ hình 2.1a, xét riêng thành phần: hạt rắn, nƣớc, khí ta có sơ đồ pha nhƣ hình 2.1b Trong sơ đồ này, ta gọi thể tích phần hạt rắn, phần nƣớc khí mẫu đất lần lƣợt Vh, Vn, Vk; đồng thời gọi trọng lƣợng thành phần tƣơng ứng Qh, Qn, Qk a) Mẫu đất thực tế b) Mơ hình pha đất Hình 2.1 Sơ đồ mẫu đất - Thể tích mẫu đất: V = V h + Vn + Vk = Vh + Vr (2.1) - Thể tích rỗng mẫu đất: Vr = V n + V k (2.2) - Trọng lƣợng mẫu đất: Qr = Qh + Q n + Qk (2.3a) Vì trọng lƣơng khí đất nhỏ so với trọng lƣợng thành phần lại nên bỏ qua tính tốn xét trọng lƣợng mẫu đất (xem Qk ≈0), trọng lƣợng mẫu đất là: Q = Q h + Qn (2.3b) - Ảnh hƣỡng pha đến tính chất đất: + Pha rắn (hạt đất): Gồm hạt khống vật liên kết với mà tạo thành Tính chất phụ thuộc vào kích thƣớc hạt, thành phần khống vật, cấp phối… + Pha lỏng (nƣớc): Hầu hết đất tự nhiên có chứa lƣợng nƣớc tồn dƣới dạng khác Nƣớc ln có tác dụng hóa lý mạnh mẽ hạt khống vật vật chất hữu đất, đo ảnh hƣởng đến tính chất vật lý, hóa học học đất Trong đó, thƣờng có loại nƣớc chủ yếu: Nƣớc hạt khống vật, nƣớc kết hợp mặt ngồi hạt đất chủ yếu nƣớc tự lỗ rỗng đất + Pha khí: Nếu lỗ rỗng đất khơng chứa đầy nƣớc khí chiếm chỗ lại Khí đƣợc phân thành loại là: Khí kín khí hở Tuy nhiên, ảnh hƣởng khí tính chất đất thƣờng khơng đáng kể Tính chất đất phụ thuộc vào tính chất pha hợp thành trƣơng tác chúng Trong đó, pha rắn (hạt đất) đóng vait rò quan trọng CÂU II DUNG TRỌNG TỰ NHIÊN VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH - Định nghĩa: Dung trọng đất tự nhiên trọng lƣợng đơn vị thể tích đất trạng thái tự nhiên - Cơng thức: Q V (2.4a) Trong đó: Q V trọng lƣợng thể tích mẫu đất trạng thái tự nhiên - Đơn vị: kN/m3, N/cm3, G/cm3, T/m3,… - Ngun tắc xác định: Để xác định dung trọng đất tự nhiên, ngƣời ta dùng dao vòng có dạng hình tròn biết trƣớc trọng lƣợng Q1 thể tích dao vòng V Ấn nhẹ dao vòng khối đất có kết cấu ngun dạng (đất khơng bị xáo động, độ ẩm đƣợc giữ trạng thái tự nhiên) để lấy đƣợc mẫu đất thí nghiệm Sau đó, cân mẫu đất với dao vòng xác định đƣợc trọng lƣợng Q2.Từ đó, xác định đƣợc dung trọng đất tự nhiên theo cơng thức sau: Q Q1 Q V V (2.4b) CÂU III ĐỘ ẨM TỰ NHIÊN VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH - Định nghĩa : Độ ẩm tự nhiên tỷ số trọng lƣợng nƣớc chứa đất (Qn) trọng lƣợng phần hạt đất (Qh) khối đất tự nhiên - Cơng thức: W Qn 100% Qh (2.5) - Đơn vị W: thƣờng đƣợc biểu diễn phần trăm (%) - Ngun tắc xác định: Lấy mẫu đất (có thể kết cấu khơng ngun nhƣng phải giữ đƣợc độ ấm ngun vẹn), đem cân để xác định đƣợc trƣợng lƣợng Q1 Sau đó, đem mẫu đất sấy khơ hồn tồn (ở nhiệt độ 100oC 105oC) đem cân xác định đƣợc lƣợng Q2 - trọng lƣợng phần hạt đất (Q2 = Qh) Lúc này, Qn = Q1 – Q2, từ đó, độ ẩm tự nhiên đƣợc xác định theo câu thức sau: W Qn Q Q2 100% 100% Qh Q2 (2.6) Hình 2.2 Một số loại cân điện tử để xác định trọng lượng đất CÂU IV TỶ TRỌNG HẠT CỦA ĐẤT VÀ CÁC XÁC ĐỊNH - Định nghĩa: Tỷ trọng hạt đất tỷ đố dung trọng hạt đất với dung trọng nƣớc tinh khiết 4oC đại lƣợng khơng thứ ngun Qh h nVh n (2.8) Trong đó: n dung trọng nƣớc, lấy n = G/cm3 n 10 kN/m3,… - Tỷ trọng hạt đất đại lƣợng khơng thứ ngun đƣợc xác định trực tiếp thí nghiệm bình đo tỷ trọng - Ngun lý xác định: Lấy lƣợng đất khơ với tọng lƣợng Qh thích hợp cho vào bình tỷ trọng có chứa nƣớc tinh khiết 4oC khuấy lên để đuổi hết khơng khí bình Sau đó, tiếp tục cho nƣớc vào đầy bình đem cân đƣợc trọng lƣợng Q1 Giả sử với bình tỷ trọng nhƣng chứa đầy nƣớc (khơng có đất) cân đƣợc trọng lƣợng Q2 Chú ý: với đất sét trƣớc cho đất vào bình cần phải phá vỡ kết cấu đất Hình 2.3 Một số dạng bình tỷ trọng Cơng thức để xác định từ thí nghiệm này: Qh Q2 Q1 Qh (2.9) Giá trị tỷ trọng hạt phụ thuộc vào thành phần khống hạt đất, loại đất thƣờng có trị số tƣơng đối ổn định Chẳng hạn cát, có giá trị khoảng 2,65 (tỷ trọng khống thạch anh); tỷ trọng loại sét thƣờng khoảng 2,70 ÷ 2,75 loại đất hữu giá trị thƣờng nhỏ 2,40 CÂU V THÍ NGHIỆM ĐẦM CHẶT (TCVN 4201:2012) - Cần đầm, nện có khóa hàn cố định, kim loại - Búa đầm cần dẫn búa đầm kim loại - Một số thiết bị phụ kiện kèm theo cho cơng việc thí nghiệm nhƣ cân kỹ thuật, sang, bình phun nƣớc, tủ sấy, hộp nhơm… Các thơng số kỹ thuật thiết bị đầm chặt đất đƣợc thể nhƣ bảng sau THƠNG SỐ CỐI LOẠI CỐI ĐẦM CHẶT Thể tích V(cm ) Đƣờng kính d1(cm) THƠNG SỐ BÚA Chiều cao cối h1(cm) Trọng lƣợng búa (kG) Hành trình SỐ LỚP ĐẦM CHẶT (cm) A 1000 10 12,7 2,5 30 B 1000 10 12,7 2,5 30 Procto cải tiến 2224 12,5 12,7 4,5 45 * Chú ý: - Số lần đầm lớp cối A, B nhƣ sau: + Cát, cát pha: 25 lần + Sét, sét pha có A < 30%: 40 lần + Sét có A > 30%: 50 lần - Số lần đầm lớp cối Procto cải tiến 55 lần cho loại đất - Đƣờng kính đế đầm cối A 10cm; cối B 5cm cối Proto cải tiến 5cm - Chọn khoảng 15 (kG) đất hơng khơ gió cho qua sàng 5mm, chia làm phần cho vào khay Sau phun vào lƣợng nƣớc khác để có đƣợc độ ẩm từ ÷ 30% (lƣợng nƣớc phun vào theo kinh nghiệm) - Sau thêm nƣớc vào xong, trộn đất ủ kín khoảng 15 phút - Cho đất đƣợc chế bị vào cối đầm tƣơng ứng với số lớp cối tƣơng ứng với số lần búa đầm với lớp (theo loại cối kỹ thuật ứng định trƣớc) - Lƣợng đất sử dụng để đầm chặt phải đủ để đầy cối cao lên khơng q mép cối (mm) tháo thành cối phụ Sau đó, dùng dao gạt phẳng bề mặt đất sát mép thành cối đem cân đất cối Tiếp theo, lấy đất cối lấy lƣợng đất đủ để thí nghiệm xác định độ ẩm - Tiến hành đầm chặt nhƣ cối đầm để xác định đƣợc giá trị độ ẩm tƣơng ứng CHƢƠNG II CÂU I ỨNG SUẤT DƢỚI ĐÁY MĨNG Trƣờng hợp này, áp lực đáy móng phân bố đƣợc tính theo cơng thức sau: P N N F b.l (3.22) Với: N N0 tb b.l.h P N0 tb h b.l Trong đó: N: Tổng tải trọng thẳng đứng đáy móng N0: Tải trọng ngồi truyền xuống mặt đỉnh móng F = b.l: Diện tích đáy móng b, l: cạnh ngắn cạnh dài móng γtb: Dung trọng trung bình đất vật liệu móng từ đáy móng đến mặt đất γtb 20 ÷ 22 (kN/m3) N P b l Hình 3.25 Ứng suất đáy móng chịu tải trọng tâm N C D Pmin Pmax y ex x b ey x y l Hình 3.26 Ứng suất đáy móng chịu tải trọng lệch tâm hai chiều Áp lực đáy móng điểm A đáy móng đƣợc tính theo cơng thức: Hay P ( x, y ) M N Mx y y x F Jx Jy (3.23) P( x, y ) N Mx My F Wx Wy (3.24) P( x, y ) 12e 12e N (1 x x y y ) F l b (3.25) Giá trị áp lực đáy móng lớn nhỏ P( x, y ) 12e 12e N (1 x x y y ) F l b (3.26) Trong đó: Mx – Momen qn tính trục x – x: Mx = N.ey My – Momen qn tính trục y – y: My = N.ex Jx, Jy – Momen qn tính trục x – x y – y: Jx lb3 bl ; Jy 12 12 (3.27) ex, ey – Độ lệch tâm tải trọng trục x trục y Nếu kể đến trọng lƣợng móng đất móng Pmax/min 6e 6e N (1 x y ) tb h F l b (3.28) CHƢƠNG III CÂU I ĐẶC ĐIỂM BIẾN DẠNG a Các đặc điểm biến dạng Trong phạm vi áp lực khơng lớn (P < Pgh) quan hệ biến dạng (S) áp lực (P) quan hệ đƣờng thẳng p O p Sdu i Sdh s Hình 4.4 Quan hệ p – s tác dụng tải theo chu kỳ Biến dạng đất nói chung gồm phần: + Biến dạng dƣ (Sdƣ) phần biến dạng khơng phục hồi lại đƣợc sau dở tải + Biến dạng đàn hồi (Sđh) phần biến dạng phục hồi lại đƣợc sau dở tải - Cho áp lực Pi tác dụng lặp lặp lại nhiều lần biến dạng dƣ dần đi, biến dạng đàn hồi - Biến dạng đất khơng xảy tức thời mà phải trải qua thời gian định hồn thành b Các tiêu biến dạng * Hệ số nén lún, a: a e1 e2 p p1 (cm2/kG; cm2/daN; m2/kN; m2/T ) (4.3) Đối với a, ngƣời ta thƣờng dùng để đánh giá tính nén lún đất thơng thƣờng ngƣời ta dùng nhƣ sau: a12 > 0,01(cm2/kG) + Đất nén lún mạnh: 0,001