2.1.1.1. Bản chất của hiện tượng trương nở
Khi tiến hành thí nghiệm trương nở, người ta thấy rằng tính trương nở phụ thuộc cơ bản và thành phần chất keo có trong đất [6]. Kích thước hạt keo được giới hạn bởi kích thước hạt có đường kính nhỏ hơn 0,0001 mm. Xét dưới quan điểm kỹ thuật thì hạt sét được xem là chất keo vì nó có hình dạng không thuần nhất và có diện tích bề mặt rất lớn. Đối với các hạt keo, cơ chế liên kết khác các hạt thô, lực bề mặt đóng vai trò quan trọng hơn lực trọng trường. Lực bề mặt có thể là lực hút bám qua các hạt, lực tĩnh điện, lực liên kết ion... Các thành phần này quyết định không những đến khả năng trương nở và ngay cả trường hợp tan rã nó cũng đóng vai trò rất quan trọng.
2.1.1.2. Đặc trương cơ học của đất trương nở miền Trung
Để xem xét các mặt ảnh hưởng đến trương nở đất, người ta tiến hành nhiều thí nghiệm khác nhau.
a. Ảnh hưởng của tổ hợp cấu tạo hạt tới sự trương nở
Đặc tính trương nở của đất phụ thuộc cơ bản vào hàm lượng các hạt keo có trong đất. Cấu tạo của đất gồm ba pha : Cốt đất, không khí và nước. Khi độ ẩm nhỏ, nước được hút bám vào bề mặt các cốt đất. Khi hàm lượng nước tăng lên, trên bề mặt các hạt lớn được bôi trơn. Các hạt nhỏ có đường kính nhỏ hơn 0,0001 mm (hạt keo) có khả năng hút nước mạnh hơn. Do đặc tính mang điện tích âm, các hạt sét sẽ hút các ion trái dấu (+) và đẩy các ion cùng dấu (-). Lúc này lực giữ các hạt keo với nhau bị tác động của lực liên kết
28
bề mặt hơn là trọng lực. Cơ chế trương nở phụ thuộc chính vào sự phân bố các hạt sét, hạt keo nằm giữa các hạt có đường kính lớn hơn.
b. Ảnh hưởng của dung trọng đến khả năng trương nở
Tính chất trương nở còn chịu ảnh hưởng của dung trọng đầm nén. Đất càng đầm nén chặt thì khi tiếp xúc với nước hệ số trương nở càng lớn, áp lực trương nở càng tăng. Điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết. Vì các hạt thô có khả năng trương nở rất hạn chế, duy chỉ có các hạt keo khi gặp nước thì khả năng hút nước mới cao. Khi đầm chặt, có nhiều hạt nhỏ chui vào khe kẽ giữa các hạt lớn, khoảng không thu hẹp lại (pha không khí giảm xuống). Khi các hạt keo trương nở, khoảng cách giữa chúng bị dịch chuyển xa nhau ra do lực tương tác bề mặt – lực tĩnh điện. Kết quả là thể tích tổng cũng tăng lên. Khi mẫu không cho phép phát triển chiều cao thì lúc này áp lực trương nở tăng lên tỉ lệ với gia tăng thể tích.
c. Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến khả năng trương nở
Trương nở của đất phụ thuộc vào lượng nước bổ sung và thời gian thực hiện thí nghiệm. Ở một độ ẩm nào đó đất đã tự thực hiện sự trương nở cân bằng theo điều kiện khống chế ngoại lực. Nếu mẫu đưa vào thí nghiệm có độ ẩm khác nhau thì kết quả trương nở cuối cùng cũng khác nhau. Điều này có ý nghĩa rất quan trọng cho việc chọn độ ẩm đậm nén để tránh quá trình trương nở sau này. Thời gian xảy ra trương nở tỷ lệ nghịch với độ ẩm gia tăng.
d. Ảnh hưởng của độ ẩm đến độ bền của đất
Thực tế cho thấy khối đắp có thể ổn định ở trạng thái tự nhiên, nhưng khi độ ẩm tăng cao và đột ngột thì xuất hiện trượt mất ổn định. Lý do đó có thể từ nhiều phía, song xét từ góc độ sức bền cắt thì trị số lực học đã bị giảm yếu. Xét với đất khu vực miền Trung thì yếu tố ảnh hưởng này càng thấy rõ nét.
29
Kết quả nghiên cứu về độ bền của đất trong các trường hợp khi đầm nén ở độ ẩm tốt nhất và cho mẫu đạt độ ẩm bão hòa cho thấy : Lực cắt C giảm rất mạnh khi độ ẩm đạt trạng thái bão hòa, còn về góc ma sát trong cũng giảm nhưng mức giảm không lớn như lực dính.
Như vậy tính trương nở đất phụ thuộc vào dung trọng đầm nén, độ ẩm đầm nén, thành phần tổ hợp các hạt có trong đất