Đất là hỗn hợp gồm 3 pha, pha rắn (hạt đất), pha lỏng (độ ẩm hay lượng nước chứa trong đất) và pha khớ. Dưới tỏc dụng của tải trọng đầm nộn, trong lớp vật liệu sẽ phỏt sinh súng ứng suất – biến dạng. Dưới tỏc dụng của ỏp lực lan truyền đú, trước hết cỏc hạt đất và màng chất lỏng bao bọc nú sẽ bị nộn đàn hồi. Khi ứng suất tăng lờn và tải trọng đầm nộn tỏc dụng trựng phục nhiều lần, cấu trỳc của cỏc màng mỏng sẽ dần dần bị phỏ hoại, cường độ của cỏc màng mỏng sẽ giảm đi. Nhờ vậy cỏc hạt đất cú thể di chuyển tới sỏt gần nhau, sắp xếp lại để đi đến cỏc vị trớ ổn định (biến dạng khụng hồi phục tớch luỹ dần), đồng thời khụng khớ bị đẩy thoỏt ra ngoài, lỗ rỗng giảm đi, mức độ bóo hồ cỏc liờn kết và mật độ hạt đất trong một đơn vị thể tớch tăng lờn và giữa cỏc hạt đất sẽ phỏt sinh cỏc tiếp xỳc và liờn kết mới. Kết quả là làm cho đất chặt lại, cường độ của đất tăng lờn, biến dạng của đất giảm.
Để đầm nộn đất cú hiệu quả thỡ tải trọng đầm nộn phải lớn hơn tổng sức cản đầm nộn của đất. Sức cản đầm nộn của đất bao gồm:
+ Sức cản cấu trỳc: sức cản này là do liờn kết cấu trỳc giữa cỏc pha và thành phần cú trong hỗn hợp vật liệu gõy ra. Liờn kết cấu trỳc giữa cỏc thành phần càng được tăng cường và biến cứng thỡ sức cản cấu trỳc càng lớn và nú tỷ lệ thuận với trị số biến dạng của vật liệu. Cụ thể là, trong quỏ trỡnh đầm nộn độ chặt của vật liệu càng tăng thỡ sức cản cấu trỳc càng lớn.
+ Sức cản nhớt: sức cản này là do tớnh nhớt của cỏc màng pha lỏng bao bọc quanh cỏc hạt đất hoặc do sự bỏm múc nhau giữa cỏc hạt đất khi trượt gõy ra. Sức cản nhớt tỉ lệ thuận với tốc độ biến dạng tương đối của vật liệu khi đầm nộn và sẽ càng tăng khi cường độ đầm nộn tăng và độ nhớt của cỏc màng lỏng tăng.
+ Sức cản quỏn tớnh: sức cản này tỷ lệ thuận với khối lượng vật liệu và gia tốc khi đầm nộn.
Đất
Tổng sức cản đầm nộn
Cường độ giới hạn của đất (daN/cm2) Khi lu bằng lu Khi đầm Bỏnh cứng Bỏnh lốp Á cỏt,ỏ sột,đất bụi Á sột Á sột nặng Sột 3 - 6 6 - 10 10 -15 15 -18 3 - 4 4 - 6 6 - 8 8 -10 3 - 7 7 - 12 12 - 20 20 -23
Ban đầu đất cũn ở trạng thỏi rời rạc, chỉ cần đầm nộn với tải trọng nhỏ (lu nhẹ) sao cho ỏp lực đầm nộn thắng được tổng sức cản ban đầu của đất nhằm tạo ra biến dạng khụng hồi phục trong lớp vật liệu. Trong quỏ trỡnh lu lốn, sức cản đầm nộn sẽ tăng dần do vậy, tải trọng lu cũng phải được tăng lờn tương ứng để thắng được sức cản đầm nộn mới của lớp đất. Tuy nhiờn, khụng được dựng lu nặng ngay từ đầu để trỏnh hiện tượng trượt trồi, lượn súng bề mặt do ỏp lực lu quỏ lớn so với cường độ giới hạn của đất. Chớnh vỡ vậy, trong quỏ trỡnh đầm nộn cần dựng nhiều loại lu khỏc nhau trờn nguyờn tắc tăng dần ỏp lực lu.
Với cỏc loại đất rời, khi tải trọng đầm nộn tỏc dụng thỡ cỏc hạt đất sẽ chuyển vị và độ chặt của đất sẽ tăng lờn. Độ chặt của đất sẽ tiếp tục tăng lờn nếu ứng suất xuất hiện trong khu vực tiếp xỳc giữa cỏc hạt đất lớn hơn trị số giới hạn của lực ma sỏt và lực dớnh.
Với cỏc loại đất dớnh, cỏc hạt đất được ngăn cỏch bởi cỏc màng nước. Nếu như đất đó cú một độ chặt ban đầu nhất định và lượng khụng khớ cũn lại trong đất rất ớt thỡ quỏ trỡnh đầm nộn chặt đất xảy ra chủ yếu do sự ộp cỏc màng nước và do sự ộp khụng khớ trong đất. Khi đú, sự tiếp xỳc giữa cỏc hạt đất khụng tăng lờn bao nhiờu nhưng lực dớnh và lực ma sỏt giữa cỏc hạt đất tăng lờn rất nhanh do chiều dày của màng mỏng giảm đi.
Cỏc màng nước cú tớnh nhớt, vỡ vậy việc ộp mỏng chỳng đũi hỏi phải cú thời gian nhất định. Thời gian tỏc dụng của cỏc cụng cụ đầm lốn thường rất ngắn (thường khụng quỏ 0.05- 0.07s trong một lần tỏc dụng), vỡ vậy muốn tăng độ chặt của đất thỡ cần phải tỏc dụng tải trọng lặp trờn đất nhiều lần. Khối lượng thể tớch khụ (độ chặt của đất) tăng lờn theo số lần tỏc dụng N của phương tiện đầm nộn theo cụng thức:
δ = δ1 + αlg(N+1) Trong đú:
δ1 : độ chặt ban đầu của đất.
α : Hệ số đặc trưng cho khả năng nộn chặt của đất. Khi số lần tỏc dụng của tải trọng N lớn thỡ dựng qua hệ sau
δ = δmax(δmax - δ1)e-αN Trong đú
δmax : độ chặt cực đại của đất
o k max W 1 ) V 1 ( ∆ + − ∆ = δ với Vk =0
Từ cỏc cụng thức trờn ta thấy, giữa độ chặt và cụng tiờu hao để đạt được độ chặt đú cú mối quan hệ logarit, nghĩa là khi vượt quỏ một độ chặt nhất định nào đú thỡ dự cú tăng số lần đầm nộn độ chặt của đất hầu như cũng sẽ khụng tăng lờn nữa. Trong trường hợp này, cần phải tăng trọng lượng của phương tiện đầm nộn.
Một lần nữa ta thấy rằng, trong quỏ trỡnh đầm nộn cần dựng nhiều loại lu khỏc nhau trờn nguyờn tắc tăng dần ỏp lực lu.