Đang tải... (xem toàn văn)
nghiệm phân tích thành phần hạt (cở hạt): Xác định tỉ lệ tương đối tính theo phần trăm các nhóm cở hạt khác nhau trong đất. Dựa vào thành phần hạt và đường cấp phối hạt để đánh giá mức độ đồng đều và cấp phối; tính thấm nước; chọn vật liệu xây dựng; dự đoán sự biến đổi tính chất cơ lý; xác định độ lớn nhóm các cở hạt; sự phân bố hạt và phân loại đất. 1.3. Dụng cụ thí nghiệm: 1.3.1. Dùng cho phương pháp rây sàngnghiệm phân tích thành phần hạt (cở hạt): Xác định tỉ lệ tương đối tính theo phần trăm các nhóm cở hạt khác nhau trong đất. Dựa vào thành phần hạt và đường cấp phối hạt để đánh giá mức độ đồng đều và cấp phối; tính thấm nước; chọn vật liệu xây dựng; dự đoán sự biến đổi tính chất cơ lý; xác định độ lớn nhóm các cở hạt; sự phân bố hạt và phân loại đất. 1.3. Dụng cụ thí nghiệm: 1.3.1. Dùng cho phương pháp rây sàngnghiệm phân tích thành phần hạt (cở hạt): Xác định tỉ lệ tương đối tính theo phần trăm các nhóm cở hạt khác nhau trong đất. Dựa vào thành phần hạt và đường cấp phối hạt để đánh giá mức độ đồng đều và cấp phối; tính thấm nước; chọn vật liệu xây dựng; dự đoán sự biến đổi tính chất cơ lý; xác định độ lớn nhóm các cở hạt; sự phân bố hạt và phân loại đất. 1.3. Dụng cụ thí nghiệm: 1.3.1. Dùng cho phương pháp rây sàng
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP HCM Khoa Kỹ thuật Xây dựng Bộ mơn Địa - Nền móng THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT (Lưu hành nội bộ) BÀI THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH CỞ HẠT (GRAIN SIZE ANALYSIS) BÀI THÍ NGHIỆM ĐẦM CHẶT (COMPACTION TEST) BÀI THÍ NGHIỆM GIỚI HẠN ATTERBERG (ATTERBERG LIMITS) BÀI THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP (DIRECT SHEAR TEST) BÀI THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT (CONSOLIDATION COMPRESSION TEST) Năm 2018 -1- BÀI THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH CỞ HẠT (GRAIN SIZE ANALYSIS) PHƯƠNG PHÁP RÂY SÀNG (d ≥ 0,074 MM - # 200) PHƯƠNG PHÁP LẮNG ĐỘNG (d < 0,074 mm) 1.1 1.2 Tiêu chuẩn áp dụng : 4198 -1995 Mục đích: - Thí nghiệm phân tích thành phần hạt (cở hạt): Xác định tỉ lệ tương đối tính theo phần trăm nhóm cở hạt khác đất - Dựa vào thành phần hạt đường cấp phối hạt để đánh giá mức độ đồng cấp phối; tính thấm nước; chọn vật liệu xây dựng; dự đoán biến đổi tính chất lý; xác định độ lớn nhóm cở hạt; phân bố hạt phân loại đất 1.3 Dụng cụ thí nghiệm: 1.3.1 Dùng cho phương pháp rây sàng - Bộ rây: nắp rây, rây, đáy rây Rây khô Rây rửa Cở rây / Số hiệu 4’’ (cở rây) 2’’ 1’’ 3/4 ’’ 1/2 ’’ 3/8’’ # (số hiệu) #6 # 10 # 20 # 40 # 60 # 100 # 200 Đường kính d (mm) 101,6 50,8 25,4 19,1 12,7 9,51 4,76 3,36 2,00 0,84 0,42 0,25 0,149 0,074 - Cân (độ xác 1g cân lớn, 0,1 g cân tiểu) - Dụng cụ chia đất, muỗng xúc đất, chày cao su, lò sấy (1050C), máy rây … 1.3.2 Dùng cho phương pháp lắng đọng - Tỷ trọng kế (Hydrometer): dùng để đo tỷ trọng dung dịch - Hai bình hình trụ + bình đựng mẫu + nước (huyền phù): lít + bình đựng nước dùng để rửa tỷ trọng kế - Máy khuấy, que khuấy -2- - Nhiệt kế: dùng để đo nhiệt độ thay đổi để hiệu chỉnh kết thí nghiệm (khi nhiệt độ thay đổi -> độ nhớt hỗn hợp thay đổi -> vận tốc rơi thay đổi -> phải hiệu chỉnh) - Đồng hồ bấm giây, chén đựng mẫu đất, bình cao su hút nước, hóa chất Na 4P2O7 để làm phân tán đám hạt, rây N10 1.4 Thí nghiệm: 1.4.1 Phương pháp rây sàng: - Lấy lượng đất vừa đủ sấy khô Lấy đất phương pháp chia đôi hay chia tư Khối lượng đất lấy sau: + Đất hạt mịn: + Đất cát pha: + Đất hạt lớn 3/8’’: + Đất hạt lớn 1/2’’: + Đất hạt lớn 3/4’’: + Đất hạt lớn 1’’: 100 – 200 g 300 – 500 g 1000 g kg kg 10 kg - Dùng chày cao su để tách rời hạt - Xếp rây thứ tự từ lớn đến nhỏ (lật ngược rây) - Đổ mẫu đất vào rây, đặt lên máy rây khoảng 10 phút (chú ý rây cho rây nằm mặt phẳng ngang, không làm rơi rải đất ngoài) - Cân đất cộng dồn (cân khối lượng đất từ rây lớn, cân dồn tiếp đến rây nhỏ), hàm lượng thất thoát < 1% 1.4.2 Phương pháp lắng đọng: - Dựa vào đặc tính phân bố hạt đất dung dịch (nước) để xác định thành phần hạt - Khi mẫu đất tạo thành huyền phù bình hạt có đường kính khác chìm lắng khác nhau; hạt lớn chìm nhanh hạt nhỏ - Phương pháp lắng động phương pháp tỷ trọng kế dựa vào định luật Stockes vận tốc giới hạn vật thể hình cầu rơi chất lỏng, phụ thuộc vào đường kính hạt, tỷ trọng hạt, tỷ trọng dung dịch độ nhớt dd v= ( γ s − γ dd ) d 18 η Trong v : vận tốc rơi hạt (cm/s) γ s : dung trọng (trọng lượng riêng) hạt (g/cm3) γ dd : dung trọng (trọng lượng riêng) chất lỏng (g/cm3) ≡ γ w (dung trọng nước) η : độ nhớt dung dịch (g.s/cm2) = µ/g, µ : độ nhớt đơn vị dung dịch hay Poise (dynes.s/cm2) d : đường kính hạt (cm) g : gia tốc trọng trường = 981 cm/s2 Ta có -3- v= γs h h (= ) ; G s (∆) = 60 t γw t h : chiều cao rơi hạt (cm) t : thời gian rơi (phút) Gs (∆) : tỉ trọng hạt Từ ta có cơng thức xác định đường kính hạt d= 18 µ 60 (G s −1) g γ w h (cm) t Trong thí nghiệm lắng đọng, lấy γ w = g/cm3 , h = HR, đường kính hạt xác định: d= 1800 µ 981 60 (G s −1) HR (mm) t d: đường kính hạt (mm), HR (cm) chiều cao rơi hạt, xác định từ số đọc tỉ trọng kế kế hiệu chỉnh Rc t = (phút): thời gian rơi tỉ trọng kế, Gs : tỉ trọng hạt, µ : độ nhớt đơn vị nước hay Poise (dynes.s/cm2) Bảng tra độ nhớt đơn vị or Poise (dynes.s/cm2) Nhiệt độ 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Độ nhớt 0,01056 0,01050 0,01005 0,00981 0,00958 0,00936 0,00914 0,00894 0,00874 0,00854 0,00836 Nhiệt độ 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 Độ nhớt 0,00818 0,00801 0,00784 0,00768 0,00752 0,00737 0,00722 0,00718 00,695 0,00681 0,00668 Phương trình dùng cho loại đất có đk 0,0002 mm – 0,2 mm (d > 0,2 mm => dòng rối chất lỏng, d < 0,0002 mm => tượng chuyển động Brown) Trình tự thí nghiệm: Dùng 50 g đất lọt qua rây N10, trộn với nước vừa đủ nhão chén, thêm 10 giọt hóa chất Na4P2O7 , ngâm 24h để làm phân tán đám hạt (trong TN thời gian bị hạn chế nên dùng 20 giọt => TN khơng hồn tồn xác hạt không tách hạt rơi nhanh hơn) Cho vào máy khoấy (có thể dùng tay để khuấy), trộn thêm nước, khoảng 10 ph -4- Đổ hổn hợp vừa trộn vào bình (1), thêm nước vừa lít, dùng đũa khuấy Cho thủy kế vào (bình 1), đọc trị số R vào thời điểm (nguyên tắc nhân đôi): T : 15’’, 30’’, 1’, 2’, 4’, 8’, 15’, 30’, 1h, … , 24h (sau thời điểm đo – sau 2’ – lấy TK để rửa (bình 2): tránh tượng bám dính hạt đất xung quanh TK) Trong q trình đọc có sai số do: nhiệt độ, mặt khum, hóa chất, mắt đọc, … , ta có số đọc sau hiệu chỉnh là: R c = R + ct + c m R : số đọc từ thủy trọng kế ct : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ cm : hệ số điều chỉnh mặt khum Bảng tra hệ số hiệu chỉnh ct t (0C) t (0C) ct ct 18 -0,4 29 2,2 20 0,0 30 2,5 21 0,3 31 2,8 22 0,5 32 3,2 23 0,7 33 3,5 24 1,0 34 3,9 25 1,2 35 4,2 26 1,5 36 4,5 27 1,7 37 4,9 28 2,0 38 5,3 Hệ số hiệu chỉnh mặt khum: Tỉ trọng kế chia độ theo mép mặt khum Thông thường đọc, ta đọc số đọc theo mép mặt khum huyền phù không suốt Hệ số mặt khum cm = 0.4 Tính HR từ số đọc tỉ trọng kế Rc: Sơ đồ tính sau: 1000 Vo/A L 1030 HR=h-Vo/2A a Vo/2A -5- O 1030 h Ph ân t ích h ình v ẽ tr ên ta th : Khi cho t ỉ trọng kế vào mực nước ống đo dâng lên đoạn Vo/A Khi chất điểm tâm bầu (ứng với độ sâu HR) dâng lên đoạn Vo/2A V V V Ta có : H R = h − o + o = h − o F 2F 2F L h = (N − M ) Mà N V L Suy H R = ( N − M ) + a − o N 2F Theo TCVN 4198-1995 hướng dẫn sau: Trong - HR (cm) chiều cao rơi hạt, xác định từ số đọc hiệu chỉnh Rc - A : Diện tích ngang ống đo đựng huyền phù thí nghiệm; A= 30cm2 - Vo : Thể tích bầu tỉ trọng kế 151H , Vo = 73cm3 = 73ml ( thể tích phần lại phía mặt huyền phù xem không đáng kể) - h : Độ sâu từ mặt huyền phù đến tâm bầu tỉ trọng kế (cm) - a : Khoảng cách từ tâm bầu đến vạch chia thấp (1030); a=9.511cm - L : Khoảng cách từ vạch chia thấp (1030) đến vạch chia 1000; L=8.0cm - N : Số vạch chia ( phần ngàn) tính từ vạch chia 1030 đến vạch chia 1000; N=30 - M : Số vạch chia (phần ngàn) tính từ vạch chia đọc trị số Rc thang tỉ trọng vạch chia 1000 * Theo hướng dẫn cách đọc số thí nghiệm : lấy số có nghĩa sau cùng: Ví dụ : 1000 ta đọc 1012 12 Cách gọi trị số sau: Gọi : - A : Diện tích ngang ống đo đựng huyền phù thí nghiệm; A= 30cm2 - Vo : Thể tích bầu tỉ trọng kế 151H , Vo = 73cm3 = 73ml ( thể tích phần lại phía mặt huyền phù xem không đáng kể) - h : Độ sâu từ mặt huyền phù đến tâm bầu tỉ trọng kế (cm) - a : Khoảng cách từ tâm bầu đến vạch chia thấp nhất( vạch 30); a=9.511cm - L : Khoảng cách từ vạch chia thấp (30) đến vạch chia 0; L=8.0cm - N : Số vạch chia, tính từ vạch chia 30 đến vạch chia 0; N=30 - M : Số vạch chia, tính từ vạch chia đọc trị số Rc thang tỉ trọng vạch chia V í d ụ : Ta đ ọc Rc sau hiệu chỉnh Rc = 12.45 Vậy trị số M= 12.45 – = 12.45 Tính cự ly chìm lắng HR sau: V L 73 H R = ( N − M ) + a − o = (30 − 12.45) + 9.511 − = 12.97 N F 30 * 30 -6- Để thuận tiện, người ta lập sẵn bảng tra HR từ số đọc Rc( cho loại tỉ trọng kế) sau: Rc 1.000 1.001 1.002 1.003 1.004 1.005 1.006 1.007 1.008 1.009 Bảng tra giá trị HR từ số đọc hiệu chỉnh Rc, Thủ y kế151H Hr (cm) Rc Hr (cm) Rc 16.3 1.010 13.7 1.020 16.0 1.011 13.4 1.021 15.8 1.012 13.1 1.022 15.5 1.013 12.9 1.023 15.2 1.014 12.6 1.024 15.0 1.015 12.3 1.025 14.7 1.016 12.1 1.026 14.4 1.017 11.8 1.027 14.2 1.018 11.5 1.028 13.9 1.019 11.3 1.029 1.5 (loaïi 151H): Hr (cm) 11.0 10.7 10.5 10.2 10.0 9.7 9.4 9.2 8.9 8.6 Rc 1.030 1.031 1.032 1.033 1.034 1.035 1.036 1.037 1.038 Hr (cm) 8.4 8.1 7.8 7.6 7.3 7.0 6.8 6.5 6.2 Tính tốn kết quả: 1.5.1 -Tính % trọng lượng đất giữ lại cộng dồn rây: A% = (Khối lượng đất giữ lại cộng dồn rây x 100%) / M M khối lượng đất đem làm thí nghiệm - Tính % trọng lượng đất lọt qua rây: B% = 100% - A% 1.5.2 Tính % trọng lượng đất có đường kính < D (dành cho pp lắng đọng) N%= (Gs / G s −1) Rc m Trong m trọng lượng đất đem thí nghiệm (= 50 g) * Tại thời điểm đọc số R độ sâu H (gần tâm bầu tỉ trọng kế), có hạt có đk < D Gọi P trọng lượng nhóm hạt < D/1000 cm huyền phù => trọng lượng đơn vị thể tích huyền phù gần tâm bầu gồm: trọng lượng phần hạt (P/1000) + trọng lượng phần nước Tỉ trọng huyền phù độ sâu H: G hp = P P + 1 − 1000 1000 G s G w Mặt khác theo số đọc tỉ trọng kế tỉ trọng huyền phù tâm bầu: -7- R 1000 R P P = + 1 − => + 1000 1000 1000 G s Xem Gw = => R = P 1 − Gs G hp = + G w Gs R ( G s −1) Gọi m khối lượng mẫu đất khô để tạo 1000 cm huyền phù, % tích lũy nhóm hạt có đường kính < D: Gs R P N = 100% = 100% m Gs − m => P= 1.6 Vẽ đường cong cấp phối cỡ hạt: Kết phân tích hạt trình bày dạng đường cong cấp phối hạt, hệ thống nửa trục logarite Trục hoành biểu diễn đường kính hạt, trục tung biểu diễn phần trăm trọng lượng hạt lọt qua rây hay % mịn Có dạng cấp phối chính: - Dạng thoai thoải : cấp phối tốt - Dạng dốc đứng : cấp phối xấu - Dạng bậc thang : cấp phối trung bình Các hệ số: - Hệ số đồng nhất: Cu = D60 / D10 Cu < : Cu = – 15 : Cu > 15 : Đất đồng Vừa Đất khơng đồng - Hệ số hình dạng: (Coefficient of curvature Cc ) ( D30 ) C g (C c ) = D10 D60 Cg > : Sạn Cg > : Cát < Cg < 3: Sạn – cát Cg = 0,5 – 2,0: Cấp phối tốt Trong đó: D60 ; D30 ; D10 : Đường kính cở hạt mà hạt có đk nhỏ chiếm 60% ; 30% ; 10% theo thứ tự Sai số cho phép TN 10% 1.7 Nhận xét SV: -8- Từ đường cấp phối hạt: phân loại đất, xác định tỉ lệ % nhóm cở hạt, nhận xét hình dạng đường cấp phối, hệ số … Chú ý: % toàn khối lượng đem TN là: N% = (P% P10%)/100 N%: phần trăm hiệu chỉnh P% : phần trăm mịn P10%: phần trăm lọt qua rây N10 Đường cong cấp phối hạt Tên hạt đất Kích thước (mm) > 100 100 – 10 10 – Đá lăn, đá hộc Hạt cuội Hạt sỏi Hạt cát Hạt bụi To Vừa Nhỏ To Nhỏ Hạt sét Hạt keo -9- – 0,5 0, – 0,25 0,25 – 0,05 0,05 – 0,01 0,01 – 0,005 0,005 – 0,002 < 0,002 BÀI 2: THÍ NGHIỆM GIỚI HẠN ATTERBERG (ATTERBERG LIMITS) 2.1 2.2 Tiêu chuẩn áp dụng : 4201 -1995 Mục đích Xác định giới hạn Atterberg xác định giới hạn dẻo giới hạn nhão; tức xác định giá trị độ ẩm, từ xác định trạng thái tên đất wP : độ ẩm giới hạn dẻo (từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo) wL : độ ẩm giới hạn nhão hay chảy (từ trạng thái dẻo sang trạng thái nhão) + Chỉ số nhão/chảy (Độ sệt): w − wP I L ( B) = w L − wP + Chỉ số dẻo: IP (A) = wL – wP 2.3 Dụng cụ thí nghiệm (Dùng cho TN giới hạn nhão) - Dụng cụ Casagrande (chiều cao nâng chỏm cầu cm) - Dao cắt rãnh - Dao trộn, kính trộn, muỗng xúc đất, rây N40 (đk hạt 0,42 mm), bình nước, lon đựng mẫu, cân (độ xác 0,1 g), lò sấy … V A V B C h o ûm c a àu Tay quay m m cm m m Ñ e b a èn g cao su cong D A O C A ÉT R A ÕN H H ì n h D u ïn g c u ï g i ô ùi h a ïn n h a õo 2.4 Thí nghiệm 2.4.1 TN giới hạn nhão: - Dùng khoảng 100 g đất lọt qua rây N40, trộn với nước vừa đủ nhão - Lấy đất vừa trộn trét vào khỏang 2/3 chỏm cầu (tránh bọt khí) - Dùng dao cắt rãnh, chia đất chỏm cầu thành phần (khoảng cách khe hở mm, dày mm) - Cho chỏm cầu nâng lên rơi xuống hr = cm, vận tốc v = lần/30s, đếm số lần rơi N cho - 10 - đến đất phần chỏm cầu khép lại - Lấy đất nơi khép lại chỏm cầu bỏ vào lon, cân, đem mẫu sấy khô (24h), cân mẫu đất khô; xác định độ ẩm - Lấy đất chỏm cầu ra, trộn cho bốc bớt nước, làm lại TN - Làm TN tương tự khoảng 3-4 lần, xác định số lần rơi Ni-1 < 25 < Ni 2.4.2 TN giới hạn dẻo: - Lấy phần đất dư từ TN giới hạn nhão, trộn đều, bốc hết nước - Sau dùng tay ve tròn thành lăn (dùng đầu ngón tay để lăn) Khi thấy que đất d = mm bắt đầu nứt đem mẫu đất cân, sấy khơ để xác định độ ẩm (Nếu d > mm, nứt thêm nước; d < mm, chưa nứt gấp lại xe tiếp) Đối với TN dẻo làm lần song song lấy kết trung bình; sai số lần TN < 2% 2.5 Tính tốn kết - Xác định giới hạn nhão: vẽ biểu đồ quan hệ w ~ logN; wL tương ứng với w N = 25 - xác định giới hạn dẻo trung bình cộng kết TN dẻo w wL 25 Biểu đồ xác định giới hạn nhão - Xác định số nhão (độ sệt): I L ( B) = w − wP wL − wP - Xác định số dẻo: IP (A) = wL – wP * Xác định tên trạng thái đất theo TCVN: - 11 - Log N Chỉ số nhão IL(B) IL > ≤ IL ≤ IL < Trạng thái đất Chỉ số dẻo IP (A) ≤ IP ≤ 7 < IP < 17 IP > 17 Nhão, loãng, sệt Dẻo Cứng Tên đất Đất cát pha sét Đất sét pha cát Đất sét Ngoài giới hạn cho đất dính chia ra: Chỉ số nhão IL (B) 1 Trạng thái đất Cứng Nửa cứng Dẻo cứng Dẻo mềm Dẻo nhão Nhão * Xác định tên trạng thái đất theo ASTM: + Tên (phân loại) dựa theo wL, IP đường A = 0,73 (wL – 20) + Trạng thái: IL < : Trạng thái cứng IL = - : Trạng thái dẻo IL > : Trạng thái chảy Chỉ số dẻo IP 60 Đất sét dẻo CH IP = 0,73(WL-20) Đất sét dẻo CL 20 Đất hữu dẻo MH Đất hữu dẻo OH Đất bụi ML đất hữu dẻo OL CL-ML 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Giới hạn chảy wL Giản đồ Cassagrande V/ Nhận xét SV * Chú ý: - Xác định loại đất dựa vào tiêu chuẩn ASTM: Gọi tên ghi kí hiệu đất; xác định trạng thái - 12 - đất - Nếu xác định loại đất dựa vào TCVN: Trong thí nghiệm dùng dụng cụ Casagrande để xác định giới hạn nên muốn đánh giá đất theo TCVN ta chuyển đổi giá trị giới hạn dẻo giới hạn nhão cho phù hợp với qui phạm VN wL = a wC – b Trong wL; wC giới hạn chảy theo Vaxilieve Cassagrande A = 0, 73 ; b = 6,47% ứng với đất có giới hạn chảy từ 20% – 100% Giới hạn nhão từ TN Cassagrande - 13 - BÀI 3: THÍ NGHIỆM ĐẦM CHẶT (COMPACTION TEST) 3.1 3.2 Tiêu chuẩn áp dụng : 4201 -1995 Mục đích: - Những cơng trình như: đắp đường, nhà, đê, đập, sân bay, cơng trình san lắp, hay cơng trình tương tự cần phải lu lèn hay đầm chặt trước thiết kế cần phải xác định dung trọng khơ γ max wopt để tối ưu hóa cho cơng tác lu lèn - Những cơng trình thi công (đã lu lèn) cần phải kiểm tra chất lượng độ chặt nền; cần phải TN đầm chặt để xác định hệ số đầm chặt k - Mục đích việc đầm chặt: + Làm giảm độ lún cơng trình tương lai + Làm tăng khả chịu tải đất + Làm tăng sức chống cắt đất + Làm giảm độ thấm nước qua cơng trình 3.3 Dụng cụ thí nghiệm: - Khuôn Proctor tiêu chuẩn V = 944 cm3 - Búa dầm (độ rơi h = 30,48 cm = 12 in, Q = 2,5 kg) - cân lớn (cân kl đất + khuôn), cân nhỏ (xác định độ ẩm) - Dụng cụ chia đất, muỗng xúc đất, dao gạt đất, dụng cụ xác định độ ẩm, … 3.4 Thí nghiệm: - Làm khô mẫu đất sấy khô t < 500C, dùng chày để làm tơi đất, cho lọt qua rây N4, lấy khoảng kg đất - Sau thêm nước vào trộn Cách thêm nước: 0,01Q ( w − wh ) + 0,01 w Trong đó: q: lượng nước phun thêm (g) w: độ ẩm yêu cầu (%) wh: độ ẩm đất trước phun thêm nước q= (%) Q : trọng lượng đất trước phun thêm nước (w – wh): độ tăng độ ẩm (khoảng 2-3%) - Cân trọng lượng khuôn, dùng muỗng xúc đất đổ vào khuôn, chia thành lớp, lớp đầm n chày phân bố khuôn + Đất cát & cát pha sét : n = 25 + Đất sét pha cát & sét có Ip < 30 : n = 30 – 40 + Đất sét có Ip > 30 : n = 40 – 50 * Cơng đầm: (N.cm/cm3) nmgh 10 Fa Trong đó: n: số lần đầm lớp m: khối lượng búa đầm (2,5 kg) g: = 981 cm/s2 h: chiều cao rơi = 30,48 cm f: diện tích mặt cắt ngang khn (cm2) A= - 14 - a: chiều dày lớp đất đầm (cm) - Dùng dao gạt phía trên, cân trọng lượng khuôn đất (G) - Lấy mẫu đất khỏi khuôn - Lấy mẫu đất lớp đầm để xác định độ ẩm (cân trọng lượng long mẫu, sấy khô, cân lại trọng lượng lon mẫu đất khô => xác định độ ẩm) - Làm tơi mẫu đất thêm nước vào ( độ tăng độ ẩm 2-3%) lập lại TN - Cứ thế, lặp lại TN đến cân thấy trọng lượng đất khuôn giảm hay tốc độ tăng (đất + khuôn) < tốc độ tăng độ ẩm 3.5 Tính tốn kết quả: -Trong q trình TN, xác định dung trọng ẩm γ = Q / Vkhuôn γ - Xác định dung trọng khô ứng với lần TN γ d = + 0,01 w - Vẽ biểu đồ quan hệ w γ d , từ xác định γ max wopt γd Đường bảo hòa γ d.max Đường cong đầm chặt w wopt Đường cong đầm chặt đất * Vì khó làm khơng khí hết khỏi lỗ rỗng, điều kiện để dạt độ bão hòa S = 100%, đường cong đầm nện luôn nằm đường cong bảo hòa * Kiểm tra ‘độ rỗng’ Gs γ d max = (1 − Av ) + 0,01 w Gs Gs : tỉ trọng hạt Av : độ rỗng lại cho phép (4 – 5%) * Kiểm tra đường bảo hòa: ρs γ d ( sat ) = ρ + 0,01 w s ρw Trong đó: ρs : khối lượng riêng hạt (soil) ρw : khối lượng riêng nước 3.6 Nhận xét SV: - 15 - * Chú ý: Xác định hệ số đầm chặt K = γ d (ct) / γ d.max (tn) γ d (ct) xác định pp dao vòng sand cone trường, γ d.max (tn) xác định TN Proctor hay Modified Proctor phòng TN Tùy thuộc vào hạng mục cơng trình mà hệ số k thiết kế theo yêu cầu từ 0,9 – 0,95 Biểu đồ đường cong đầm chặt - 16 - BÀI THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP (DIRECT SHEAR TEST) I/ Mục đích - Thí nghiệm cắt trực tiếp để xác định đặc trưng độ bền đất (tính chất học; c, ϕ), từ đánh giá: Sức chống cắt đất: S = σ tanϕ + c Khả chịu tải đất nền: m m R = ( Abγ + B γ 'h + D c) K tc Trong A, B, D hệ số phụ thuộc vào c, ϕ - Ngồi c, ϕ xác định TN khác: + Nén đơn (Unconfined compression test): áp dụng cho đất dính, đơn giản, cho kết trực tiếp, mặt phá hoại mặt yếu + Cắt trực tiếp (Direct shear test): áp dụng cho đất dính đất rời, đơn giản, cho kết trực tiếp, mặt phá hoại mặt nằm ngang thớt hộp cắt ấn định trước + Nén trục (Triaxial compression test): áp dụng cho loại đất, thí nghiệm phức tạp cho đầy đủ tiêu, có pp TN; Undrains – Unconsolidation (UU), Undrains – Consolidation (CU), Drains – Consolidation (CD) II/ Dụng cụ thí nghiệm - Máy cắt trực tiếp - Dao vòng (để tạo mẫu đất thí nghiệm) - Đồng hồ đo chuyển vị ngang, đồng hồ đo ứng lực ngang; 2/1000 mm:1 vạch = 0,002 mm – đh đo ứng lực ngang, 1/100 mm: vạch = 0,01 mm – đh đo chuyển vị ngang - Đồng hồ đo chuyển vị đứng (chỉ sử dụng dùng để cắt cố kết) - Dao, bình nước, cân dùng làm tỷ trọng - Mẫu đất nguyên dạng chế bị III/ Thí nghiệm - Cắt mẫu đất (dày 30 cm) cho lần thí nghiệm với cấp tải trọng khác - Bôi trơn nhớt vành hộp cắt - Dùng dao vòng ấn vào mẫu đất gạt hai mặt - Đặt mẫu đất vào hộp cắt đá bọt khóa chốt cẩn thận - Đặt hộp cắt vào máy cắt, điều chỉnh đồng hồ 0, lấy chốt hộp cắt - Đặt tải trọng đứng theo với cấp tải - 17 - - Cho máy cắt mẫu bị phá hoại; ghi lại giá trị (τ) ứng với lúc đồng hồ đo ứng lực ngang đạt giá trị max * Hệ số máy (hệ số vòng lực) 0,004 σ = 0,5 kg/cm2 => cân 1,6 kg σ = 0,75 kg/cm2 => cân 2,37 kg σ = kg/cm2 => cân 3,12 kg σ = kg/cm2 => cân 6,24 kg IV/ Tính tốn kết - Vẽ biểu đồ quan hệ τ (kg/cm2) σ (kg/cm2) τ (kG/cm2) τ = σ tanϕ + c ϕ c σ (kG/cm2) Quan hệ lực cắt áp lực thẳng đứng - Xác định giá trị c ϕ n tan ϕ = n c= ∑τ i i =1 n n i =1 i =1 n ∑ (τ i σ i ) − ∑ τ i ∑ σ i i =1 n ∑σ i − ∑σ i i =1 i =1 n n n n i =1 i =1 ∑σ i − ∑σ i n n ∑σ i i =1 n ∑ (τ i =1 n − ∑σ i i =1 i σi) Chúng ta dùng hàm LINEST Excel để tính tốn tanϕ=LINEST(τ1:τ3,σ1:σ3,1) ϕ=DEGREES(ATAN(tanϕ)) c=IF ((1/3)*(( τ1+τ2+τ3)-tanϕ(σ1+σ2+σ3))>0,(1/3)*(( τ1+τ2+τ3)-tanϕ(σ1+σ2+σ3)),0) Chuyển kết thập phân ϕ sang giá trị độ - 18 - Phút => =((ϕ-INT(ϕ))*60 Độ + phút => =CONCATENATE(ROUND(độ,0),“o”,ROUND(phút,0),”’”) KEÁ T QUAÛ tgϕ = 0.3992 = 22° 46' ϕ C = 5.003 kPa Biểu đồ quan hệ lực cắt áp lực thẳng đứng để xác định c, ϕ V/ Nhận xét SV - 19 - BÀI THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT (CONSOLIDATION COMPRESSION TEST) I/ Mục đích - Thí nghiệm nén cố kết để xác định đại lượng: hệ số nén lún a, hệ số thay đổi thể tích m v, số nén lún cc, số nở cs, modul biến dạng E, hệ số cố kế c v, hệ số thấm k, hệ số rỗng ứng với cấp tải, … để phục vụ cho cơng việc tính tốn biến dạng (lún) đất - Tính nén lún đất q trình giảm thể tích lỗ rỗng hay gọi q trình nén chặt đất Dưới tác dụng tải trọng hạt rắn sếp lại, thể tích lổ rỗng giảm, đất nén chặt - Khi tải trọng đặt lên đất nước lổ rỗng đất tiếp thu có xu hướng từ lổ rỗng đất Q trình thoát nước lổ rỗng xảy ra, áp lực nước lổ rỗng có xu hướng giảm, áp lực hữu hiệu tăng dần Đến thời điểm nước ngoài, lúc hạt đất chịu toàn áp lực tải trọng Hiện tượng nén chặt đất thoát nước chậm từ lổ rỗng đất gọi trình cố kết II/ Dụng cụ thí nghiệm - Máy nén cố kết - Dụng cụ tạo mẫu (dao vòng: chiều cao cm, diện tích mặt cắt ngang 20 cm2; dụng cụ gọt mẫu, dùng dây cắt mẫu đất sét mềm) - Đồng hồ bấm giây, tải trọng tạo áp lực đứng, cân, lò sấy, … III/ Thí nghiệm - Dùng dao vòng dụng cụ gọt mẫu để lấy mẫu từ mẫu đất nguyên dạng - Cho mẫu đất lấy vào hộp nén đá bọt - Đặt hộp nén vào máy nén - Điều chỉnh đồng hồ vị trí - Cân cánh tay đòn thủy kế - Chất tải trọng theo cấp: 0,25; 0,5; 1; 2; kg/cm … Mỗi cấp tải tác dụng lên mẫu giữ đạt ổn định biến dạng nén (Biến dạng không vượt 0,01 mm 30 phút đất cát, đất cát pha, 12 đất sét pha đất sét có số dẻo I P < 30 Riêng với đất sét có I P > 30 đất sét mềm yếu biến dạng coi ổn định biến dạng không vượt 0,01 mm 24 giờ) - Theo dõi ghi biến dạng nén đồng hồ đo biến dạng cấp tải trọng sau 15s tăng tải đến biến dạng ổn định theo qui ước Khoảng thời gian đọc lần sau lấy gấp đôi so với lần đọc trước: 15s, 30s, 1m, 2m, 4m, 8m, 15m, … 1h, 24h - Sau biến dạng mẫu đất ổn định cấp áp lực cuối tiến hành giở tải Nguyên tắc giở tải giống lúc đặt tải giở cấp thứ tự: 4; 2; 1; 0,5; 0,25 kg/cm Đo lại chuyển dịch đồng hồ đo biến dạng * Chú ý: - 20 - Để cho đất bảo hòa cần phải đổ nước đầy hộp nén q trình thí nghiệm Cũng cần ý không cho đất nở thấm nước vào hộp nén Nếu đồng hồ đo biến dạng chuyển dịch thêm nước chứng tỏ mẫu bị nở, lúc phải chỉnh lại vít hãm để đưa trở vị trí ban đầu Số đọc đồng hồ 1/100 mm IV/ Tính tốn kết 1- Tính hệ số rỗng ban đầu - Mẫu đất trước nén (lấy phần dư) phải thí nghiệm đặc trưng vật lý (γ , w, Gs), từ xác định hệ số rỗng ban đầu: G γ (1 + 0,01 w) e0 = s w −1 γ γ w : dung trọng nước γ : dung trọng (tự nhiên) hạt 2- Tính hệ số rỗng ứng với cấp áp lực - Sự thay đổi hệ số rỗng ∆e ứng với cấp áp lực: ∆hn−1, n ∆h ∆e = (1 + e ) ∆e n−1, n = (1 + e n−1 ) h0 hn−1 Với ∆h biến dạng mẫu đất cấp tải n (tính mm) - Hệ số rỗng mẫu đất tương ứng với cấp áp lực en = e0 – ∆en 3- Vẽ biểu đồ quan hệ - Dựa vào số liệu thí nghiệm tính tốn lập thành bảng, vẽ đường nén lún theo trục e-P e-logP - 21 - Biểu đồ quan hệ e-P Biểu đồ quan hệ e-logP (nén dở tải) 4- Tính đại lượng - Tính số nén cc: cc = e n−1 − e n log Pn − log Pn−1 - Tính hệ số nén lún a (cm2/kG) tương ứng với cấp tải: - 22 - a n−1, n = e n−1 − e n Pn − Pn−1 (có thể dựa vào đường e-logP để tính a: a v = 0,435 c c , với P = (Ptrước + Psau)/2 ) P - Modul biến dạng E (kG/cm2): E n−1, n = β + e n−1 , với a n−1, n β =1− 2µ2 1− µ µ: hệ số nở hơng phụ thuộc vào loại đất Đất cát Đất cát pha sét Đất sét pha cát Đất sét = = = = 0,25 – 0,3 0,2 – 0,3 0,33 – 0,37 0,38 – 0,45 - Tính hệ số cố kết cv : có phương pháp để tính a Phương pháp logt - Vẽ đường cong quan hệ chuyển vị (số đọc đồng hồ) logt - Xác định D100 t100 cách: + Vẽ tiếp tuyến với đoạn đường cong + Vẽ tiếp tuyến với đoạn cuối đường cong + Từ giao điểm hai tiếp tuyến, chiếu lên hai trục tính D100 t100 - Xác định D0 + Chọn t1 (thường 15 giây) t2 = t1 (1 phút) Tại t1 vẽ đường song song trục logt phía đọan (Dt2 – Dt1), đường cắt trục tung D0 - Xác định D50 , từ suy t50 D50 = D0 + D100 - Hệ số cố kết cv xác định: 0,197 H cv = t 50 H: chiều cao đường thấm (bằng 1/2 chiều cao D50) H= ( H n−1 + H n ) 2 - Tính hệ số thấm k: k= cv ρ w a e tb - 23 - ρw : khối lượng riêng nước (0,001 kG/cm3) etb = (en-1 + en)/2: hệ số rỗng trung bình hai cấp áp lực D0 D50 D100 Xác định hệ số cố kết cv theo pp logt b Phương pháp t - Để dễ tính tốn dễ vẽ ta nên đọc chuyển vị lún thời điểm 1m, 4, 9, 16, …, ( t ) m - Vẽ đường cong quan hệ chuyển vị t - Vẽ đường thẳng qua điểm nằm thẳng hàng (gần tiếp tuyến với đoạn cong) cắt trục tung D0 (điểm xem U = 0), cắt trục hồnh điểm có tọa độ x - Vẽ đường thẳng qua D0 cắt trục trục hoành điểm có tọa độ 1,15x cắt đường cong điểm D90 Từ D90 chiếu xuống trục hồnh có t90 - Hệ số cố kết cv xác định: cv = 0,848 H t 90 - 24 - t D0 D90 t90 Xác định hệ số cố kết cv theo pp t V/ Nhận xét SV * Chú ý: - Phương pháp logt sử dụng cho loại đất hạt mịn trạng thái mềm, nhão - Phương pháp t dùng cho đất trạng thái dẻo mềm, cứng (đất sét pha, sét trạng thái cứng) - 25 - ... trục (Triaxial compression test): áp dụng cho loại đất, thí nghiệm phức tạp cho đầy đủ tiêu, có pp TN; Undrains – Unconsolidation (UU), Undrains – Consolidation (CU), Drains – Consolidation (CD)... hòa γ d.max Đường cong đầm chặt w wopt Đường cong đầm chặt đất * Vì khó làm khơng khí hết khỏi lỗ rỗng, điều kiện để dạt độ bão hòa S = 100%, đường cong đầm nện luôn nằm đường cong bảo hòa * Kiểm... vòng sand cone trường, γ d.max (tn) xác định TN Proctor hay Modified Proctor phòng TN Tùy thuộc vào hạng mục cơng trình mà hệ số k thi t kế theo yêu cầu từ 0,9 – 0,95 Biểu đồ đường cong đầm chặt