Bài giảng cơ học đất đại học thủy lợi

CƠ HỌC ĐẤT NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CÔNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT Nội dung z Lý thuyết bao gồm chương: Tính chất vật lý đất Tính chất học đất Xác định ứng suất đất Sức chịu tải Móng nơng Áp lực đất lên tường chắn Xác định độ lún cơng trình z z Bài tập CHĐ Thí nghiệm CHĐ NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT Mở đầu Khái quát Cơ Học Đất Khái niệm môn học & đối tượng môn học z Vị trí Cơ học đất môn học ƒ Là học vật thể phân tán-tự nhiên ƒ Là phận Địa Cơ Học tổng quát ƒ Là ngành học ứng dụng Địa Cơ Học tổng quát bao gồm: z Địa động lực (Tổng quát & Khu vực) z Cơ học đá (Đá khối kết tinh & Đá nứt nẻ) z Cơ học đất z Cơ học khối hữu (bùn, than bùn) NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CÔNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH z CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT Các sở để xây dựng môn học đất ƒ Các định luật Cơ học lý thuyết (cơ học vật thể hồn tồn khơng biến dạng) ƒ Các định luật Cơ học cơng trình (nghiên cứu vật thể liên tục có tính biến dạng) : định luật đàn hồi, dẻo, từ biến Các định luật học chất lỏng ƒ Các định luật mô tả tính chất học đất đặc tính phân tán gây : z Tính ép co z Tính biến dạng cấu trúc pha z Tính thấm nước z Tính chống trượt tiếp xúc NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT Mở đầ đầu: (tiế (tiếp) z Đối tượng nghiên cứu học đất ƒ Đất rời tự nhiên đối tượng nghiên cứu học đất ƒ Đất tất sản phẩm phong hóa lớp vỏ đá bao quanh trái đất Chúng gồm vô số hạt rắn riêng rẽ khơng gắn kết có gắn kết, nhiên độ bền liên kết nhỏ nhiều lần độ bền hạt khống Vì người ta coi đất vật thể tự nhiên - phân tán (đặc điểm làm đất khác với đá khối, bê tông…) NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT ƒ Tầng phong hóa nói chung phân thành lớp : z Lớp đất tự nhiên gọi đất trồng trọt Loại đất đối tượng nghiên cứu môn thổ nhưỡng học z Lớp đất khoáng, vật liệu phân tán tự nhiên – gọi đất xây dựng, đối tượng nghiên cứu học đất NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT Mở đầ đầu: (tiế (tiếp) Ý nghĩa nội dung môn học z z Trong xây dựng, Đất đóng vai trị lớn, cơng trình liên quan chặt chẽ với đất: ƒ Đối với cơng trình xây đất đất giữ vai trị Nền; ƒ Với cơng trình làm đất đất vật liệu xây dựng (đê, đập, đường…) ƒ Với cơng trình xây đất đất mơi trường xây dựng (các cơng trình ngầm, đường hầm, đường tầu điện ngầm …) Vì nói đất xây dựng Cơng trình Bộ phận cơng trình Nếu khơng có kiến thức ngun lý học đất khơng thể thiết kế đảm bảo cho cơng trình làm việc an toàn, bền vững lâu dài NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT Chương TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT §1.1 Các pha hợp thành đất & tác dụng tương hỗ chúng Một khối đất nói chung bao gồm: z ƒ Pha rắn: hạt nhỏ có thành phần khống vật khác ƒ Pha lỏng: nước chiếm tồn phần thể tích rỗng; ƒ Pha khí: chiếm tồn phần thể tích rỗng → Thể tích tổng Vt khối đất bao gồm thể tích phần hạt rắn Vs thể tích phần rỗng Vv z Từ ta sâu nghiên cứu tính chất pha: NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT Hình 1.1 CƠ HỌC ĐẤT Chương I: I: Tính chấ chất Vậ Vật lý củ đấ đất A Pha rắn: ƒ Bao gồm hạt khoáng vật (thường gọi hạt đất), có kích thước thay đổi phạm vi lớn, từ khoảng 200 mm xuống đến kích thước hạt keo, tạo thành khung kết cấu đất (cốt đất) ƒ Tính chất đất phụ thuộc thành phần khống vật, hình dạng kích thước hạt I Thành phần khoáng vật đất: ƒ Thành phần khoáng vật đất chủ yếu phụ thuộc vào thành phần đá gốc tác dụng phong hóa đá Cùng loại đá gốc, tác dụng phong hóa khác cho thành phần khống khơng giống nhau, ảnh hưởng khác tới tính chất vật lý học đất - Ví dụ: Phenpat phong hóa mơi trường axit tạo thành Môngmôrilônit, môi trường kiềm lại tạo thành Kaolinit NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CÔNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 10 Chương I: I: Tính chấ chất Vậ Vật lý củ đấ đất Các khống vật có đất: - KV nguyên sinh: thường gặp phenpat, thạch anh, mica Đất có hạt khống thường có kích thước lớn (Vd cát) - KV thứ sinh: chia loại z KV khơng hịa tan nước: thành phần chủ yếu hạt sét gọi KV Sét (kích thước < 0,005 mm, < 0,002 mm) – có cấu trúc phân tử dạng phiến, dạng kim, sợi; khác hoạt tính keo bề mặt ƒ Các khoá khoáng vậ vật sé sét thườ thường gặ gặp: Monmorilonit, Ilit, Kaolinit ƒ Các khoá khoáng vậ vật sé sét khác: Haloizit, Clorit, Vecmiculit, Atapungit, đối phổ biến, thí dụ: khống vật Monmorolit KV hỗ hỗn hợ hợp (Tương ( pha trộn với Clorit Inlit) z KV hòa tan nước: Canxit, mica trắng, thạch cao, đolomit … NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CÔNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 11 Chương I: I: Tính chấ chất Vậ Vật lý củ đấ đất Ảnh hưởng thành phần KV tới tính chất đất: z z Đối với nhóm hạt có kích thước lớn: thành phần KV ảnh hưởng khơng nhiều tới tính chất lý đất Đối với nhóm hạt có kích thước nhỏ: thành phần KV đóng vai trị chủ yếu định tính chất lý đất (vì hoạt tính keo phát huy đầy đủ) KV khác hoạt tính keo bề mặt khác nhau, có tính chất khác Ví dụ: đất chứa Kaolinit, dẻo chứa Mongmorilonit; đất chứa nhiều Mongmorilonit có tính co nở nhiều chứa Kaolinit NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CÔNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 12 Chương 2: Tính chấ chất Vậ Vật lý củ đấ đất z Pha rắn (tiếp) II Thành phần cấp phối đất: z Khái niệm nhóm hạt thành phần cấp phối hạt đất: ƒ NHÓM HẠT: - Kích thước hạt đất ảnh hưởng tới tính chất đất Tuy nhiên, đất tự nhiên nói chung hỗn hợp vơ số hạt có kích thước khác nhau, thực tế khó xác định ảnh hưởng kích thước hạt đất mà xác định ảnh hưởng tập hợp hạt có kích thước nằm phạm vi quy định – gọi nhóm hạt - Nhóm hạt khác ảnh hưởng khác tới tính chất đất - Bảng thể phạm vi kích thước nhóm hạt (cỡ hạt) theo tiêu chuẩn Mỹ, Anh Việt nam NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 13 CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 14 ASTM – Hội Kiểm tra Vật liệu Mỹ (1980) AASHTO – Hiệp hội Giao thông Đường Liên bang (1978) USCS – Hệ thống phân loại đất thống (Cục cải tạo Hoa Kì, 1974, Hội kĩ thuật quân đội Hoa Kì, 1960 ) TC Anh M.I.T – Viện Cơng nghệ Masachusett (Taylor, 1948) TCXD - VN Hình 1.2 NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH Chương I: I: Tính chấ chất Vậ Vật lý củ đấ đất ƒ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI HẠT CỦA ĐẤT: - Tính chất đất khơng phụ thuộc có mặt nhóm hạt mà cịn phụ thuộc vào lượng chứa chúng: nhóm hạt có mặt đất với lượng chứa q nhỏ khơng gây tác động đáng kể tới tính chất đất; lượng chứa lớn gây ảnh hưởng rõ rệt - Hàm lượng cỡ hạt: Lượng chứa nhóm hạt tính phần trăm (%) khối lượng mẫu đất khơ: Hàm lượng cỡ hạt (%) = Khối lượng nhóm hạt x 100 Khối lượng mẫu đất khô (1.1) - Cấp phối hạt: Tập hợp hàm lượng tất cỡ hạt chứa loại đất Xác định thành phần cấp phối đất NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 15 ƒ Xác định thành phần cấp phối đất z z z Để xác định thành phần cấp phối hạt loại đất người ta phải làm thí nghiệm gọi thí nghiệm phân tích hạt (phân tích học đất) Lỗ rây TCVN (mm) Thường dùng phương pháp tùy thuộc cỡ hạt: Đối với hạt cỡ lớn, d > 0,1 mm (Mỹ: d > 0,075 mm) dùng phương pháp rây - với d đường kính tương đương Đối với hạt cỡ nhỏ, d ≤ 0,1 mm (Mỹ: d ≤ 0.05 đến 0.075mm) thích hợp với phương pháp tỷ trọng kế Số rây Lỗ rây TCMỹ TCMỹ (mm) 10 4.75 10 2.00 20 0.85 40 0.425 0,5 60 0.25 0,25 100 0.15 0,1 140 0.106 200 0.075 Phương pháp rây: Bộ rây tiêu chuẩn: Giới thiệu hai rây TC Việt nam & Mỹ NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 16 Chương I: I: Tính chấ chất Vậ Vật lý củ đấ đất ƒ Thực hiện: – Xếp rây có kích thước lỗ rây giảm dần từ xuống – Cho mẫu đất qua rây cách lắc kỹ toàn rây lắc cho rây riêng biệt – Xác định khối lượng đất cịn lại rây tính phần trăm tích lũy khối lượng mẫu qua rây Hình 1.3 NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 17 Chương I: I: Tính chấ chất Vậ Vật lý củ đấ đất z Phương pháp tỷ trọng kế: ƒ Đối với hạt cỡ nhỏ phương pháp rây khơng thể tách nhỏ cỡ hạt; dùng phương pháp lắng đọng hạt dung dịch huyền phù (thường nước) ƒ Phương pháp dựa định luật Stoke: Trong dung dịch đồng đẳng hướng vô hạn, tốc độ lắng đọng (v) trọng lượng hạt hình cầu xác định theo biểu thức sau: v= (γ h − γ n ) d 18η (1.2) Hình 1.4 NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 18 Chương I: I: Tính chấ chất Vậ Vật lý củ đấ đất v= (γ h − γ n ) d 18η (1.2) Trong đó: v - tốc độ chìm lắng hạt γh - trọng lượng riêng hạt (g/cm³) γn - trọng lượng riêng dung dịch (0,98g/cm³) η - hệ số nhớt dung dịch ( dyn-giây/cm²) d – đường kính hạt hình cầu (cm) ƒ Nếu biết khoảng cách chìm lắng L thời gian chìm lắng tương ứng t , từ cơng thức tính đường kính hạt sau: ⎡ 18 ηL ⎤ d=⎢ ⎥ ⎣ (γ h − γ n )t ⎦ (1.3) NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CÔNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH Hình 1.5 CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 19 Chương I: I: Tính chấ chất Vậ Vật lý củ đấ đất ƒ Từ ba trị số ti , Ni , Li tìm đường kính di lượng chứa hạt nhỏ di tính phần trăm trọng lượng mẫu đất thí nghiệm Biểu diễn thành phần cấp phối đất ƒ Tiến hành phân tích thành phần hạt mẫu đất rây kết hợp tỷ trọng kế nhận kết hình 1.3 ƒ Hệ tọa độ đường cong cấp phối hạt: Trục tung: biểu thị lượng chứa phần trăm (X %) hạt nhỏ đường kính đó, Trục hồnh: biểu thị đường kính hạt d (mm) trục hồnh dùng toạ độ log để dễ dàng biểu thị cỡ hạt có đường kính lớn nhỏ khác nhau, chí chênh hàng nghìn lần, từ hạt thơ đến hạt vơ bé ƒ Thơng thường, trục hồnh biểu thị đường kính hạt d (mm) giảm theo chiều mũi tên trục NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CÔNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 20 ƒ Thí nghiệm thả nón xun dùng để xác định giới hạn chảy (Hansbo, 1957) Thí nghiệm cho kết thích hợp thiết bị Casagrande, đặc biệt với đất sét Thụy Điển, có phần đơn giản nhanh sử dụng ƒ Giới hạn chảy theo thí nghiệm nón xun: độ ẩm đất tương ứng với độ xuyên 20 mm giây Hình 1.25: Biểu đồ xác định LL Hình 1.24: Sơ đồ thiết bị nón xun xác định giới hạn chảy [theo R.Whitlow] NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 67 CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 68 ƒ Giới hạn dẻo (LP) độ ẩm mà que đất bắt đầu đứt gãy lăn đất đạt đường kính 3mm Đất đứt gãy thành đoạn có độ dài từ 3mm đến 10mm Hình 1.26 NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH ƒ Nếu que đất lăn đến đường kính nhỏ hơn, đất ướt (ở giới hạn dẻo); đất đứt gãy trước đạt đường kính 3mm độ ẩm nhỏ giới hạn dẻo ƒ Thí nghiệm x/đ LP mang tính ngẫu nhiên hơn, đòi hỏi vài thực nghiệm để đạt độ sệt lặp lại kết z Các giá trị đặc trưng LL & PL: Giới hạn chảy (LL): thường < 100 Giới hạn dẻo (PL): thường < 40 NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH z CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 69 Các số khác : Chỉ số dẻo : PI = LL – PL (1.28) z PI : Phạm vi độ ẩm cho trạng thái dẻo z PI dùng để phân biệt đất sét với đất bụi Chỉ số chảy (Độ sệt tương đối) : LI = w n − PL PI (1.29) wn = độ ẩm tự nhiên LI > ≤ LI ≤ LI < z Đất trạng thái chảy Đất trạng thái dẻo Đất trạng thái rắn Với đất có tính dẻo cao (PI lớn, đất sét) trạng thái dẻo chia nhỏ NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH Hình 1.27: Ứng xử ứng suất-biến dạng CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 70 §1.3 Phân loại đất I Mục đích vai trị phân loại đất Đất loại có tính chất tương tự nhau, cơng tác phân loại đất nhằm thống khái niệm hiểu biết loại đất Từ xác định phương pháp nghiên cứu thích hợp (về lý thuyết thực nghiệm), đánh giá đất phù hợp với thực tế khách quan Giữa tính chất đất Hệ thống phân loại (HTPLĐ) có mối quan hệ mật thiết Do đó, biết cách phân loại đất, người kỹ sư hiểu tương đối xác đặc trưng đất trình xây dựng, trình chịu tải hay hoàn cảnh kỹ thuật khác HTPLĐ có vai trị ngơn ngữ chung giúp cho nhà khoa học dễ dàng trao đổi học hỏi kinh nghiệm lẫn NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 71 Giới thiệu số Hệ thống Phân loại Đất n USCS - Hệ thống phân loại đất thống (Unified Soil Classification System) Dùng chủ yếu quan trực thuộc Chính phủ (các đơn vị quân đội, Cục nội vụ, Vụ khai hố), cơng ty tư vấn địa kỹ thuật phịng thí nghiệm Với số thay đổi nhỏ, hệ thống sử dụng tương đối rộng rãi Anh số nước khác o AASHTO - Hệ thống phân loại hiệp hội Đường liên bang giao thông vận tải Mỹ (American Association of State Highway and Transportation Officials) Dựa vào việc quan trắc đặc trưng đất xây dựng đường giao thông, sử dụng Cục giao thông đường Mỹ p Hệ thống phân loại đất Việt nam: TCXD 45-78 TCVN 5447-1993 NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 72 II Hệ thống phân loại đất USCS Thường dùng xây dựng dân dụng (xây dựng đập, móng cơng trình xây dựng khác) Được phát triển Casagrande (1948, 1952) Ba nhóm đất xét gồm: • Đất hạt thơ, • Đất hạt mịn, • Đất hữu Cơ sở phân loại: • Đất hạt mịn phân loại dựa vào tính dẻo (sử dụng tiêu giới hạn Atterberg) • Đất hạt thô phân loại dựa vào đường cấp phối hạt (GSD PSD) (sử dụng phương pháp phân tích rây) NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 73 PHÂN CHIA CÁC NHÓM HẠT : Xác định đá tảng, cuội: Cho mẫu t qua rõy 75mm: Nhng ht > 300 mm ă ỏ tng Nhng ht 75mm - 300 mm ă cui Xác định đất hạt thô (cát hay dăm sỏi) & đất hạt mịn: dựa vào % lượng chứa lại trờn rõy 0.075 mm (No.200): > 50% ă t Ht Thụ, < 50% ă t Ht Mn, x phân loại dựa vào cấp phối hạt x phân loại dựa vào tính dẻo (tức giới hạn Atterberg) Đất hữu bùn: phân biệt dễ dàng mắt thường NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 74 II USCS (tiếp) PHÂN LOẠI ĐẤT HẠT THÔ Đất hạt thô phân loại dựa vào đường cấp phối hạt (GSD PSD) Đất hạt thô chia thành sỏi, sỏi pha, cát cát pha Lượng hạt trờn rõy No.4 (4.75 mm): > 50% ă Si, G (Gravels) < 50% ă Cỏt, S (Sands) (ngha > 50% lọt qua rây No.4) Sỏi cát tiếp tục phân chia thành nhóm nhỏ hơn, phụ thuộc vào cấp phối chất hạt: GW SW GP SP GM SM GC SC NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT II Đất Hạt Thô (tiếp) 75 USCS (tiếp) Kiểm tra đất Sỏi Cát có chứa lượng Hạt Mịn: Dưới rây 0.075 mm (No.200) < 5% x đất Sạch (Clean) > 12% x đất có Hạt Mịn (nghĩa pha Bụi Sét) Sỏi Cát ‘Sạch’ chia nhỏ khảo sát Đường cong Cấp Phối Hạt (Cu Cc): Cấp phối tốt, W Cấp phối kém, P x GW, SW x GP, SP Sỏi Cát ‘có Hạt Mịn’ chia nhỏ khảo sát Giới hạn Atterberg (LI, LL) NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 76 ƒ Đồ thị giới hạn đường A x hạt mịn bụi, M: Đất sỏi pha bụi x GM Đất cát pha bụi x SM ƒ Đồ thị giới hạn đường A x hạt mịn sét, C: Đất sỏi pha sét x GC Đất cát pha sét x SC Hình 1.28: Biểu đồ tính dẻo Casagrande, thể số loại đất NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 77 NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 78 II USCS (tiếp) PHÂN LOẠI ĐẤT HẠT MỊN z Để phân biệt đất Bụi, Sét Hữu ta dùng giới hạn Atterberg & Biểu đồ tính dẻo z Hai đường quan trọng Biểu đồ tính dẻo: 1) Đường A : → Phân tách Sét với Bụi & Hữu ƒ Giới hạn đường A x Sét - C ƒ Giới hạn đường A x Bụi - M, Hữu - O • Hữu nhận biết màu (sẫm), mùi, thay đổi LL, PL sau sấy khơ lị 2) Đường LL = 50 : → Phân tách đất có giới hạn chảy tương đối thấp (L) cao (H) ƒ LL < 50 x thấp, L (tính dẻo thấp) ƒ LL > 50 x cao, H (tính dẻo cao) NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT II Đất Hạt Mịn (tiếp): 79 CƠ HỌC ĐẤT USCS (tiếp) Hình 1.28 z Dựa hai đường này, ta thu tổ hợp sau đây: ƒ Sét : CL CH ƒ Bụi : ML MH ƒ Hữu : OL OH z Đường U thể miền đồ thị giới hạn PI LL đất z Các trường hợp đường biên: NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CÔNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 80 Các trường hợp đường biên: ƒ Giữa đất hạt thơ & hạt mịn: 45% < [cịn lại rây 0.075 mm] < 55% x dùng ký hiệu kép : GM-ML, GM-MH, SC-CL, SC-CH ƒ Giữa Đất Thô ‘Sạch’ ‘có Hạt Mịn’: 5% < [cịn lại rây 0.075 mm] < 12% x dùng ký hiệu kép : GW-GC, GP-GM, SW-SC, SP-SM Hình 1.29: Chỉ dẫn cho trường hợp phân loại đất đường biên NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 81 III Hệ thống phân loại đất AASHTO (Hiệp hội Đường liên bang giao thông vận tải Mỹ - American Association of State Highway and Transportation Officials) Trong năm 20 kỷ trước, Cục đường Mỹ đạo thực nghiên cứu mở rộng ứng dụng đất xây dựng đường giao thông Từ kết nghiên cứu, Hogentogler Terzaghi (1929) phát triển hệ thống phân loại đường Sau đó, hệ thống chỉnh sửa nhiều lần kể từ 1929 tới 1945 cuối trở thành hệ thống phân loại AASHTO (1978) Khả ứng dụng hệ thống phân loại mở rộng đáng kể; AASHTO hữu ích để xác định chất lượng tương đối đất cho số lĩnh vực liên quan khối đắp, lớp đất mặt, lớp đệm, đường NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 82 Tên nhóm hạt theo hệ thống AASHTO đưa bảng 1-5 Đá tảng cần loại trừ khỏi mẫu đất phân loại Hạt mịn phân loại là: hạt bụi PI < 10 hạt sét PI > 10 Bảng 1-5: Phân chia nhóm hạt sỏi, cát sét bụi theo AASHTO Nhóm hạt Đá lăn, đá tảng lớn 75 mm Đường kính hạt Dăm,Sỏi từ 75 mm tới rây No.10 (2.0 mm) Cát thô từ rây No.10 (2.0 mm) đến rây No.40 (0.425mm) Cát mịn từ rây No.40 (0.425 mm) đến rây No.200 (0.075mm) Bụi-sét (bao gồm bụi nhỏ 0.075 mm (No.200) sét) NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 83 AASHTO phân loại đất thành nhóm từ A-1 đến A-8, gồm vài tiểu nhóm Sự phân loại theo AASHTO dựa kết phân tích hạt qua sàng số 200, 40, 10 thí nghiệm chảy - dẻo Sự khác biệt nhóm hạt từ A-1 đến A-7 thể số nhóm GI Bảng 1-6: Phân loại Đất Cấp Phối Đất (theo hệ thống AASHTO) NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 84 AASHTO (tiếp) Vật liệu dạng hạt (Granular materials): (≤ 35% lượng hạt rây No.200) gồm nhóm A-1 ÷ A-3 nhóm A-1 có cấp phối tốt, nhóm A-3 đất cát sạch, cấp phối nhóm A-2 vật liệu dạng hạt, có chứa lượng đáng kể hạt bụi hạt sét Đất hạt mịn (fine-grained soils): (> 35% lượng hạt rây No.200) gồm nhóm A-4 ÷ A-7 Khác giới hạn Atterberg Hình 1.30 dùng để xác định phạm vi giới hạn chảy LL số dẻo PI cho nhóm A-4 ÷ A-7 nhóm A-2 NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 85 AASHTO (tiếp) Hình 1.30: Phạm vi giới hạn chảy số dẻo nhóm A - 4, A - 5, A - A - NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 86 AASHTO (tiếp) Chỉ số nhóm (GI - group index) dùng để đánh giá loại đất nhóm - Chỉ số nhóm xác định từ cơng thức kinh nghiệm, dùng trực tiếp phương pháp tốn đồ (Hình 1.31) (GI) = (F - 35)[0.2 + 0.005(LL - 40)] + 0.01 (F - 15)(PI - 10), đây: F = % lọt rây 0.075 mm, LL = giới hạn chảy, PI = số dẻo - Khi làm việc với nhóm A-2-6 A-2-7 Chỉ Số Nhóm Riêng (PGI) xác định từ PI - Khi số nhóm riêng kết hợp âm, số nhóm coi khơng NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT Phần trăm qua rây số 200 Câp phối tốt Cấp phối tốt Cấp phối trung bình Cấp phối xấu Cấp phối xấu Chỉ số nhóm riêng phần Chất lượng chung lớp đất thông qua số nhóm sau: GI = GI = 0÷1 GI = 2÷4 GI = 5÷9 GI = 10÷20 87 A-2-6 A-2-7 CƠ HỌC ĐẤT Chỉ số dẻo Giới hạn chảy Hình 1.31: Biểu đồ số nhóm (theo AASHTO, 1978) Hiệp hội đường cao tốc liên bang giao thơng thức, 1978 (Được phép sử dụng) Ví dụ: 82% qua rây 0.075 mm LL = 38 PI = 21 NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CÔNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT Khi đó: PGI = 8.9 cho LL PGI = 7.4 cho PI GI = 16 CƠ HỌC ĐẤT 88 AASHTO (tiếp) Việc phân loại đất theo hệ thống AASHTO khơng phức tạp: • Khi có số liệu cần thiết, ta cần từ trái sang phải bảng 3-6 tìm tên xác nhóm cách loại trừ • Tên xác đất tên nhóm từ trái qua phải thoả mãn số liệu thí nghiệm Tên nhóm bao gồm số nhóm (trong dấu ngoặc đơn), A-2-6(3), A-4(5), A-6(12), A-7-5(17), vv Ví dụ 1.3: ƒ Kết phân tích hạt tiêu giới hạn mẫu đất cho Bảng ƒ Yêu cầu: Phân loại đất theo hệ thống AASHTO NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CÔNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH Cỡ rây Mẫu Mẫu % hạt nhỏ cỡ rây No.4 99 23 No.10 96 18 No.40 89 No.100 79 No.200 70 LL 49 - PL 24 - PI 25 NP CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 89 AASHTO (tiếp) Bài giải Mẫu 1: ƒ Lượng hạt rây No.200: > 35% x theo bảng 3-6, thuộc nhóm A-4 Ỵ A-7 (hạt mịn) ƒ Do LL = 49 Œ đất A-5 A-7, với số dẻo PI = 25 x A-7 ƒ Căn vào hình 3.7, mẫu phân loại A-7-6 Mẫu 2: ƒ Lượng hạt rây No.200: < 35% x thuộc loại đất dạng hạt ƒ Tra bảng 3-6, từ trái sang phải, mẫu thoả mãn nhóm nên phân loại A-1-a NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 90 IV Hệ thống phân loại đất TCVN Bảng phân chia nhóm hạt theo TCXD 45-78 NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT Tiêu chuẩn phân loại đất rời NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 91 TCVN (tiếp) CƠ HỌC ĐẤT 92 ƒ Tính chất xây dựng đất rời phụ thuộc vào độ chặt, cấp phối độ ẩm đất Do vậy, đất rời, tên đất, cần xác định độ ẩm, độ chặt cấp phối đất theo dẫn ƒ Mức độ ẩm đất rời xác định theo Bảng 1.7 ƒ Độ chặt đất xác định theo hệ số rỗng e mẫu đất nguyên dạng độ chặt tương đối Dr (Đã đề cập mục Trạng thái vật lý đất rời) NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 93 TCVN (tiếp) Tiêu chuẩn phân loại đất dính Đất dính phân loại theo số dẻo A ( IP ): A = wL-wP Tên đất Chỉ số dẻo A Lượng chứa nhóm hạt sét (%) Đất sét A > 17 Lớn 30 Á sét 17 ≥ A > 30÷10 Á cát 7≥A≥1 10÷3 Chú thích bảng: 1.Khi đất dính có chứa hạt > 2mm tên đất bảng làm rõ sau: ƒ Nếu lượng chứa từ 12-25% khối lượng thêm từ “có” ƒ Nếu lượng chứa từ 25-50% khối lượng thêm từ “pha” 2.Khi đất chứa 50% khối lượng hạt > 2mm đất xếp vào loại đất hạt thô (bảng phân loại đất rời) NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 94 ƒ Mỗi loại đất dính cịn làm sáng tỏ khả chịu lực thông qua độ sệt tương đối (B LI, số chảy) đất ghi Bảng ƒ Trên đề cập tới hệ thống phân loại đất dùng làm cơng trình Với hệ thống phân loại đất chuyên ngành chẳng hạn dùng cho cơng trình xây dựng giao thơng đường bộ, cơng trình xây dựng đê đập sân bay v v đề nghị tham khảo tài liệu liên quan NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 95 Hết Chương NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 96 ... KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 67 CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 68 ƒ Giới hạn dẻo (LP) độ ẩm mà que đất bắt đầu đứt gãy lăn đất đạt đường kính 3mm Đất đứt gãy thành... ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 95 Hết Chương NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT... THUẬT ĐỊA KỸ CƠNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 23 NGUYỄN PGS TS NGUYỄN HỮU THÁIHỮU – NGÀNH THÁI –ĐỊA NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA KỸ CÔNG THUẬT TRÌNH CƠNG TRÌNH CƠ HỌC ĐẤT CƠ HỌC ĐẤT 24 Chương