GIÁO TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT, ĐẠI HỌC CÔNG NGHÊ GTVT

phối hạt của đất được xác định từ thí nghiệm phân tích thành phần hạt.. Thành phần cấp phối hạt của đất hạt mịn bụi và sét thường được xác định bằng phương pháp tỷ trọng kế... đất có dạn

MỤC LỤC

Trang

Mở đầu 1

CHƯƠNG 1: CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 3

1.1 Thành phần cấu tạo của đất 3

1.1.1 Hạt đất 3

1.1.2 Nước trong đất 11

1.1.3 Khí trong đất 13

1.2 Các tính chất vật lý của đất 13

1.2.1 Trọng lượng thể tích của đất 14

1.2.2 Độ ẩm và độ bão hòa nước của đất 16

1.2.3 Độ rỗng và hệ số rỗng của đất 17

1.3 Các chỉ tiêu trạng thái của đất 20

1.3.1 Độ chặt của đất rời 20

1.3.2 Độ sệt của đất 22

1.3.3 Phương pháp xác định độ ẩm giới hạn dẻo và độ ẩm giới hạn chảy 24

1.4 Phân loại đất 25

1.4.1 Phân loại đất theo tiêu chuẩn việt nam TCVN 5747 - 1993 25

1.4.2 Phân loại đất theo TCXD 45 - 78 29

CHƯƠNG 2 ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT 31

2.1 Ứng suất trong môi trường đất 31

2.1.1 Các loại ứng suất trong đất và các giả thiết cơ bản 31

2.1.2 Khái niệm ứng suất có hiệu và áp lực nước lỗ rỗng 31

2.2 Ứng suất do trọng lượng bản thân của đất 32

2.2.1 Ứng suất tổng 32

2.2.2 Ứng suất có hiệu 34

2.3 Ứng suất do tải trọng ngoài gây nên trong nền đồng 36

2.3.1 Tác dụng của lực tập trung 36

2.3.2 Phân bố ứng suất trong trường hợp bài toán không gian 38

2.3.3 Phân bố ứng suất trong trường hợp bài toán phẳng 45

2.4 Ứng suất tiếp xúc dưới đáy móng 50

2.4.1 Khái niệm 50

2.4.2 Phương pháp đơn giản tính ứng suất dưới đáy móng cứng 50

CHƯƠNG 3: BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT 53

3.1 Tính thấm của đất 53

3.1.1 Khái niệm tính thấm của đất 53

3.2 Các thành phần lún của nền đất 58

3.3 Lún đàn hồi se 59

3.3.1 Ứng suất tiếp xúc và mặt cắt lún 59

3.3.2 Độ lún đàn hồi se 61

3.4 Lún cố kết sơ cấp 63

3.4.1 Khái niệm cố kết 63

3.4.2 Thí nghiệm cố kết một chiều 66

3.4.3 Độ cố kết của đất nền 76

3.4.4 Gia tải trước 85

3.4.5 Áp dụng lý thuyết cố kết để giải bài toán thực tế 89

3.5 Lún cố kết thứ cấp 95

3.6 Bài toán tính lún một móng công trình 96

3.6.1 Tải trọng phân bố đều rộng khắp 96

3.6.2 Tải trọng phân bố cục bộ 97

3.7 Tính chất đầm nén của đất đắp 101

3.7.1 Thí nghiệm proctor 101

3.7.2 Thí nghiệm cbr 103

CHƯƠNG 4 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 107

4.1 Khái niệm 107

4.2 Lý thuyết cường độ chống cắt theo coulomb và điều kiện bền mohr-coulomb 108

4.2.1 Lý thuyết cường độ chống cắt theo coumlomb 108

4.2.2 Điều kiện bền mohr – coulomb 109

4.3 Thí nghiệm xác định cường độ chống cắt 111

4.3.1 Thí nghiệm cắt trực tiếp 111

4.3.2 Thí nghiệm cắt bằng máy nén 3 trục 114

4.3.3 Thí nghiệm nén nở hông 119

CHƯƠNG 5 ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN VÀ MÁI DỐC 125

5.1 Ổn định của đất nền 125

5.1.1 Các hình thức phá hoại của đất nền khi tăng tải 125

5.1.2 Tính toán sức chịu tải của móng nông theo terzaghi 127

5.1.3 Hệ số an toàn 132

5.1.4.Tải trọng giới hạn cho móng nông chịu tải trọng lệch tâm theo meyerhof 133

5.1.5 Tính toán sức chịu tải của móng sâu theo terzaghi 135

5.2 Khái niệm chung về ổn định mái dốc 136

5.2.1 Khái niệm về mái dốc 136

5.2.2 Các hình thức phá hoại mái dốc 136

5.2.3 Các phương pháp tính toán ổn định mái dốc 137

5.2.4 Tính toán ổn định mái dốc trượt phẳng 138

5.2.5 Phân tích ổn định mái dốc vô hạn với cung trượt tròn 143

5.2.6 Tính toán ổn định của mái đất dính đồng nhất 144

5.2.7 Vị trí cung trượt nguy hiểm nhất 145

5.2.8 Tính toán ổn định của mái dốc bằng phương pháp phân mảnh 149

5.2.9 Tính toán ổn định của mái dốc trong đất có cốt 153

CHƯƠNG 6 ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN 156

6.1 Khái niệm chung và phân loại áp lực đất lên tường chắn 156

6.1.1 Khái niệm 156

6.1.2 Phân loại tường chắn đất 157

6.1.3 Các loại áp lực tác động lên tường chắn 160

6.2 Xác định áp lực đất lên tường chắn 162

6.2.1 Phương pháp xác định áp lực tĩnh của đất lên tường chắn 162

6.2.2 Xác định áp lực đất chủ động 163

6.2.3 Xác định áp lực đất bị động 174

TÀI LIỆU THAM KHẢO 187

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

6 1.1.THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA ĐẤT

6 1.1.1 THÀNH PHẦN CẤU TẠO ĐẤT

6 1.1.2 NƯỚC TRONG ĐẤT

14 1.1.3 PHA KHÍ TRONG ĐẤT

16 1.2 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

16 1.2.1 TRỌNG LƯỢNG THỂ TÍCH CỦA ĐẤT

16 1.2.2 ĐỘ ẨM VÀ ĐỘ BÃO HÒA NƯỚC CỦA ĐẤT

19 1.2.3 ĐỘ RỖNG VÀ HỆ SỐ RỖNG CỦA ĐẤT

20 1.3 CÁC CHỈ TIÊU TRẠNG THÁI CỦA ĐẤT

23 1.3.1 ĐỘ CHẶT CỦA ĐẤT RỜI

23 1.3.2 ĐỘ SỆT CỦA ĐẤT 25

1.3.1 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM GIỚI HẠN DẺO VÀ ĐỘ ẨM GIỚI HẠN CHẢY 27

1.4 PHÂN LOẠI ĐẤT 28

1.4.1 PHÂN LOẠI ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5747 – 1993 28

1.4.2 PHÂN LOẠI ĐẤT THEO TCXD 45 – 78 32

CHƯƠNG 2 ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT 34 2.1.ỨNG SUẤT TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT 34

2.1.1 KHÁI NIỆM ỨNG SUẤT CÓ HIỆU VÀ ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG 34

2.1.2 CÁC LOẠI ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT VÀ CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN 35

2.2 ỨNG SUẤT DO TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN CỦA ĐẤT 35

2.2.1 ỨNG SUẤT TỔNG 35 2.2.2 ỨNG SUẤT CÓ HIỆU 37 2.3.ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI GÂY NÊN TRONG NỀN ĐỒNG NHẤT 39

2.3.1 TÁC DỤNG CỦA LỰC TẬP TRUNG 39

2.3.2 PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG TRƯỜNG HỢP BÀI TOÁN KHÔNG GIAN 41

2.3.3 PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG TRƯỜNG HỢP BÀI TOÁN PHẲNG 48

CHƯƠNG 3: BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN 54 3.1.KHÁI NIỆM TÍNH THẤM CỦA ĐẤT 54

3.2.XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM (K) TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 55

3.2.1 THÍ NGHIỆM THẤM VỚI CỘT NƯỚC KHÔNG ĐỔI 55

3.2.2 THÍ NGHIỆM THẤM VỚI CỘT NƯỚC THAY ĐỔI 56

3.3.KHÁI NIỆM VỀ BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN 58

3.4 LÚN ĐÀN HỒI S E 59

3.3.1 ỨNG SUẤT TIẾP XÚC VÀ MẶT CẮT LÚN 59

3.3.2 ĐỘ LÚN ĐÀN HỒI S E 61 3.5 LÚN CỐ KẾT SƠ CẤP 63

3.5.1 KHÁI NIỆM CỐ KẾT 63 3.5.1 THÍ NGHIỆM CỐ KẾT MỘT CHIỀU 66

3.5.2 ĐỘ CỐ KẾT CỦA ĐẤT NỀN 76

3.5.3 GIA TẢI TRƯỚC 85 3.5.4 ÁP DỤNG LÝ THUYẾT CỐ KẾT ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN THỰC TẾ 89

3.6 LÚN CỐ KẾT THỨ CẤP 95

3.7 BÀI TOÁN TÍNH LÚN MỘT MÓNG CÔNG TRÌNH 96

3.7.1 TẢI TRỌNG PHÂN BỐ ĐỀU RỘNG KHẮP 96

3.7.2 TẢI TRỌNG PHÂN BỐ CỤC BỘ 97

3.8 TÍNH CHẤT ĐẦM NÉN CỦA ĐẤT ĐẮP 101

3.8.1 THÍ NGHIỆM PROCTOR 101

3.8.2 THÍ NGHIỆM CBR 103 CHƯƠNG 4 CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT CỦA ĐẤT 106 4.1 KHÁI NIỆM 106 4.2 LÝ THUYẾT CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT THEO COULOMB VÀ ĐIỀU KIỆN MOHR – COULOMB 107

4.2.1 LÝ THUYẾT CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT THEO COULOMB 107

4.2.2 ĐIỀU KIỆN BỀN MOHR – COULOMB 108

4.3.THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT 110

4.3.1 THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP 110

4.3.2 THÍ NGHIỆM CẮT BẰNG MÁY NÉN 3 TRỤC

113 4.3.3 THÍ NGHIỆM NÉN NỞ HÔNG

118 CHƯƠNG 5 ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN VÀ MÁI DỐC 124

5.1.CÁC HÌNH THỨC PHÁ HOẠI CỦA ĐẤT NỀN KHI TĂNG TẢI

124 5.2.TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA MÓNG NÔNG THEO TERZAGHI

126 5.2.1 PHƯƠNG TRÌNH SỨC CHỊU TẢI CỦA TERZAGHI

126 5.2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA MỰC NƯỚC NGẦM

129 5.3 HỆ SỐ AN TOÀN

130 5.4 TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CHO MÓNG NÔNG CHỊU TẢI TRỌNG LỆCH TÂM 131 5.5.TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA MÓNG SÂU THEO TERZAGHI

133 5.6 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

134

5.6.1 KHÁI NIỆM VỀ MÁI DỐC 134

5.6.2 CÁC HÌNH THỨC PHÁ HOẠI MÁI DỐC

134 5.6.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

135 5.7.TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TRƯỢT PHẲNG

136 5.8.PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÔ HẠN VỚI CUNG TRƯỢT TRÒN

141 5.9 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA MÁI ĐẤT DÍNH ĐỒNG NHẤT

142 5.10 VỊ TRÍ CUNG TRƯỢT NGUY HIỂM NHẤT

143 5.11.TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN MẢNH 147

5.12.TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC TRONG ĐẤT CÓ CỐT

151 CHƯƠNG 6 ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN 154

6.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN 154

6.1.1 PHÂN LOẠI TƯỜNG CHẮN ĐẤT 154

6.1.2 CÁC LOẠI ÁP LỰC TÁC ĐỘNG LÊN TƯỜNG CHẮN 157

6.2 XÁC ĐỊNH ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN 159

6.2.1 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ÁP LỰC TĨNH CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN 159

6.2.2 XÁC ĐỊNH ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG 160

6.2.3 XÁC ĐỊNH ÁP LỰC ĐẤT BỊ ĐỘNG 171

TÀI LIỆU THAM KHẢO 182

MỞ ĐẦU

1 Định nghĩa và đối tượng nghiên cứu

Cơ học đất là một ngành của cơ học ứng dụng chuyên nghiên cứu về đất Hầu hết các côngtrình xây dựng đều đặt trên đất, nghĩa là dùng đất làm nền cho các công trình, số khác cáccông trình như nền đường, đê, đập đất thì lại dùng đất làm vật liệu xây dựng Vì vậy, muốncho các công trình được tốt, nghĩa là công trình ổn định, bền lâu và tiết kiệm thì nhất thiếtphải nắm rõ các tính chất của đất khi dùng nó làm vật liệu xây dựng hay làm nền cho các côngtrình xây dựng

Như vậy đối tượng nghiên cứu của cơ học đất là các loại đất thiên nhiên, là sản phẩm củaquá trình phong hóa các đá gốc ở lớp trên cùng của vỏ quả đất Mỗi loại phong hóa có tácdụng phá hủy đá gốc khác nhau và nó tạo ra các loại đất khác nhau Đặc điểm cơ bản của đất

là một vật thể gồm nhiều hạt rắn riêng rẽ không gắn với nhau hoặc gắn kết với nhau bằng cácliên kết có sức bền nhỏ hơn nhiều lần so với sức bền của bản thân hạt đất Do quá trình hìnhthành đất mà chúng tồn tại độ rỗng trong đất và độ rỗng này lại có khả năng thay đổi dưới ảnhhưởng của tác động bên ngoài Ngoài ra trên bề mặt hạt đất có năng lượng, chúng gây ra cáchiện tượng vật lý và hóa lý phức tạp, dẫn đến làm thay đổi các tính chất vật lý và cơ học củađất Vì vậy khi nghiên cứu đất phải nghiên cứu đến nguồn gốc hình thành và các điều kiện tựnhiên mà đất tồn tại

2 Đặc điểm và nội dung của môn học

Cơ học đất là môn học cần vận dụng các hiểu biết về đất từ các môn khoa học khác có liênquan như địa chất công trình, thổ chất học Và đồng thời vận dụng các kết quả của các ngành

cơ học khác như cơ học các vật thể biến dạng (lý thuyết đàn hồi, lý thuyết dẻo, lý thuyết từbiến) Trên cơ sở của các lý thuyết này, Cơ học đất đã xây dựng được các lý thuyết riêng phùhợp với các quá trình cơ học xảy ra đối với đất Tuy vậy ngoài các nghiên cứu lý thuyết,các nghiên cứu thực nghiệm và các quan trắc thực tế cũng đóng vai trò quyết định trongnghiên cứu sử dụng đất trong xây dựng

Từ các nghiên cứu lý thuyết và các nghiên cứu thực nghiệm, cơ học đất tập trung giảiquyết các nhiệm vụ và nội dung cơ bản sau:

- Xác lập các quy luật cơ bản về các quá trình cơ học xảy ra đối với đất, đồng thời xácđịnh được các đặc trưng tính toán ứng với các quá trình xảy ra đó

- Nghiên cứu sự phân bố ứng suất trong đất, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng dưới tácdụng của ngoại lực

- Giải quyết các bài toán về biến dạng, về cường độ, về ổn định các nền đất, về mái dốccũng như bài toán áp lực đất tác dụng lên tường chắn

3 Sơ lược lịch sử phát triển của môn học

Cơ học đất là môn học được hình thành chậm hơn nhiều so với các môn học ứng dụngkhác, nhưng từ lâu loài người đã có những nghiên cứu về đất, tuy nhiên do xã hội lạc hậu nêncác kiến thức về đất xây dựng chỉ nằm ở mức độ nhận thức cảm tính, chưa được nâng caothành nhận thức lý luận Nhiều nhà khoa học đã có những cống hiến to lớn và đã có công xây

dựng nên môn Ccơ học đất ngày nay Ở đây chỉ giới thiệu hai nhà bác học đã có công lao lớnđến sự phát triển của cơ học đất.

Công trình khoa học đầu tiên của Cơ học đất là của C.A Coulomb (1736 -1806) thiếu tá kỹ

sư công binh, viện sĩ viện khoa học Pháp, năm 1773 đã đưa ra lý thuyết nổi tiếng về cường độchống cắt của đất và cũng là người đầu tiên xây dựng được phương pháp xác định áp lực đấtlên vật chắn Trải qua hai thế kỷ và cho đến ngày nay, các phương pháp của ông vẫn được sửdụng rộng rãi

Sự hình thành của cơ học đất như một môn khoa học độc lập với hệ thống hoàn chỉnh vàcác phương pháp riêng biệt của nó được xem như bắt đầu từ năm 1925, khiK.Terzaghi(1883-1963) cho xuất bản cuốn “ Cơ học đất trên cơ sở vật lý của đất”

Năm 1963 Hội nghị khoa học quốc tế về Cơ học đất - Nền móng họp lần thứ nhất và sau

đó cứ 4 năm họp một lần Hội nghị Cơ học đất - Nền móng và các hội thảo khoa học liên quancũng được tổ chức ở nhiều nước và khu vực

Đến nay, Cơ học đất đã trở thành một môn khoa học với nhiều nội dung phongphú, gồm nhiều lĩnh vực khác nhau nhằm đáp ứng sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp,xây dựng

Ở Việt Nam, Cơ học đất được bắt đầu nghiên cứu từ năm 1956 Đến nay đội ngũ nhữngngười làm công tác nghiên cứu Cơ học đất đã trưởng thành cả về chất lượng và số luợng, đủsức giải quyết các bài toán đa dạng và phức tạp do thực tế xây dựng các công trình đề ra Tuyvậy do điều kiện kinh tế và xã hội còn hạn chế nên trang thiết bị chuyên nghành đầu tư chưađầy đủ và đồng bộ, vì vậy việc phát triển kiến thức và công nghệ về Cơ học đất cần đòi hỏinhững nỗ lực lớn hơn

+ Tỷ lệ về số lượng giữa các pha.

+ Các tác dụng địa phân tử, tác dụng hóa lý, tác dụng cơ học giữa các pha với nhau vàgiữa các pha với nhau và giữa các nhóm hạt

1.1.1 HẠT ĐẤTHạt đất

Pha rắn của đất bao gồm các hạt đất (hạt khoáng vật) có kích thước khác nhau chiếm phầnlớn thể tích khối đất, tạo thành khung cốt đất Có ba yếu tố của pha rắn ảnh hưởng đến nhữngtính chất của đất là: Kích thước, thành phần khoáng vật và hình dạng hạt đất

<0,002

Cách gọi tên các hạt đất của các nước có các hệ thống tiêu chuẩn khác nhau thường khác nhau Ví dụ theo hệ thống phân loại đất thống nhất của Nhật Bản “tiêu chuẩn kĩ thuậtcông trình và thiết bị cảng Nhật Bản 1980”, thì gọi tên hạt đất theo Bảng 2

Cát nhỏ Cát to Sỏi nhỏ Sỏi trung

Đất có kích thước hạt nhỏ (các loại sét) thường các hạt có dạng hình phiến, hình kim Cáchình dạng này ít ảnh hưởng đến tính chất của đất

+ Khoáng vật không hòa tan trong nước, thường gặp là kaolinit, silic và monmorilonit,chúng là thành phần chủ yếu của các hạt sét trong đất nên còn gọi là khoáng vật sét

+ Khoáng vật hòa tan trong nước thường gặp là can xít, dolomite, mica trắng, thạch cao,muối mỏ…

Các khoáng vật thứ sinh thường có kích thước rất nhỏ, nhỏ hơn 0,002mm

Chất hóa hợp hữu cơ là sản phẩm được tạo ra từ di tích thực vật và động vật, ở giai đoạnphá hủy hoàn toàn, sản phẩm này được gọi là mùn hữu cơ

Ảnh hưởng của thành phần khoáng vật đến các tính chất của đất có thể thấy:

+ Với đất có kích thước hạt lớn: Thành phần khoáng vật không ảnh hưởng nhiều đến tínhchất của đất

+ Với đất có kích thước hạt nhỏ: Thành phần khoáng vật ảnh hưởng nhiều đến tính chấtcủa đất vì chúng ảnh hưởng đến hoạt tính bề mặt hạt đất dẫn đến ảnh hưởng tới lớp nước kếthợp mặt ngoài hạt đất

1.1.1.4 Một số đặc tính khoáng vật sét

Tính dẻo là khả năng tạo và duy trì hình dạng mới khi ép hay nặn Tính chất này quyết

định bởi kích thước và bản chất của hạt khoáng sét cũng như của lớp hấp phụ Tính dẻo caokhi đất có tỷ diện tích bề mặt lớn

Tính dính là độ sệt của hỗn hợp sét/nước thay đổi rõ rệt theo độ ẩm Khi độ ẩm thấp,

nước chủ yếu ở trong lớp hấp phụ, vì thế giữa các hạt sét lực hấp dẫn nhau mạnh hơn Tácđộng dính kết này hay tạo ra một dạng ứng suất trong, gọi là tính dính Khi độ ẩm tăng thìhiệu quả hút kém đi và tính dính giảm

Tính trương nở của đất là khả năng tăng thể tích của đất trong quá trình tác dụng tương

hỗ với nước hay dung dịch Trương nở của đất sét là một quá trình hoá-lý phức tạp, theo B.V.Rebinder cho rằng, trương nở xảy ra dưới tác dụng tháo nêm của màng mỏng nước liên kếtbao quanh các hạt sét và hợp thể của chúng

Tuy nhiên, trong đất sét luôn tồn tại lực dính kết, trị số lực dính phụ thuộc nhiều vào kiểutiếp xúc kiến trúc giữa các hạt Chính lực dính này có tác dụng chống lại áp lực tháo nêm củamàng mỏng nước liên kết Khi lực dính trong đất lớn hơn lực tháo nêm của hệ “đất sét + H2O”thì sẽ không xảy ra trương nở; ngược lại sẽ xảy ra trương nở

Các yếu tố ảnh hưởng đến tính trương nở của đất: Thành phần hoá học và khoáng vật củađất, thành phần hoá học và nồng độ dung dịch tác dụng tương hỗ với đất, yếu tố bên ngoàinhư áp lực ngoài và liên kết kiến trúc trong đất

Khả năng trương nở của đất dính được đặc trưng bằng các chỉ tiêu sau:

* Độ trương nở tương đối (Rh):

Vh, h: thể tích, chiều cao mẫu đất sau khi trương nở;

V0, h0: thể tích, chiều cao ban đầu của mẫu đất

* Độ ẩm trương nở (Wh): bằng phần trăm, ứng với trạng thái mà ở đó quá trình hấp thụnước hay dung dịch lỏng khác của đất ngừng lại

mh: khối lượng mẫu đất sau khi trương nở;

mS: khối lượng mẫu đất khụ tuyệt đối

* Áp lực trương nở (Ph): là ỏp lực phỏt sinh trong quỏ trỡnh trương nở, ỏp lực trương nởđược đo bằng ỏp lực ngoài, mà ở đú hệ “đất sột+H2O” khụng trương nở

Theo trị số Rh và Ph phõn đất ra cỏc loại sau (bảng 3)

Bảng 1.3: Phõn chia đất trương nở theo SNiP II-15-74 (TCN 45-78)

Tớnh co ngút của đất là sự giảm thể tớch đất do kết quả mất (tỏch) nước khi hong khụ hay

xuất hiện cỏc quỏ trỡnh hoỏ-lý (co vỡ mất nước, thẩm thấu), được gọi là co ngút của đất Congút vỡ mất nước là hiện tượng ngược lại với trương nở Co ngút là một quỏ trỡnh hoỏ-lý phứctạp, làm thay đổi tớnh liờn kết kiến trỳc giữa cỏc yếu tố kiến trỳc, phõn bố lại thành phần hoỏhọc đó được hoà tan bằng nước lỗ rỗng trong đất trước đú

Khả năng co ngút vỡ mất nước của đất được đặc trưng bởi:

* Trị số co ngút thể tớch (bV) hay co ngút tuyến tớnh (bL) hay co ngút thể tớch (bV)

%100

;

%100

0

0 0

0

L

L L b V

V V

L

L V

VL, LL: thể tớch, chiều dài mẫu đất sau khi co ngút;

V0, L0: thể tớch, chiều dài ban đầu của mẫu đất

* Hệ số co ngút thể tớch (V): là độ giảm thể tớch tương đối của đất khi thay đổi độ ẩm

W0 W  b W0

b

V L

V V

WL: độ ẩm của mẫu đất sau khi co ngút;

W0 : độ ẩm ban đầu của mẫu đất

1.1.1.5 Cấp phối hạt của đất

 Cỏc khỏi niệm:

Nhúm hạt: Là tập hợp cỏc hạt trong đất cú kớch thước nằm trong một phạm vi nhất định.Cấp phối hạt của đất: Lượng chứa tương đối của cỏc nhúm hạt trong đất tớnh bằng phần trămtổng lượng đất khụ

Đường cong cấp phối là đồ thị biểu diễn hàm lượng cỏc nhúm hạt cú trong mẫu đất Đờngcong cấp phối là đồ thị biểu diễn hàm lợng các nhóm hạt có trong mẫu đất Đường cong cấp

phối hạt của đất được xác định từ thí nghiệm phân tích thành phần hạt Mục đích của thínghiệm này là xác định phạm vi kích thước cỡ hạt trong đất và phần trăm các hạt của mỗinhóm kích thước Các phương pháp thí nghiệm thường dùng là phương pháp sàng với đất hạtthô và phương pháp tỷ trọng kế với đất hạt mịn.

Quốc tế (Metric)

3,36 2,06 1,41 0,85 0,60 0,42 0,25 0,15 0,076

5000 3000 2000 1500 1000 500 300 150 75

5,00 3,00 2,00 1,50 1,00 0,50 0,30 0,15 0,075

10,00 5,00 2,00 1,00 0,50 0,25 0,10

Lấy khoảng 300g  500g đất đại diện sau khi đã sấy khô, cân lấy khối lượng chính xác.Dùng bộ sàng tiêu chuẩn (Hình 1) Đổ lượng đất thí nghiệm vào sàng trên cùng rồi

đặătậy nắp kín Đặt bộ sàng lên máy rung có bộ phận kẹp chặt Cho máy rung trong khoảng 5phút

Tháo bỏ sàng và cân phần hạt còn lại trên các ngăn riêng rẽ ta xác định được tỷ lệ các hạt cóđường kính lớn hơn đường kính nào đó chiếm bao nhiêu phần trăm tổng số để xác định cấpphối hạt

Thành phần cấp phối hạt của đất hạt mịn (bụi và sét) thường được

xác định bằng phương pháp tỷ trọng kế Để đơn giản, giả thiết các hạt

N¾p

§¸y

10mm 5mm 2mm 1mm 0.5mm 0.25mm 0.1mm

đất có dạng hình cầu, tốc độ lắng chìm của các hạt đất cũng tuân theo định luật Stokes, phụthuộc trọng lượng và kích thước hạt, trọng lượng thể tích và độ nhớt của nước (hình 3):

t

H d

(2) Phần lọt qua sàng, cùng với nước rửa đất nói trên, cho vào ống, cho thêm nước vào vàmột ít chất ổn định cho đủ 1000cm3

(3) Khuấy đều dung dịch, rồi đặt tỷ trọng kế vào Đọc chỉ số R (chỉ độ chìm của tỷ trọng kế) và xác định H R (khoảng cách từ tâm bầu tỷ trọng đến mặt nước) ở các thời điểm: 30’, 1’,

2’, 5’, 15’, 30’, 1h, 2h, 4h, 24h, 48h …Mỗi lần đọc xong lại lấy tỷ trọng kế ra, khi đo lạinhúng vào một cách nhẹ nhàng

n h

R t

t: thời điểm đo;

h: khối lượng riêng của hạt;

n: khối lượng riêng của nước

Khối lượng thể tích của dung dịch ở thời điểm t:

 h n100

h dt

)

%(

m

V d

83%

11%

H¹t c¸t (17%)

(72%) H¹t bôi

H¹t sÐt (11%)

m

m mm d

Tttrong đó:

V: thể tích dung dịch;

do: khối lượng thể tích ban đầu của dung dịch (đo ngay sau khi khuấy)

Sau khi làm thí nghiệm phân tích hạt, cấp phối hạt được biểu diễn bằng đường cong cấp

phối trong tọa độ bán nửalLLogarit như hình 4 Hệ trục bán logarit được dùng nhằm thu gọn

hệ trục và nổi bật các hạt có đường kính nhỏ Trục hoành là logarit cơ số 10 của các giá trị

đường kính hạt đất d Trục tung là phần trăm khối lượng nhóm hạt có kích thước nhỏ hơn d

Hình 1.4 Đường cong cấp phối của đất

Thông qua đường cong cấp phối, xác định tính chất cấp phối của đất và tên của đất rời

(được trình bày trong phần 1.4) Ba điểm trên đường cong cấp phối (hình 4) thường được

dùng để đánh giá cấp phối của đất là:

d10: Đường kính hạt có % khối lượng lọt sàng nhỏ hơn và gần 10% nhất thường được gọi

là đường kính hiệu quả của đất;

d30: Đường kính hạt có % khối lượng lọt sàng nhỏ hơn và gần 30% nhất;

d60: Đường kính hạt có % khối lượng lọt sàng nhỏ hơn và gần 60% nhất

Từ đường cong cấp phối xác định được:

2 30

.d

d

d

C c  (1.12)

Hệ số Cu càng lớn thì đường cong cấp phối càng xthoải, đất không đều hạt (cấp phối tốt),

ngược lại nếu hệ số Cu nhỏ thì đất đều hạt (cấp phối xấu)

Khi Cu < 3 biểu thị cỡ hạt đồng đều (cấp phối xấu) và Cu > 5 đất sét có cấp phối tốt, còn

đất cát có cấp phối tốt khi Cu>3

Cc = 0, -÷– 2,.0 biểu thị đất có cấp phối tốt, đường cong thành phần hạt chủ yếu ngang

thoải hay lõm chút ít; cho giá trị

d d 60 10

Đối với đất sỏi sạch có cấp phối tốt khi Cu > 4 và Cc = 1÷~3; Đối với cát sạch có cấp phốitốt khi Cu > 6 và Cc = 1÷~3.

Theo đường cong cấp phối Hình 1.4 ta có:

Với đường (I) có d10 = 0,0046mm, d60 = 0,041mm và Cu=9, thì đất đó là đất cấp phối tốt(đường cong cấp phối thoải)

Với đường (II) có d10 = 0,17mm, d60 = 0,4mm và Cu=2,35; thì đất đó là đất cấp phối xấu(đường cong cấp phối dốc)

Ví dụ 1 1 : Một mẫu đất dính khô có khối lượng 300g Phân tích thành phần hạt bằngphương pháp sàng được kết quả như Bảng 1.3, và bằng phương pháp tỷ trọng kế được kết quảnhư bảng 4 Hãy vẽ đường cong cấp phối, đánh giá tính chất cấp phối của đất

Bảng 1.4 Kết quả phân tích bằng phương pháp sàng

Vẽ đường cong cấp phối theo trình tự như sau:

Kẻ trục tung với tỷ lệ chọn theo phần trăm cấp phối tích lũy

Kẻ hai trục hoành, một trục lgd và một trục d

Kết quả nhận được đường cong cấp phối như Hình 5

Nhận xét: lg10 =1; lg 1 = 0; lg0,1 = -1; lg 0,01 = -2; lg 0,001 =-3 Sau khi lg thì kết quảđều nhau Vì vậy trục lgd sẽ giúp hỗ trợ xác định vị trí đường kính hạt

Lg2 =0,3; lg0,5=-0,3; lg0,25=-0,6; lg0,05 = -1,3

X%

d (mm)lgd

Hình 1.5 Ví dụ về đường cong cấp phối

Từ đường cong cấp phối ta có d10 = 0,05mm, d60 = 0,25

keo tạo nên hoạt tính bề mặt hạt đất Căn cứ

vào tác dụng của nước đối với hạt đất (Hình.6),

nước trong đất được chia thành các loại sau :

- Nước trong hạt khoáng vật

1.1.2.1 Nước trong hạt khoáng vật của đất

Là loại nước ở trong mạng tinh thể của hạt đất, tồn tại dưới dạng phân tử H2O hoặc dạngion H+ hay OH- Theo quan điểm xây dựng nước này được coi là một bộ phận của hạt khoángvật

Nước kết hợp mặt ngoài tồn tại dưới dạng tác dụng của lực hút điện trường nên các phân

tử nước và những ion dương bị hút vào bề mặt hạt đất và được sắp xếp một cách chặt chẽ, cóđịnh hướng Càng cách xa bề mặt hạt đất, lực hút càng yếu nên sự sắp xếp đó kém chặt chẽ vàthiếu quy tắc hơn Do vậy tính chất của nước kết hợp mặt ngoài rất khác so với tính chất củanước thông thường

Nước hút bám: Có tính chất gắn liền với thể rắn, không có khả năng di chuyển, khôngtruyền áp lực thủy tĩnh, tỷ trọng 1,5 Ở nhiệt độ -780C nước hút bám mới đóng băng Khi đấtsét chỉ chứa nước hút bám sẽ ở trạng thái rắn

Nước màng mỏng kết hợp mạnh: Có khả năng di chuyển theo hướng bất kỳ từ chỗ màngnước dày sang chỗ màng nước mỏng, nhưng sự dịch chuyển không liên quan đến tác dụng củatrọng lực Khi đất sét chứa nước kết hợp mạnh, đất sẽ ở trạng thái nửa rắn

Nước màng mỏng kết hợp yếu: Có tính chất gần giống với nước thông thường Khi đất sétchứa nước lớp nước màng mỏng kết hợp yếu và kết cấu đất bị phá hoại thì đất thể hiện tínhdẻo

Nước tự do là nước ở ngoài phạm vi của lực hút tĩnh điện Nước tự do được chia thànhnước trọng lực và nước mao dẫn

* Nước trọng lực: Nước trọng lực tồn tại trong các lỗ rỗng của đất, chịu sự chi phối của

trọng lực và tuân theo định luật Darcy Cần quan tâm đến các vấn đề sau đây của nước trọnglực

Khả năng hòa tan và phân giải của nước

Ảnh hưởng của áp lực thủy tĩnh đối với đất và công trình

Ảnh hưởng của lực thấm

* Nước mao dẫn: Là loại nước bị kéo lên trong các ống dẫn nhỏ trong đất, bên trên mực

nước ngầm, do sức căng bề mặt của nước Hiện tượng này có thể mô tả và giải thích tương tựhiện tượng mao dẫn trong ống thủy tinh nhỏ như Hình 7

N íc

èng mao dÉn

Hình 1.7: Hiện tượng mao dẫn và lực mao dẫn tại mặt phân cách

Độ cao mao dẫn có thể xác định từ điều kiện cân bằng giữa tổng lực căng bề mặt (còn gọi

là lực nâng mao dẫn) và tổng trọng lượng của cột nước dâng lên trong ống:

.

4

n k

n: trọng lượng riêng của nước;

dD: đường kính của ống thủy tinh;

T: Sức căng bề mặt, lấy gần đúng T = 0,075.10-3kN/m;

: Góc nghiêng của sức căng bề mặt với thành ống

Từ điều kiện cân bằng (1.13) có thể rút ra trị số áp lực mao dẫn Pk là:



 . 4 cos

d

T h

P k  n k  (1.14)

Áp lực mao dẫn Pk có tác dụng như một lực dính kết níu chặt các hạt đất vào nhau Điềunày trái ngược với bản thân áp lực nước lỗ rỗng và có thể coi áp lực mao dẫn là áp lực nước lỗrỗng âm

Pk= w.hk = -u (1.15) Trong xây dựng cần chú ý hiện tượng mao dẫn, độ cao mao dẫn hk và tốc độ dâng lên củanước mao dẫn Nước mao dẫn sẽ làm cho đất ẩm ướt khiến sức chịu tải của nền và tính ổnđịnh của mái dốc giảm Đối với những công trình nền ở vị trí thấp gần mực nước ngầm cầnchú ý hiện tượng mao dẫn

1.1.3 PHA KHÍ TRONG ĐẤT

Nếu các lỗ rỗng của đất không chứa đầy nước thì khí (thường là không khí) sẽ chiếmnhững chỗ còn lại Căn cứ ảnh hưởng của khí đối với tính chất cơ học, có thể phân thể khítrong đất thành hai loại:

Loại thông với khí quyển;

Loại không thông với khí quyển

Khí thông với khí quyển nên ảnh hưởng không đáng kể đối với tính chất của đất, khi đầmchặt khí này sẽ thoát ra ngoài

Khí không thông với khí quyển (bọc khí-túi khí) thường thấy trong các loại đất sét Loạikhí này có nhiều ảnh hưởng đến tính chất của đất, đặc biệt là tính thấm và tính đầm chặt củađất

Trọng lượng thể tích tự nhiên của đất (dung

trọng) là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất ở

Qh Q

Vk Vn Vr V

Hình 1.8 Mô hình ba pha của đất

Tên đất Khoảng giá trị  (kN/

m 3 ) Cát

Sét Than bùn

18

16 ÷ 22 15

Q 

 ( kN/ m3) (1.17)

Để xác định trị số  của đất hiện nay thường dùng các phương pháp dao vòng, phươngpháp bọc sáp và phương pháp phễu rót cát

 Phương pháp dao vòng

Một số loại đất như sét, hạt nhỏ dính kết, dễ cắt người ta thường dùng phương pháp dao

vòng: Lấy một đoạn ống thép có thể tích nhất định, một đầu mài sắc Dụng cụ này gọi là daovòng (Hình 9a)

Khi thí nghiệm: Đo đường kính D, chiều cao H và cân khối lượng dao vòng là mdvcủa daovòng Sau đó dùng tay ấn dao vòng vào chỗ đất muốn xác định trọng lượng thể tích Dùng daocắt đất thừa ở mặt trên và dưới dao vòng Sau đó đem cân cả dao lẫn đất được m1

Trọng lượng thể tích tự nhiên tính theo công thức:

H

)

m -4.(mV

Q

2 dv 1

D

g



  ( kN/m3) (1.18)

 Phương pháp rót cát

Ngoài thực địa trong điều kiện nhất định ta có thể đào hố, dùng phương pháp phễu rót cát

để xác định trọng lượng thể tích tự nhiên của đất

Trước tiên đào một hố nhỏ có đường kính khoảng 100mm và độ sâu không lớn hơn

150mm Đất đào lên cân được khối lượng là m.

Dùng một ống trụ để rót cát (hình b) Xác định thể tích hố bằng cách rót cát từ ống trụ vào

trong hố Cân ống trụ rót cát trước và sau khi rót sẽ xác định được cát lấp đầy hố là mt và m c

Vì đã biết trước trọng lượng thể tích của cát là c, sẽ xác định thể tích của hố, và do vậy tínhđược trọng lượng thể tích tự nhiên của đất

Đất vụn to, đất chứa sỏi, cuội không cắt được bằng dao vòng thì ta nên dùng phương pháp

bọc sáp: Mẫu đất được cân cho khối lượng m, sau khi bọc sáp cân lại được m 1, sau đó thả vàothùng chứa nước đầy có ống xiphông dẫn nước ra ngoài và đo thể tích nước bị chiếm chỗ là

S S

m m m V

m g

1.2.1.2 Trọng lượng thể tích bão hòa của đất

Là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất ở trạng thái bão

hòa (trạng thái của lỗ rỗngg đều được lấp đầy bởi nước) Đất chỉ

có hai thành phần là hạt đất và nước

V

Q'Q

Q'n : Trọng lượng nước lấp đầy lỗ rỗng

1.2.1.3 Trọng lượng thể tích đẩy nổi của đất

Là trọng lượng một đơn vị thể tích đất nằm dưới mặt nước

Trong trạng thái này đất chịu tác dụng của lực đẩy Ascimet

V

.VQ

γ h n h dn





 (kN/m3) (1.21)

n = 1 (g/cm3) = 1(T/m3)  γn = 9,81 (kN/m3)

1.2.1.4 Trọng lượng thể tích khô của đất

Là trọng lượng của hạt đất trong một đơn vị thể tích đất

ở trạng thái khô, là một chỉ tiêu biểu thị độ chặt của đất

V

Qh

k

γ ( kN/ m3) (1.22)

Với một loại đất có thành phần hạt như nhau, trạng thái khác nhau thì:

nn bh>  > k > đn

1.2.1.5 Trọng lượng riêng hạt của đất

Là trọng lượng của một đơn vị thể tích hạt (không có lỗ rỗng)

Sét Than bùn

14÷18

10 ÷ 20 3÷10,2

Khoảng giá trị  h

( tT rừ bùn và than bùn)

26 ÷ 30 (kN/m 3 )

hV

Q h

γ ( kN/m3) (1.23)

Trọng lượng riêng hạt đất được xác định chủ yếu bằng phương pháp tỷ trọng Trong tínhtoán, đôi khi người ta còn dùng khái niệm tỷ trọng hạt h () Tỷ trọng hạt là tỷ số giữa trọnglượng của một đơn vị thể tích hạt so với trọng lượng của một đơn vị thể tích nước

trưng quan trọng ảnh hưởng đến nhiều tính

chất của đất Đặc biệt tính chất của đất sét

biến đổi mạnh theo giá trị của độ ẩm Độ

ẩm tăng, cường độ, độ ổn định của đất

giảm, tính chất biến dạng tăng

Để xác định độ ẩm tự nhiên của đất người ta làm thí nghiệm ở trong phòng bằng phươngpháp cân sấy như sau:

Cân một lượng đất nhất định cần xác định độ ẩm Cho đất vào hộp nhôm đã biết khốilượng là m1, cân cả hộp được m2 Sau đó đem đặt hộp vào tủ sấy ở nhiệt độ 100÷1050C Thờigian sấy tuỳ thuộc vào từng loại đất Trong quá trình sấy thỉnh thoảng đem cân khi nào thấytrọng lượng đất và hộp không đổi thì coi như đất đã khô Khi đó cân được khối lượng m3

(%)100.m

m-m (%) 100.Q

Q

W

1 3

3 2 h

1.2.2.2 Độ bão hoà nước Sr

Độ bão hoà là tỷ số giữa thể tích nước trong 1 một khối đất và thể tích lỗ rỗng trong khốiđất đó

Cát Bụi Sét nửa cứng đến cứng Sét yếu

Bùn, than bùn

2.0÷15

10 ÷ 30 25÷50 50÷100 80÷300

=1 nước lấp đầy lỗ rỗng, ta gọi là bão hòa nước, đất gồm 2 pha: hạt và nước.

1.2.3 ĐỘ RỖNG VÀ HỆ SỐ RỖNG CỦA ĐẤT

1.2.3.1 Độ rỗng n

Là tỷ số giữa thể tích phần rỗng so với thể tích toàn bộ mẫu đất, đơn vị là phần trăm

.100V

1.2.3.2 Hệ số rỗng e

Là tỷ số giữa thể tích phần rỗng so với thể tích phần hạt của mẫu

V

Ve

1.2.3.3 Mối liên hệ hệ giữa các chỉ tiêu

Giữa các chỉ tiêu tính chất của đất có những liên hệ về số lượng Từ các chỉ tiêu cơ bảnđược xác định trực tiếp từ thí nghiệm như trọng lượng thể tích tự nhiên , độ ẩm Ww, trọnglượng riêng hạt h ta có thể suy ra các chỉ tiêu khác theo Bảng 6

Bảng 1.6 Mối liên hệ giữa các chỉ tiêu vật lý của đất

1

1 - γ

W) 1 ( γ Δ

n

e 

e 1

e

n





STT Chỉ tiêu cần xác định Công thức

3 Độ bão hòa (Sr)

e

W

Một mẫu đất được thí nghiệm trong phòng cho các số liệu sau:

Khối lượng mẫu đất ẩm: m1 = 148,6g

Khối lượng mẫu đất khô: m2 = 125,6g

Thể tích của mẫu đất ẩm: V = 80cm3

Tỷ trọng hạt đất: = 2,68Hãy xác định: Độ ẩm;

Trọng lượng thể tích tự nhiên và trọng lượng thể tích khô;

%1003

,125

3,1256,148

%100

%100

m W

h n

Trọng lượng thể tích tự nhiên và trọng lượng thể tích khô:

22,1881,9.80

6,148



V

g m

36 , 15 186 , 0 1

22 , 18

71 , 0 1

71 , 0 1 36 , 15

81 , 9 68 2 1 1

e

k

n k

702 , 0 71

, 0

186 , 0 68 , 2

Khối lượng đất đào từ hố là 2764g;

Khối lượng tổng ban đầu của ống trụ rót cát là 5724g;

Khối lượng tổng cuối cùng của ống trụ rót cát là 3172g;

c d c

max

e - e

emin : hệ số rỗng của đất ở trạng thái chặt nhất.

Ống thép có chiều cao 125mm, đường kính 76mm Quả cân bằng gang có đường kính71mm, chiều cao 15mm Phễu rót cát và thanh gõ

Hình 1.10: Thiết bị xác định hệ số độ rỗng e max ; e min

 Trình tự thí nghiệm:

- Xác định emax

Cân khối lượng của ống (2) là m1 , thể tích của ống là V Lấy 1000 ÷- 1200g đất cát sấykhô Đổ đất đã sấy qua phễu vào ống (2) Khi đất đã đầy thì dùng dao gạt đất cho bằng và cânlại được m2

Kết quả emax tính như sau:

Kết quả emin tính như sau:

Thông qua độ chặt tương đối D r đánh giá trạng thái của đất rời theo Bảng 7

Bảng 1.7 Quy định trạng thái của đất cát

Đất cát chặt 1,00  D r > 0,67

Đất cát chặt vừa 0,67  D r > 0,33

Đất cát rời rạc 0,33  D r ≥ 0,00

Việc xác định độ chặt của đất cát bằng thí nghiệm trong phòng vẫn còn nhiều nhược điểm

do biện pháp thực hiện trạng thái xốp nhất, chặt nhất khó đảm bảo chính xác Hơn nữa hệ sốrỗng tự nhiên của cát cũng khó xác định được vì không lấy được mẫu đất nguyên trạng Trongthực tế thường dùng các phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh , xuyên tiêu chuẩn để xác định

độ chặt của đất cát theo Bảng 8 và Bảng 9

Bảng 1.8 Phân loại độ chặt của cát theo kết quả xuyên tĩnh (CPT)

Loại cát Trị số q c (kG/cm 2 ), trạng thái và môđun E 0 (kG/cm 2 )

Chặt Chặt vừa Xốp Theo loại đất Cát thô, cát trung

(không phụ thuộc vào độ ẩm)

V f

Tr¹ng th¸i dÎo Tr¹ng th¸i cøng Tr¹ng th¸i ch¶y

Hình 1.11 Trạng thái của đất dính theo độ ẩm

Độ ẩm giới hạn co (Wc): Độ ẩm tương ứng với trạng thái đất bắt đầu có thể tích nở hoặc

Ip = WL – WP (1.31)Chỉ số dẻo Ip để đánh giá tính dẻo của đất, Ip càng lớn thì tính dẻo càng cao và ngược lại.Trong hệ thống phân loại đất theo tiêu chuẩn AnhASTM Trên hình 12 đường A là đườngphân chia quy ước giữa bụi và sét, còn các phân khu thẳng đứng (của phần trăm giới hạn

chảy) xác định rõ năm mức độ dẻo.

Tính dẻo Độ ẩm giới hạn chảy WL (%)Thấp < 35%

Trung bình 35 ÷ 50%

Rất cao 70 ÷ 90%

Cực cao > 90%

Hình 1.12 Biểu đồ tính dẻo để phân loại đất dính

Độ sệt IL (B) của đất dính là chỉ tiêu nói lên mức độ cứng hay mềm của đất dính ứng vớimột độ ẩm nhất định Khi độ ẩm của đất thay đổi thì độ sệt cũng thay đổi theo và đất chuyển

từ trạng thái này sang trạng thái khác

P

P P

L

P

I

W-

W W

W

W-

WP, WL: đĐộ ẩm tương ứng giới hạn dẻo và giới hạn chảy của đất

Căn cứ vào độ sệt IL xác định trạng thái của đất dính theo Bảng 11

0,25 < I L  0,5 Dẻo cứng

1.3.3.1 Phương phỏp xỏc định độ ẩm giới hạn dẻo W p

Phương phỏp vờ giun: người ta lấy đất lăn thành những que đất như Hỡnh 13 Nếu đến khique cú đường kớnh D= 3mm mà bắt đầấu xuất hiện cỏc vết nứt ngang trờn bề mặt que thỡ lấynhững que đất này làm thớ nghiệm độ ẩm Độ ẩm của đất khi đú là Wp

Hỡnh 1.13 Thớ nghiệm vờ giun

1.3.3.2 Phương phỏp xỏc định độ ẩm giới hạn chảy W L

 Phương phỏp Casagrande:

Đĩa thép (hoặc nhôm) đợc đặt lên một đế cứng (dụng cụ gây va đập) Khi quay tay quay thì

đĩa bị nâng lên rồi rơi xuống tự do ở độ cao khoảng 5mm (hình 14)

Trỡnh tự thớ nghiệm:

(1) Lấy một phần đất được chia sau khi sàng (hoặc được chuẩn bị như thớ nghiệm xỏc định

WP), cho thờm nước cất rồi trộn đảo đều Lấy đất này cho vào đĩa Dựng thanh chuẩn của bộ

Hỡnh 1.14 Thớ nghiệm Casagrade Hỡnh 1.15 Thớ nghiệm Vasiliev

thiết bị tạo rãónh tiết diện hình thang khoảng cách hai mép rãnh là 10mm chia đất thành hainửa như nhau.

(2) Sau khi quay 25 lần (đĩa va đập vào

đáy 25 lần) nếu hai phần mép vạch của hai

nửa mẫu đất chập vào nhau thì đất có thể coi

là ở độ ẩm giới hạn chảy Nếu cần nhiều lần

hơn là đất khô quá, ít lần hơn là đất nhão quá

(3) Xác định độ ẩm của 20-30g đất sau khi

thử đạt yêu cầu sẽ có WL

Thực tế, làm nhiều lần mẫu đất với các độ

ẩm khác nhau, sau đó vẽ đồ thị quan hệ giữa

độ ẩm - W và số lần đập - n Xác định WL

trên biểu đồ tương ứng với n=25, hình 16

W

n n=25

0

WL

Hình 1.16 Biểu đồ quan hệ W~n để xác định W L

* Phương pháp quả dọi Vvasiliev:

Dùng quả dọi nặng 76 g có đầu hình chóp nón mũi nhọn  = 300, cao h=25mm như (Hình

01.1415) Đặt mũi quả dọi sát mặt đất, sau đó thả tay cho lún tự do vào trong đất Nếu sau 10giây mà quả dọi lún vào trong đất được 10 mm thì độ ẩm của đất được coi là độ ẩm giới hạnchảy Đem xác định độ ẩm của đất đó được WL

Hai thí nghiệm trên cho kết quả giới hạn chảy hơi khác nhau Hiện có một số công thức

tính đổi của các tác giả khác nhau Theo G.Stephavov thì:

WLVa = 0.69 WLCa +5.1% (1.33)

Ttrong đó:

WLVa: độ ẩm giới hạn chảy xác định theo phương pháp quả dọi Vvasiliev;

WLCa: độ ẩm giới hạn chảy xác định theo phương pháp Casagrande

1.4.1 PHÂN LOẠI ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5747 - 1993

Tiêu chuẩn này phân loại đất dựa theo thành phần hạt của đất Trình tự phân loại đượcthực hiện như sau:

Dựa trên thành phần kích thước hạt chiếm ưu thế trong đất để phân chia thành hai nhómlớn là hạt thô và hạt mịn

Dựa trên hàm lượng các hạt để phân chia nhóm đất hạt thô thành các nhóm phụ

Dựa trên các trị giới hạn chảy, giới hạn dẻo, chỉ số dẻo để phân chia nhóm đất hạt mịnthành các nhóm phụ.

1.4.1.1 Đối với đất hạt thô

Đất hạt thô được phân loại từ các kết quả thí nghiệm phân tích hạt trong phòng thí nghiệm.Đất hạt thô được chia thành đất sỏi sạn ký hiệu (G) và cát ký hiệu (S) Đất cuội sỏi và đấtcát được chia thành các nhóm phụ được ký hiệu bằng 2 chữ cái: Chữ cái đầu tiên mô tả têncác loại đất, chữ cái sau mô tả đặc tính của các loại đất Các loại đất hạt thô là GW, GP, SW,

SP, GC, GM, SM, SC, cụ thể theo Bảng.12

(trong đó: G là là cuội (Gravel); W là cấp phối tốt (Well); P là cấp phối xấu (Poor), M là

hHạt mịn không dẻo (Mud), C là hạt mịn dẻo (Clay))

Ví dụ: GW đọc là cuội sỏi có cấp phối tốt, cần kết hợp với hệ số Cu, Cc để phân biệt

Bảng 1.12 Phân loại đất hạt thô Hơn 50% trọng lượng của đất là các hạt có kích thước 0,08 mm

Định nghĩa Kí hiệu Điều kiện nhận biết Tên gọi

Trọng lượng hạt có kích thước <

0,08m

m ít hơn 5%

GW

4D

DC

2 30

)(

D D

Đất sỏi sạn có lẫn hạt mịn

Trọng lượng hạt có kích thước <

0,08m m nhiều hơn 12%

GM Giới hạn Atterberg nằmdưới đường A (xem biểu

đồ 3.1) hay I p 4

Sỏi lẫn bụi Hỗn hợp sỏi - cát - bụi cấp phối kém

GC

Giới hạn Atterberg nằm trên đường A (xem biểu

đồ 3.1) với I p 7

Sỏi lẫn sét Hỗn hợp sỏi lẫn cát - sét, cấp phối kém

Trọng lượng hạt có kích thước <

0,08m

m ít hơn 5%

2 30

)(

D D

SP Một trong hai điều kiện

của SW không thoả mãn

Cát cấp phối kém, cát lẫn sỏi có ít hoặc không

có hạt mịn

Định nghĩa Kí hiệu Điều kiện nhận biết Tên gọi

SM

Giới hạn Atterberg nằm dưới đường A (xem biểu

đồ 3.1) hoặc Ip 5

Cát lẫn sét, hỗn hợp cát

- sét cấp phối kém.

Cát có lẫn hạt mịn

Trọng lượng hạt có kích thước <

0,08m m nhiều hơn 12%

SC

Giới hạn Atterberg nằm trên đường A (xem biểu

đồ 3.1) hoặc Ip 7

Cát lẫn sét, hỗn hợp cát

- sét cấp phối kém.

Phân loại nhanh đất hạt thô: Các đất hạt thô được phân loại nhanh ở hiện trường, theo mô

tả trong Bảng 13 Dựa trên cách nhận dạng các hạt đất ở hiện trường bằng mắt và kinh nghiệm

Bảng 1.13 Bảng phân loại nhanh đất hạt thô

Phương pháp nhận dạng loại thô có kích thước > 60 mm, dựa trên trọng lượng

ước lượng của các loại hạt

Kí hiệu Tên gọi

trọng lượng phần cát thô có

kích thước

>2mm

Sạch không có hoặc có ít thành phần hạt mịn

Có tất cả các loại kích thước hạt và không có loại hạt nào chiểm ưu thế về hàm lượng

Đất sỏi, sạn cấp phối tốt

Có một loại hạt chiếm ưu thế về hàm lượng

Đất sỏi, sạn cấp phối kém

Có thành phần hạt mịn

Có chứa thành phần hạt mịn, không có tính dẻo

Đất sỏi, sạn cấp phối tốt lẫn bụi

Có chứa thành phần hạt mịn, có tính dẻo

Đất sỏi, sạn lẫn sét

Đất sỏi sạn hơn

50% trọng lượng phần cát

thô có kích thước < 2mm

Sạch không có hoặc có ít thành phần hạt mịn

Có tất cả các loại kích thước hạt nào chiểm ưu thế về hàm lượng

Đất cát sạch cấp phối tốt

Có một loại hạt chiếm ưu thế về hàm lượng

Đất cát cấp phối kém

Có thành phần hạt mịn

Có chứa thành phần hạt mịn, không có tính dẻo

Đất cát lẫn bụi

Có chứa thμnh phần hạtnh phần hạt mịn, có tính dẻo

Đất cát lẫn sét

1.4.1.2 Đối với đất hạt mịn

a) Đất hạt mịn được phân loại dựa trên kết quả thí nghiệm xác định giới hạn chảy W L

và giới hạn dẻo W p ; dựa vào biểu đồ dẻo (Hình 17).

Đất hạt mịn chia thành đất bụi ký hiệu (M) và đất sét ký hiệu (C), đất hữu cơ ký hiệu (O).Các nhóm phụ được ký hiệu bằng 2 chữ cái: Chữ cái đầu tiên mô tả tên gọi của đất, chữ cáisau mô tả tính nén của đất Các loại đất hạt mịn là ML, CL, OL, MH, CH, OH, cụ thể theoBảng 14.

(trong đó: M là bụi (Mo tiếng Thụy Điển, Silt); C là sét (Clay); O là hữu cơ (Organic); H

là tính nén cao (High compressibility); L là tính nén thấp (Low compressibility)

Dẻo – L Dẻo thấp nếu W L < 50%

Dẻo – H Dẻo cao nếu W L > 50%

a) Phân loại nhanh đất hạt mịn (Bảng 14) : Đất hạt mịn được phân loại nhanh ở hiện trường dựa theo các thử nghiệm ước lượng sau:

Sức bền của đất ở trạng thái khô khi bị bóp vỡ được đánh giá theo cảm tính;

Độ bền của đất- được tiến hành giống như thí nghiệm xác định giới hạn dẻo, nhưng khôngnhằm xác định giá trị độ ẩm của đất, mà đánh giá độ bền của đất ở lân cận giới hạn dẻo

Sự ứng xử của đất dưới tác động rung, nhằm xác định khả năng xuất hiện và biến mất củanước khi nhào nặn và đập một miếng đất dẻo trong lòng bàn tay;

Màu sắc và mùi vị của đất- đặc biệt quan trọng với đất hữu cơ

Bảng 1.14 Phân loại nhanh đất hạt mịn Hơn 50% trọng lượng của đất là các hạt có kích thước < 0,08 mm

Ứng xử của đất dưới tác động rung

Hình 1.17 Biểu đồ phân loại đất dính

b) Phân loại nhanh đất hạt mịn (Bảng 14) : Đất hạt mịn được phân loại nhanh ở hiện trường dựa theo các thử nghiệm ước lượng sau:

Sức bền của đất ở trạng thái khô khi bị bóp vỡ được đánh giá theo cảm tính;

Độ bền của đất- được tiến hành giống như thí nghiệm xác định giới hạn dẻo, nhưng khôngnhằm xác định giá trị độ ẩm của đất, mà đánh giá độ bền của đất ở lân cận giới hạn dẻo

Sự ứng xử của đất dưới tác động rung, nhằm xác định khả năng xuất hiện và biến mất củanước khi nhào nặn và đập một miếng đất dẻo trong lòng bàn tay;

Màu sắc và mùi vị của đất- đặc biệết quan trọng với đất hữu cơ

1.4.2 PHÂN LOẠI ĐẤT THEO TCXD 45 - 78

1.4.2.1 Phân loại đất dính theo TCXD 45-78

Đất dính được phân loại theo chỉ số dẻo Ip (hoăc A)

Với quy đinhđịnh:

Dùng bộ sàng tiêu chuẩn của Liên Xô cũ

Giới hạn chảy WL được xác định theo phương pháp Vasxiliev với đất chế bị, hạt qua sàng0,1mm

Tùy theo chỉ số dẻo, đất dính được phân loại theo Bảng 15

 Nếu lượng chứa từ 12÷-25% khối lượng thì thêm từ “có”

- Á cát có cuội (dăm), có sỏi (sạn)

- Á sét có cuội (dăm), có sỏi (sạn)

- Sét có cuội (dăm), có sỏi (sạn)

 Nếu lượng chứa từ 25÷-50% khối lượng thì thêm từ “pha”

- Á cát pha cuội (dăm), pha sỏi (sạn)

- Á sét pha cuội (dăm), pha sỏi (sạn)

- Sét pha cuội (dăm), pha sỏi (sạn)

 Khi đất chứa trên 50% khối lượng những hạt > 2mm thì đất được xếp vào loại đất hạt thô (bảng phân loại đất rời)

 Đất dính còn bao gồm: Đất bùn, đất lún ướt và đất trương nở Đất lún ướt và đất trương nở được xếp vào loại đất đặc biệt.

Trạng thái của đất dính được xác định thông qua độ sệt của đất ghi trong bảng 16

1.4.2.2 Phân loại đất rời theo TCXD 45-78 (nền nhà và công trình)

Đất rời được phân thành: Đất hạt thô và đất cát Mỗi loại được phân thành từng loại theochỉ dẫn của Bảng 17

Bảng 1.17 Bảng phân loại đất rời

Đất hạt thô

Đá lăn, đá tảng Lượng chứa hạt lớn hơn 200mm trên 50%

Đất sỏi, sạn Lượng chứa hạt lớn hơn 2mm trên 50%

Đất cát

Đất cát lẫn sỏi Lượng chứa hạt lớn hơn 20mm trên 25%

Đất cát thô Lượng chứa hạt lớn hơn 0,5mm trên 50%

Đất cát vừa Lượng chứa hạt lớn hơn 0,25mm trên 50%

Đất cát nhỏ Lượng chứa hạt lớn hơn 0,10mm bằng và trên 75% Đất cát mịn (cát bụi) Lượng chứa hạt lớn hơn 0,10mm dưới 75%

* Dùng bộ sàng tiêu chuẩn Liên Xô: 0,10; 0,25; 0,50; 2,0; 5,0; 10mm

** Tên đất được lựa chọn theo thứ tự loại dần từ trên xuống