Bài thí nghiệm cơ học đất

SỔ GHI CHÉP ĐỂ XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT Ngày tháng Số hiệu mẫu Số hộp Khối lượng hộp gam Độ ẩm % Ghi chú Hộp không Có đất ẩm Có đất khô Từng mẫu Trung bình Nhận xét: ..... Định nghĩa: P

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG

KHOA XÂY DỰNG

-
 -

BÀI THÍ NGHIỆM

CƠ HỌC ĐẤT

GVHD:

SINH VIÊN:

LỚP:

NHÓM:

Bài I: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT

I Định nghĩa: Độ ẩm của đất là tỷ số giữa lượng nước chứa trong đất và khối lượng hạt đất trong một khối đất tự nhiên, thường tính bằng % (có khi dùng số thập phân)

II Dụng cụ thí nghiệm:

• Cân kỹ thuật độ chính xác 0,01g

• Hộp thủy tinh hoặc hộp nhôm

• Bình chống ẩm

• Sổ ghi chép

III Trình tự thí nghiệm:

1 Cân hộp với nắp trên cân kỹ thuật, được khối lượng Qhộp

2 Lấy từ giữa mẫu đất đưa thí nghiệm một phân tích 15g trở lên cho vào hộp và đậy nắp, cân trên cân kỹ thuật được khối lượng Q1

3 Hé mở hộp đất, bỏ vào tủ sấy Nhiệt độ trong tủ sấy phải bằng 100÷105oC Sấy đất đến khi khối lượng không đổi (khoảng 5÷7 giờ tùy loại đất) Cân hộp và đất khô được khối lượng Q2

4 Hiệu số khối lượng đất trước và sau khi sấy khô, chia cho khối lượng đất khô tuyệt đối và nhân với 100% là độ ẩm tính theo phần trăm

5 Tính độ ẩm của đất với độ chính xác tới 0,1%, sau đó lấy tròn đến 1% theo công thức:

% 100 Q Q

Q Q W

hôp 2

2 1

−

−

=

Mỗi mẫu đất cần làm 2 thí nghiệm song song để lấy kết quả trung bình Sai số giữa hai lần không được lớn hơn 2%

SỔ GHI CHÉP ĐỂ XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT

Ngày

tháng

Số hiệu

mẫu

Số hộp

Khối lượng hộp (gam) Độ ẩm (%)

Ghi chú Hộp

không

Có đất

ẩm

Có đất khô

Từng mẫu

Trung bình

Nhận xét:

Bài II: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN NHÃO CỦA ĐẤT LOẠI SÉT

(PHƯƠNG PHÁP TIÊU CHUẨN)

I Định nghĩa: Phương pháp tiêu chuẩn để xác định giới hạn nhão được áp dụng cho các loại đất sét mềm, không gắn kết, bao gồm phần lớn là các loại hạt có kích thước nhỏ hơn 1mm

Phương pháp này không dùng cho các loại đất sét có chứa một lượng đáng kể tàn tích thực vật Theo phương pháp này thì giới hạn nhão là độ ẩm của đất sét có kết cấu bị phá hoại, mà với độ ẩm đó, kim hình nón thăng bằng đặc biệt có khối lượng 76g ngập vào mẫu đất 10mm dưới tác dụng của trọng lượng bản thân nó sau 10 giây

II Dụng cụ thí nghiệm:

• Kim hình nón thăng bằng tiêu chuẩn

• Cốc đựng đất

• Cân kỹ thuật

• Hộp thủy tinh hoặc hộp nhôm

• Bình chống ẩm

• Tủ sấy

• Rây có đường kính lỗ 1mm

• Thanh trộn

• Chén sứ

• Cối có chày cao su

• Sổ ghi chép

III Trình tự thí nghiệm và kết quả:

Cố gắng xác định giới hạn nhão chỉ theo các mẫu có độ ẩm thiên nhiên Lấy một miếng đất khoảng 100g, miết vụn bằng thanh trộn, loại bỏ các hòn lớn kể cả di tích thực vật Sau đó cho qua rây 1mm Nếu đất có độ ẩm tự nhiên nhỏ thì nghiền sơ bộ trong cối sứ bằng chày cao su, loại bỏ các hạt lớn và cho qua rây 1mm

1 Trộn đất trong chén sứ, nếu độ ẩm không đáng kể thì rưới ướt bằng nước cất, nhào

kĩ bằng thanh trộn cho đến khi thành khối đồng nhất tương đối đặc và để một ngày đêm cho thật ướt rã Để đất không bị khô phải để nó vào bình giữ ẩm có nước Việc chuẩn bị mẫu đất theo kiểu này hiện nay được xem là phương pháp tiêu chuẩn Nếu độ ẩm của mẫu đất khá cao, thì sau khi chuẩn bị thí nghiệm theo cách nói trên, phải xác định ngay giới hạn nhão Nếu mẫu đất không giữ nguyên được độ ẩm tự nhiên thì việc chuẩn bị mẫu thí nghiệm phải làm như đối với mẫu đất khô thiên nhiên

2 Trộn kỹ lại mẫu đất đã được chuẩn bị một lần nữa và bỏ vào đầy cốc dụng cụ Dùng thanh trộn gạt phẳng mặt mẫu đất cho thật ngang với miệng cốc

3 Bôi một lớp Vazơlin mỏng lên kim hình nón rồi đặt nó lên bề mặt mẫu đất Dưới ảnh hưởng của trọng lượng bản thân, kim hình nón sẽ lún xuống đất Nếu sau 10 giây kim hình nón lún vào mẫu đất được 10mm thì xem như độ ẩm của nó bằng giới hạn nhão

4 Nếu sau 10 giây kim hình nón không lún đến 10mm thì độ ẩm của mẫu đất thấp hơn giới hạn nhão Trường hợp này ta lấy mẫu đất ra khỏi cốc và cho lại vào bát sứ Đổ thêm vào bát sứ một ít nước trộn kỹ rồi lại cho vào cốc và làm lại thí nghiệm Nếu sau 10 giây kim hình nón lún xuống mẫu đất quá 10mm thì chứng tỏ có nước thừa trong đất Khi

đó ta hong nhẹ đất trong không khí, dùng thanh trộn đảo liên tục Sau khi làm khô bớt thì làm lại thí nghiệm

5 Khi đất đạt độ sệt cần thiết, ta lấy từ cốc ra một mẫu phân tích ít nhất là 15g bỏ vào hộp và xác định độ ẩm của nó (xem Bài I) Độ ẩm đó tương ứng với giới hạn nhão Đối với mỗi mẫu đất phải làm lại ít nhất hai thí nghiệm song song, sai số giữa hai lần đó không được lớn hơn 2% Dựa vào 2 lần đó ta xác định được trị số độ ẩm của đất với độ chính xác tới 1%

và coi chính bằng giới hạn nhão

Ghi các số liệu nhận được vào sổ ghi chép

SỔ GHI CHÉP ĐỂ XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN NHÃO CỦA ĐẤT

Ngày

tháng

Số hiệu

mẫu

Số hộp

Khối lượng hộp (gam) Độ ẩm (%)

Ghi chú Hộp

không

Có đất

ẩm

Có đất khô

Từng mẫu

Trung bình

Nhận xét:

Bài III: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN DẺO CỦA ĐẤT

I Định nghĩa: Phương pháp tiêu chuẩn để xác định giới hạn dẻo của đất loại sét là phương pháp lăn đất thành dây Theo phương pháp này thì giới hạn dẻo là độ ẩm của đất loại sét có kết cấu bị phá hoại sau khi lăn thành dây có đường kính 3mm bắt đầu có nhiều khe nứt và bị đứt ra từng đoạn dài 3÷10cm

II Trình tự thí nghiệm và kết quả:

1 Dùng tay nắm đất cho đến trạng thái dẻo và hong khô trong không khí

2 Lấy một phần của khối đất đó và lăn nó trên tấm kính để tạo thành dây đường kính 3mm Sau đó vò dây đất thành cục nhỏ và lại lăn cho đến khi dây đất có đường kính 3mm bắt đầu có nhiều khe nứt và bị nứt ra từng đoạn dài 3÷10cm Trạng thái như vậy của đất

chứng tỏ đạt được giới hạn dẻo Nếu không thể lăn hồ đất thành dây có đường kính 3mm (đất cứ rời ra) thì xem như đất đó không có giới hạn lăn, tức là không có giới hạn dẻo

3 Lấy 15g đất đứt thành từng đoạn để xác định độ ẩm của nó Chính độ ẩm đó tương ứng với giới hạn dẻo của đất

4 Đối với mỗi mẫu đất nên tiến hành hai thí nghiệm song song xác định giới hạn dẻo Sai số giữa hai lần đó không được quá 2% Lấy trị số trung bình của hai lần đó với độ chính xác tới 1%

5 Ghi kết quả thí nghiệm vào sổ ghi chép

SỔ GHI CHÉP ĐỂ XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN DẺO CỦA ĐẤT

Ngày

tháng

Số hiệu

mẫu

Số hộp

Khối lượng hộp (gam) Độ ẩm (%)

Ghi chú Hộp

không

Có đất

ẩm

Có đất khô

Từng mẫu

Trung bình

Nhận xét:

* Xác định tên và trạng thái của đất thí nghiệm: (Dựa vào chỉ số dẻo A và độ sệt B)

Bài IV: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH CỦA ĐẤT

(PHƯƠNG PHÁP DAO VÒNG)

I Định nghĩa: Khối lượng thể tích tự nhiên của đất là khối lượng của một đơn vị thể tích đất ở trạng thái tự nhiên, tính bằng g/cm3 hay T/m3

Phương pháp dao vòng dùng để xác định khối lượng thể tích của đất mềm như sét, sét pha cát, cát pha sét, cát, tức là các loại đất có thể cắt bằng dao vòng

II Dụng cụ thí nghiệm:

• Dao vòng bằng kim loại không gỉ có mép cắt sắc, đường kính 50-70mm, chiều cao 20-40mm

• Dao con (gọt đất)

• Cân kỹ thuật

• Sổ ghi chép

III Trình tự thí nghiệm và kết quả:

1 Dùng thước cặp đo đường kính trong và chiều cao của dao vòng tính được thể tích

V của nó Cân dao vòng trên cân kỹ thuật được khối lượng Q1

2 Đặt đầu sắc của dao vòng lên bề mặt mẫu đất Dùng dao con thật sắc cắt từng lát mỏng để tạo ra cột đất lớn hơn đường kính trong dao vòng 1mm Cắt gọt chừng nào choàng

từ từ dao vòng lên cột đất chừng ấy Không được làm vỡ đất ở mặt bên của cột Không nên

ấn mạnh dao vòng vào mẫu đất vì như vậy sẽ phá hủy kết cấu thiên nhiên của đất và không đảm bảo đựng kín dao vòng được Sau khi cột đất nhô ra bên trên mép dao vòng, ta cắt phần đất thừa cho thật ngang bằng với mép dưới của dao cắt (cắt từng lát mỏng)

3 Cân dao đựng đất được khối lượng Q2 Sau khi xác định khối lượng của đất Q = Q2

- Q1, ta tính được khối lượng thể tích của nó

V

Q

=

γ (g/cm3) Đối với mỗi mẫu đất cần làm hai thí nghiệm song song để lấy trị số trung bình với độ chính xác tới 0,01 Sai số giữa hai lần không vượt quá 0,02 g/cm3

4 Ghi các số liệu vào sổ ghi chép

SỔ GHI CHÉP ĐỂ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH CỦA ĐẤT BẰNG

PHƯƠNG PHÁP DAO VÒNG

Ngày

tháng

Số dao

vòng

Khối lượng dao vòng (gam) Khối

lượng mẫu đất (g)

Thể tích dao vòng (cm3)

Khối lượng thể tích (g/cm3)

Ghi chú Không

có đất Có đất

Từng mẫu

Trung bình

* Tính dung trọng khô của đất:

Nhận xét:

Bài V: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HẠT CỦA ĐẤT

I Định nghĩa: Thành phần hạt của đất là lượng chứa phần trăm của các nhóm hạt, có kích thước khác nhau ở trong đất so với khối lượng của mẫu đất khô ta lấy để phân tích

Ở đây ta dùng phương pháp tỷ trọng kế để phân tích thành phần của hạt Phương pháp này dựa trên cơ sở đo tỷ trọng của thể vẩn chế tạo từ đất trong quá trình lắng trong của

nó Nếu khuấy thể vẩn rồi để yên nó sẽ lắng trong dần Mật độ của nó sẽ ngập xuống dần Dùng phương pháp này có thể xác định lượng chứa các cỡ hạt có đường kính < 0,1mm ở trong đất Lượng chứa các cỡ hạt > 0,1mm được xác định bằng phương pháp rây

II Dụng cụ thí nghiệm:

• Tỷ trọng kế

• Ống đo 1200 ÷ 1300 cm3 có chiều cao khoảng 45cm, đường kính 6cm

• Bộ rây, trong đó nhất thiết phải có rây 0,1mm

• Cân kỹ thuật

• Nhiệt kế có độ chính xác tới 0,5oC

• Toán đồ để tính đường kính của hạt

• Sổ ghi chép

Để phân tích hạt của đất ta dùng tỷ trọng kế thủy tinh hình con thoi, dùng cho chất lỏng có tỷ trọng từ 0.095 đến 1.050 (hoặc 1.030) Các vạch chia trên cán tỷ trọng kế có độ chính xác đến 0,001 Khi phân tích hạt các số đo trên tỷ trọng kế sẽ được rút gọn: bỏ qua hàng đơn vị đi và dịch dấu phẩy về bên phải ba con số Ví dụ: số đo 1.0252 được đọc và ghi

là 25,2 Khi sản xuất, tỷ trọng kế được chia theo mép dưới của mặt khum Vì thế vẩn đất không trong suốt, nên các số đo trong khi phân tích sẽ được lấy theo mép trên của mặt khum rồi xét đến hiệu chỉnh của độ cao của nó Ngoài ra còn xét đến hiệu chỉnh nhiệt độ nếu khi phân tích nó lớn hơn hoặc nhỏ hơn 20oC (bảng dưới) Người ta còn hiệu chỉnh vạch khắc của tỷ trọng kế, nếu khi thả nó vào bình nước cất 1000cm3 ở 20oC mà vạch 0 của tỷ trọng kế không trùng mực nước

HIỆU CHỈNH NHIỆT ĐỘ CHO TỶ TRỌNG KẾ

Nhiệt độ thể

vẩn oC

Hiệu chỉnh cho số đo theo

tỷ trọng kế

Nhiệt độ thể vẩn oC

Hiệu chỉnh cho số đo theo

tỷ trọng kế

Nhiệt độ thể vẩn oC

Hiệu chỉnh cho

số đo theo tỷ trọng kế

III Trình tự thí nghiệm và tính toán kết quả:

1 Mẫu đất dùng để xác định thành phần hạt theo phương pháp này phải được đưa về phòng thí nghiệm ở trạng thái tự nhiên Chuẩn bị thể vẩn như khi phân tích phương pháp pipet (có tài liệu riêng) Sau khi thực hiện xong các chỉ dẫn sẽ thu được lượng thể vẩn tổng cộng bằng 1 lít để phân tích

2 Khi chế tạo thể vẩn đồng thời xác định độ ẩm của mẫu đất dùng phân tích và tính đổi khối lượng mẫu đất đó ra khối lượng khô tuyệt đối Ngoài ra còn xác định lượng chứa phần trăm của cỡ hạt > 0,1mm trong đất

3 Khuấy thể vẩn trong ống bằng que trộn cho đến khi mất hẳn cặn lắng ở đáy thì ngừng khuấy, ghi lại thời gian và coi đó là thời gian bắt đầu phân tích

4 Thả cẩn thận tỷ trọng kế vào thể vẩn để bầu nó không chạm vào thành ống và lấy các số đo trên thang của tỷ trọng kế sau 30 giây; 1 phút; 2 phút; 5 phút; 15 phút; 30 phút; 1 giờ;…Khi lấy ba số đo đầu tiên không rút tỷ trọng kế ra Mỗi lần đọc số đo tiếp sau phải rút

tỷ trọng kế ra khỏi thể vẩn thả vào nước bên cạnh Khi lấy các số đo sau đó trước lúc bắt đầu đo từ 5 giây đến 10 giây phải thả tỷ trọng kế vào thể vẩn và phải thả sâu hơn lần trước

đó một chút

5 Ghi kết quả đọc trên tỷ trọng kế vào sổ dưới dạng các số đo rút gọn Ro

6 Trong quá trình phân tích phải đo nhiệt độ thể vẩn với độ chính xác 0,5oC Đo nhiệt độ một lần trong thời gian đọc năm số đầu tiên trên tỷ trọng kế và sau đó cứ mỗi lần đọc lại đo một lần

7 Chỉnh lý số đo Ro:

R = Ro + C + m + K Trong đó:

R: Số đo trên tỷ trọng kế đã hiệu chỉnh

Ro: Số đo ban đầu trên tỷ trọng kế C: Hiệu chỉnh chiều cao mặt khum (làm cho từng tỷ trọng kế) m: Hiệu chỉnh nhiệt độ (tra bảng)

K: Hiệu chỉnh vạch khắc (riêng biệt cho từng tỷ trọng kế)

SỔ GHI CHÉP ĐỂ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HẠT CỦA ĐẤT BẰNG PHƯƠNG

PHÁP TỶ TRỌNG KẾ

Thời gian

từ lúc bắt

đầu phân

tích

Số đo rút gọn

theo tỷ

trọng

kế Ro

Số đo rút gọn có hiệu chỉnh của mặt khum R1=Ro+C

Nhiệt

độ

của thể vẩn o

C

Số đo có hiệu chỉnh nhiệt độ

R2=R1+m

Số đo rút gọn có thêm hiệu chỉnh vạch khắc R=R2+K

Khoảng cách HR(cm)

Đường

kính hạt d(mm)

Lượng chứa các cỡ hạt theo tổng

số (cộng dồn) từ cỡ hạt nhỏ nhất p(%)

30s

1 phút

2 phút

5 phút

15 phút

30 phút

60 phút

180 phút

240 phút

…

* Tính toán kết quả:

+ Đường kính hạt d (mm)

Tra toán đồ → cần biết:

- γh (Trọng lượng riêng của đất thí nghiệm, g/cm3)

- HR: Tính bằng công thức

) b a ( L N

M N

Với: N = 50

M = R

L = 7,8 cm

a = 6,6 cm

F 2

V

b = o cm (Vo = 60 cm3; F: Tiết diện ngang ống đo cm2) Các đại lượng trên được giải thích ở phần phụ lục

+ Lượng chứa tích lũy các cỡ hạt bắt đầu từ cỡ hạt nhỏ nhất p (%)

R x

c 1

p

h

h

− γ

γ

=

Trong đó:

γh: Trọng lượng riêng của đất (g/cm3) c: Lượng chứa phần trăn của các hạt có đường kính < 0,5mm, nếu trong đất không có các hạt > 0,5mm thì c = 100%

x: Khối lượng của mẫu đất phân tích (g) R: Số đo cuối cùng theo tỷ trọng kế + Vẽ đồ thị đường cong thành phần hạt dạng nửa logarít

+ Tính hệ số không đồng nhất:

10

60

d

d

Trong đó:

d10: Đường kính có hiệu hoặc đường kính có hiệu của các hạt

d60: Đường kính kiểm tra của các hạt

Nhận xét: ( Dựa vào hệ số Cu)

Bài VI: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH NÉN CỦA ĐẤT KHI NÉN

KHÔNG NỞ HÔNG

I Định nghĩa: Tính nén lún của đất là khả năng giảm thể tích của nó dưới tác dụng của tải trọng nén

II Dụng cụ thí nghiệm:

• Máy nén một trục (cả dao vòng, đồng hồ đo biến dạng)

• Dao gọt đất

• Cân kỹ thuật

• Sổ ghi chép

III Trình tự thí nghiệm và kết quả:

1 Chuẩn bị máy: lau chùi, bôi mỡ

2 Chuẩn bị mẫu: Dùng dao vòng cắt mẫu (xem Bài IV) Đặt lên hai mặt mẫu đất hai khoanh giấy thấm đã làm ẩm trước

3 Lắp dao vòng có đất vào máy nén Cân bằng hệ thống gia tải bằng đối trọng và đặt

nó đúng vào điểm truyền lực, lắp biến dạng kế và điều chỉnh kim về vị trí “0”

4 Gia tải: Tải trọng tác dụng lên mẫu phải tăng theo từng cấp Tùy tính chất của đất

và yêu cầu của thí nghiệm cụ thể mà quy định độ lớn của mỗi cấp và số cấp cần có

Ở đây ta thí nghiệm ba cấp với các giá trị áp lực:

p1 = 0,5 kG/cm2

p2 = 1,0 kG/cm2

p3 = 2,0 kG/cm2

Từ đó tính tải trọng cần đặt tương ứng:

Qi = pi.F.L (kg)

Trong đó:

F: Diện tích bề mặt mẫu (cm2)

L: Tỷ lệ cánh tay đòn hệ thống truyền lực

5 Cấp tải trọng sau chỉ được phép tăng lên khi mẫu đã ổn định về biến dạng nén dưới cấp tải trọng trước

6 Khi kết thúc thí nghiệm thì tháo máy, tháo mẫu đất ra khỏi máy, lau chùi máy

SỔ GHI CHÉP CÁC SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM NÉN LÚN ĐẤT

p

(kG/cm2) ∆h

h h

∆

h

) e 1 (

h

(cm2/kG)

Eoi (kG/cm2) Ghi chú