TIỂU LUẬN XÁC ĐỊNH MODULE BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT Ở HIỆN TRƯỜNG BẰNG BÀN NÉN NHẬN XÉT VÀ PHÂN TÍCH SO SÁNH VỚI MODULE BIẾN DẠNG XÁC ĐỊNH BẰNG THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT TRONG PHÒNG.

Trang 1
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009





TIỂU LUẬN



ĐỀ TÀI:

XÁC ĐỊNH MODULE BIẾN DẠNG CỦA
ĐẤ
T
Ở HIỆN TRƯỜNG BẰNG BÀN
NÉN.


NHẬN XÉT VÀ PHÂN TÍCH SO SÁNH VỚI
MODULE BIẾN DẠNG XÁC ĐỊNH BẰNG THÍ
NGHIỆM NÉN CỐ KẾT TRONG PHỊNG.

Trang 2
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295

HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009

I. MỞ ĐẦU:

Để xác định tính biến dạng, tính lún của đất, đá trong cơng tác thiết kế nền móng nơng, nền
đường, san lấp mặt bằng…Cần thiết phải xác định Module biến dạng E của đất. Hiện nay có khá nhiều
phương pháp xác định Module biến dạng trong phòng như: nén cố kết, nén ba trục…Các phương pháp
xác định ngồi hiện trường tương đối ít như: nén ngang, nén tải trọng tĩnh.
Phương pháp nén tải trọng tĩnh tương đối
đơn giản và có kết quả đáng tin cậy nhằm xác định
Module biến dạng, Module phản ứng nền, cũng như cường độ chịu tải của móng nơng.
Do giới hạn của đề tài cũng như thời gian thực hiện, sau đây là phần trình bày 2 phương pháp xác
định Module biến dạng trong phòng và hiện trường phổ biến là Thí nghiệm nén tải trọng tĩnh và thí
nghiệm nén cố kết trong phòng. Sau đó thiết lậ
p sự tương quan giữa 2 giá trị Module để đưa vào thiết
kế 1 cách chính xác hơn.
II. THÍ NGHIỆM BÀN NÉN TẢI TRỌNG TĨNH (PLATE BEARING TEST):

Trong nghiên cứu làm việc của móng nơng, xuất hiện ý tưởng là cần tiến hành thí nghiệm nén tại
hiện trường trên 1 bàn nén tương tự như 1 móng nhưng có kích thước nhỏ hơn. Qua đó có thể quan sát
được trạng thái làm việc của bàn nén làm cơ sở suy diễn cho móng nơng có kích thước thực. Đó chính
là cơ sở xuất hiện loại thí nghiệm bàn nén tải trọng tĩnh (Plate Bearing Test) sử dụng cho kiểm tra và
thiết kế móng nơng cũng như cho thiết kế
tầng phủ mặt đường giao thơng. Khơng chỉ trong đất mà
trong đá người ta cũng áp dụng các loại thí nghiệm bàn nén tải trọng tĩnh nhằm xác định module đàn
hồi và sức kháng cắt khối đá.
Phương pháp thí nghiệm bàn nén tải trọng tĩnh thơng thường được tiến hành theo tiêu chuẩn:
TCXD 80: 2002- ĐẤT XÂY DỰNG. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MODULE BIẾN DẠNG TẠI
HIỆN TRƯỜNG BẰNG TẤM NÉN PHẲNG ( Soils. In situ test methods of determination of

deformation module by plate loading).
1.
Muc đích thí nghiệm , phạm vi áp dụng:
 Mục đích là kiểm tra sức chiu tải cho phép của móng nơng và qua đó có thể đánh giá tính bền và
tính biến dạng của đất nền dưới móng.
 Thí nghiệm xác định mođun biến dạng của đất nền trong phạm vi chiều dày bằng hai đến ba lần
đường kính tấm nén nhằm tính tốn độ lún của cơng trình.
 Áp dụng cho các loại đất sét, đất cát và đất hòn lớn trong điều kiện hiện trường ở
thế nằm và độ ẩm
tự nhiên hoặc sau khi san lấp và đầm nén đến độ chặt u cầu.
 Khơng áp dụng cho đất trương nở và đất nhiễm mặn khi thí nghiệm chúng trong điều kiện thấm
ướt.
2. Các thuật ngữ:
 Mođun biến dạng của đất : là đặc trưng biểu thị khả năng chịu nén của đất ; là hệ số tỷ lệ giữa gia
số của áp lực tác dụng lên tấm nén với gia số tương ứng của độ lún tấm nén, được qui ước lấy
trong đoạn tuyến tính.
 Độ lún ổn định qui ước: gia số độ lún tấm nén sau một khoảng thờ
i gian, chứng tỏ sự tắt dần biến
dạng của đất nền trên thực tế.
Trang 3
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009

 Áp lực tự nhiên của đất: Áp lực thẳng đứng trong khối đất tại một độ sâu do trọng lượng bản thân
của các lớp nằm trên.

 Phụ tải: Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đất thơng qua diện tích phụ them quanh tấm nén.
 Cấp gia tải: Lượng tải trọng tác dụng lên tấm nén khi thí nghiệm từng đợt.
3. Các qui định chung:
 Thí nghiệm đất bằng bàn nén được tiến hành trong hố đào, hố móng, giếng đào hoặc lổ khoan được
bố trí cách điểm thăm dò kỹ thuật từ 1.5m ÷ 2.0m.
 Thí nghiệm (TN) trong hố đào và hố móng được tiến hành cho những lớp đất nằm cao hơn mực
nước dưới đất, TN trong lổ khoan cho đất ở độ sâu 6.0m ÷ 15.0m (kể cả trong trường hợp nằm thấp
hơ
n mực nước dưới đất ).
 Diện tích tiết diện ngang của hố đào khơng nhỏ hơn 1.5mx1.5m, đường kính hố tạo ra bằng
phương tiện cơ giới khơng nhỏ hơn 900mm, đường kính lổ khoan thí nghiệm khơng nhỏ hơn
325mm.
 Lớp đất TN phải có chiều dày khơng nhỏ hơn 2d hoặc cạnh bàn nén. Kết quả TN chỉ có ý nghĩa
đối với lớp đất dày 2d ÷ 3d.
 Kèm theo kết quả
xác định mođun hiện trường phải có các tài liệu và số liệu về vị trí TN, mơ tả đất
và các đặc trưng cơ lý chủ yếu : thành phần hạt, độ ẩm, khối lượng riêng, khối lượng thể tích, hệ số
rỗng, các giới hạn dẻo và sệt, hệ số nén lún, góc ma sát trong và lực dính.
 Module biến dạng E của đất được xác định theo biểu đồ liên hệ giữa độ lún của tấm nén với áp lực
tác dụng lên tấm nén.
 Khi xử lý kết quả thí nghiệm tiến hành tính tốn module tổng biến dạng E với độ chính xác như
sau: đến 1MPa đối với E>10MPa, đến 0.5MPa đối với E từ 2MPa đến 1MPa, và đến 0.1 MPa đối
với E<2MPa.
4. Phương pháp tiến hành thí nghiệm:

4.1 Dụng cụ và thiết bị TN:
 Dụng cụ TN : tấm ( bàn) nén, các thiết bị chất tải, neo giữ do biến dạng.
 Kết cấu thiết bị phải đảm bảo khả năng chất tải lên tấm nén thành từng cấp 0.01÷1MPa; truyền tải
đúng tâm lên bàn nén; giữ được từng cấp áp lực khơng đổi trong thời gian u cầu.
 Bàn nén phải đủ cứng, có dạng tròn hoặc vng, đáy phẳng với kích thước như sau:

+ Ki
ểu I : diện tích 2500cm2 và 5000cm2.
+ Kiểu II : diện tích 1000cm2 có phụ tải hình vành khăn bổ sung thêm đến 5000cm2.
+ Kiểu III : diện tích 600cm2.
 Bàn nén chuẩn có đường kính B = 30cm(1ft), là bàn nén được Terzaghi sử dụng cho các cơng trình
nghiên cứu so sánh.
 Tuy nhiên để có kết quả phản ánh sát với thực tế bàn nén cần có kích thước càng lớn càng tốt nếu
khả năng đối tải cho phép.
Kích thước bàn nén theo quy định của các quốc gia:
Quốc gia Kích thước bàn nén (cm)
Mỹ 35 47.5 61 76.2 91.5 106.8
Đức 30 60 - - - -
Pháp 20 40 75 - - -
Bỉ 33 43 61 75 - -

Trang 4
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009


Hình 1. Thiết bị bàn nén tĩnh hiện trường

Bảng 1 : Kiểu và diện tích tấm nén được qui định

Tấm nén

Tên đất

Ví trí tấm
nén so với
mực nước
Độ sâu
thí
nghiệm
(m)
Ví trí
tiến
hành thí
nghiệm

Kiểu

Diện tích

(cm
2
)
Đất hòn lớn, đất cát –cát
chặt và chặt trung bình, đất
loại sét-sét, sét pha có độ sệt
I
L
≤0.25,
cát pha I

L
≤0
Ngang mực
nước dưới
đất và cao
hơn



≤ 6
Trong hố
móng, hố
đào,
giếng
I

I

II
5000

2500

1000
Đất cát-cát xốp, đất loại sét-
sét và sét pha có độ sệt I
L
>
0.25, cát pha I
L

>0;

bùn, đất hữu cơ .
Ngang mực
nước dưới
đất và cao
hơn



≤ 6
Trong hố
móng, hố
đào,
giếng
I



II
5000



1000
Đất hòn lớn, đất cát –cát
chặt , đất loại sét-sét,
sét pha có độ sệt I
L
≤0.5,

cát pha I
L
≤0
Ngang mực
nước dưới
đất và cao
hơn

≤ 6
Tại đáy
lổ khoan

III

600
Đất cát , đất loại sét-sét, sét
pha và cát pha với mọi trị độ
sệt , bùn, đất hữu cơ .
Dưới mực
nước dưới
đất .

Tới 15
Tại đáy
lổ khoan

III

600

 Việc chất tải thực hiện bằng kích. Kích phải được hiệu chỉnh trước. Tải trọng được đo với sai số
khơng q 5% so với cấp áp lực tác dụng.
 Các võng kế để đo độ lún của tấm nén được gắn chặt vào hệ mốc chuẩn . Tấm nén được nối với
võng kế bằng sợi dây thép đường kính 0.3mm-0.5mm. Hệ đo phải đảm bảo đượ
c độ lún với sai số
khơng lớn hơn 0.1mm. Khi cần đạt độ chính xác tới 0.01mm phải dùng thiên phân kế.
 Độ lún của tấm nén là trị số trung bình của hai (hoặc nhiều hơn ) thiết bị đo ở hai phía đối diện .
 Chú ý : khi TN đất trong lổ khoan và đo độ lún tấm nén theo chuyển vị của đầu trên cột ống dùng
Trang 5
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009

để truyền tải trọng, phải xét tới biến dạng nén của các ống đó và có biện pháp loại trừ sự uốn dọc
của chúng.
 Hệ mốc chuẩn để gắn võng kế phải gồm 4 cọc được đóng hoặc xoắn xuống đất từng đơi một, đối
diện nhau so với hố đào, cách mép hố đào từ 1.0 ÷ 1.5m.
4.2
Chuẩn bị thí nghiệm:
 Khi TN trong hố móng, hố đào và giếng đào tấm nén được đặt ở cơng trình khai đào. Để đáy tấm
nén thật khít với đất phải xoay tấm nén khơng ít hơn hai vòng theo các hướng quanh trục thẳng
đứng. Sau khi đặt phải kiểm tra mức độ nằm ngang của tấm nén.
 Trong đất sét có I
L
>0.75 phải đặt tấm nén trong một hố tại đáy cơng trình khai đào. Hố có độ sâu
từ 40cm ÷ 60cm và kích thước ngang lớn hơn đường kính hoặc cạnh tấm nén khơng q 10cm. Khi

cần phải gia cố vách hố này.
 Mặt đất trong phạm vi diện tích đặt tấm nén phải được san phẳng. Khi khó san phẳng đất, tiến
hành rải một lớp đệm cát nhỏ hoặc cát hạt trung ẩm, dày từ 1-2cm cho đất loại sét và khơng q
5cm cho đất hòn lớ
n.
 Tấm nén được lắp đặt vào cột ống ∅219mm và xuống đáy lổ khoan đã được vét sạch .
 Dùng đối trọng và các vòng định hướng để cân bằng tấm nén cùng với cột ống khi hạ.
 Đặt tấm nén sâu hơn chân ống chống từ 2cm ÷ 5cm.
 Sau khi đặt tấm nén, tiến hành lắp thiết bị chất tải, thiết bị neo và hệ thống neo
 Võng kế
kiểm tra được lắp trên hệ mốc chuẩn. Dây của võng kế kiểm tra được gắn vào mốc khơng
di động đặt ở ngồi thành hố TN. Chiều dài dây phải bằng chiều dài của các võng kế đo độ lún của
tấm nén.
 Sau khi lắp tất cả các thiết bị, đưa các số đọc về vạch 0 hoặc về điểm qui ước là 0, ghi vào nhật ký.
4.3 Tiến hành thí nghiệm:

Thực hiện thí nghiệm:
Sau khi chuẩn bị đầy đủ các khâu cho thí nghiệm các bước tiến hành tiếp theo như sau:
+ Làm bằng phẳng đáy hố thí nghiệm, rải 1 lớp cát thơ dày khoảng 1cm.
+ Đặt bàn nén và lắp đặt các dụng cụ, đồng hồ đo rồi hiệu chỉnh.
Trang
6
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009

+ Tác dụng cấp áp lực đầu tiên lên bàn nén, để khaỏng 30 giây, rồi dỡ tải về 0.
+ Hiệu chỉnh các đồng hồ đo lún về 0.
+ Gia tải từng cấp từ đầu và tiến hành quan trắc lún theo sơ đồ quan trắc ấn định cho từng cấp.
+ Mỗi cấp áp lực, tùy thuộc vào loại đất mà có tần số đọc chuyển vị khác nhau cho đến lúc đạt
được ổn định quy
ước về độ lún thì mới cho phép tăng tải. Đo chuyển vị của bàn nén dựa trên đồng
hồ đo biến dạng S
1
, S
2
, S
3
,….tương ứng với mỗi cấp áp lực P
1
, P
2
, P
3
,….cho đến lúc đạt trạng thái
tới hạn P
ult
( trong khoảng 1 giờ, độ lún s <0.2mm).
 Tăng tải trọng lên tấm nén thành từng cấp ∆P tùy theo loại đất TN và trạng thái đất. Khoảng cách
áp lực (∆P) tác dụng phụ thuộc trạng thái đất nền và tiêu chuẩn quy định. Thơng thường người ta
xác định cấp áp lực theo ngun tắc:

108
max
−
=∆

P
P

Trong đó:
P
max
: áp lực tối đa dự định thí nghiêm được xác đinh như sau:
+ P
max
=(1.5-2).q
a
( q
a
: là sức chịu tải thiết kế của móng nơng).
+ P
max
=q
u
(q
u
: là sức kháng giới hạn móng nơng theo tính tốn).
Khi khơng có tiêu chí lựa chọn thì sơ đồ cấp áp lực sau thường được kiến nghị:
∆P=0.4-0.8-1.2-1.6-2.0-2.4-2.8-3.2 (kg/cm
2
) cần thiết tiếp tục: 3.6-4.0
 Tổng các cấp gia tải phải khơng ít hơn 4 kể từ giá trị tương ứng với áp lực do trọng lượng bản thân
của đất tại cao trình TN. Khoảng 8 đến 10 cấp áp lực là cần thiết để tiến hành cho 1 thí nghiệm và
cấp áp lực sau bằng 2 lần cấp áp lực trước.Trong cấp gia tải đầu tiên phải kể đến trọng lượng của
thi
ết bị tạo nên một phần tải trọng tác dụng lên tấm nén.

 Khi dùng tấm nén kiểu II, phụ tải vành khăn phải tương ứng với áp lực thiên nhiên tại cao trình
TN.
 Giữ mỗi cấp gia tải đến khi ổn định biến dạng qui ước của đất : khơng vượt q 0.1mm sau thời
gian qui định . Thời gian giữ mỗi cấp gia tải tiếp sau khơng ít hơn thời gian giữ cấp tải trướ
c.

Bảng 2 : Thời gian ổn định qui ước cho đất rời

Cấp áp lực ∆P, MPa, khi độ
chặt kết cấu của đất
Thời gian ổn định
qui ước (Giờ)

Tên đất

Mức độ bão
hòa
Chặt Chặt vừaXốp

Đất hòn lớn
S
r
≤ 1
0.1 0.5
Đất-cát-cát to
S
r
≤ 1
0.1 0.05 0.025 0.5
S

r
≤ 0.5
0.1 0.05 0.025 0.5

Cát trung
0.5<S
r
≤ 1
0.1 0.05 0.025 1.0
S
r
≤ 0.5
0.05 0.025 0.01 1.0

Cát nhỏ, cát bụi
0.5<S
r
≤ 1
0.05 0.025 0.01 2.0

Bảng 3 : Thời gian ổn định qui ước cho đất dính

Cấp áp lực ∆P, MPa, khi hệ số rỗng e
Thời gian ổn định
qui ước (Giờ)

Tên đất
e<0.5 0.5<e<0.8 0.8<e<1.1 e>1.1*

Đất loại sét có độ sệt

I
L
≤ 0.25
0.1 0.1 0.05 0.05 1
0.25<I
L
≤ 0.75
0.1 0.5 0.05 0.025 2
0.75<I
L
≤ 1
0.05 0.025 0.025 0.01 2
I
L
> 1
0.05 0.025 0.01 0.01 3
(*) khi hệ rổng e>1.1 thời gian ổn định qui ước được tăng lên 1h
Trang
7
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009


 Ghi số đọc các biến dạng kế tại mỗi cấp áp lực:
9 Khi TN đất hòn lớn và đất cát : cách 10 phút trong nửa giờ đầu, cách 15 phút trong nửa giờ

sau, tiếp theo cứ cách 30 phút cho đến cho đến khi đạt được độ lún ổn định qui ước .
9 Khi TN loại đất sét : cứ cách 15phút trong giờ đầu và 30 phút trong giờ sau và tiếp theo, cứ
cách 1 giờ cho đến khi đạt được độ lún ổn
định qui ước.
 Ngừng thí nghiệm khi ổn định biến dạng ứng với cấp tải trọng cuối hoặc tổng biến dạng đạt 0.15d,
với d là đường kính tấm nén.
 Khi có u cầu, có thể tiến hành dở tải từng cấp. Đối với đất hòn lớn và đất cát, giữ mỗi cấp 10
phút, riêng cấp cuối giữ tới 20 phút. Đối với đất loại sét các khoảng thờ
i gian tương ứng là 15 và
30 phút.

Một số chú ý khi thí nghiệm:
1. Điều kiện ổn định:
Quan trắc chuyển vị sẽ kết thúc khi đất nền được xem là ổn định. Độ ổn định được quy ước tùy
theo loại đất và tiêu chuẩn áp dụng. Các giá trị theo ASTM D1194-94, có thể tham khảo:
+ Đất loại cát: trong 1 giờ chuyển vị <=0.2mm.
+ Đất loại sét: trong 1 giờ chuyển vị <=0.2mm.
2.
Xác định sơ đồ quan trắc:
S ơ đồ quan trắc được xác định tùy theo mục đích thí nghiệm để tìm hiểu trạng thái làm việc của
đất. Có thể phân chia thành 2 loại:
+ Sơ đồ quan trắc 1 chu kỳ: nghĩa là chỉ tiến hành chất tải và quan trắc lún đến khi kết thúc.
( phục vụ cho thiết kế móng nơng)
+ Sơ đồ quan trắc nhiều chu kỳ: nghĩa là tiến hành 2 hoặc nhiều chu kỳ chất và dỡ tải trong q
trình quan trắc lún. Mục đ
ích là xác định trạng thái làm việc ở pha giả đàn hồi của đất.( phục vụ
cho thiết kế đường).

Hình 2. Sau khi kết thúc thí nghiệm (bàn nén bị lún)

4.4 Xử lý kết quả thí nghiệm:
 Để tính mođun biến dạng E, lập biểu đồ quan hệ giữa độ lún với áp lực S=f(P). Biểu thị các giá trị
P trên trục hồnh và các giá trị độ lún ổn định qui ước S tương ứng trên trục tung.
 Qua các điểm TN chấm trên biểu đồ, vẽ một đường thẳng trung bình bằng phương pháp nhỏ nhất
hoặc bằng phương pháp đồ giải. Lấy điểm ứng vớ
i áp lực thiên nhiên làm điểm Pđ và điểm ứng với
cấp gia tải cuối cùng làm điểm cuối Pc.
Trang 8
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009




Hình 3. Biểu đồ độ lún theo thời gian và độ lún theo cấp tải

∆S
∆P
 Nếu gia số độ lún ứng với cấp áp lực Pi lớn gấp đơi gia số lún với cấp áp lực kề trước P
i-1
, đồng
thời bằng hoặc nhỏ hơn giá trị ứng với cấp P
i+1

thì lấy P
i-1
và S
i-1
làm các giá trị cuối cùng. Lúc đó
số lượng các các điểm làm căn cứ để tính tốn trị trung bình khơng ít hơn ba.
 Module biến dạng E (MPa) được tính tốn cho đoạn tuyến tính của biểu đồ S=f(P) theo cơng thức:

S
P
dE
bn
∆
∆
−= ).1(
2
ωµ


Trong đó:
9 µ- Hệ số poison, được lấy bằng 0.27 cho đất hòn lớn; 0.3 cho đất cát và cát pha; 0.35 cho
đất sét pha; và 0.42 cho đất sét;
9 ω- Hệ số khơng thứ ngun, phụ thuộc vào hình dạng và độ cứng tấm nén. Đối với tấm nén
cứng, hình tròn và hình vng lấy ω=0.79.
9 d- Đường kính tấm nén tròn hoặc cạnh của tấm nén vng (cm).
9 ∆P- Gia số ( biến thiên) áp lực lên tấm nén, ∆P = P
c
-P
d
(MPa).

9 ∆S- Gia số ( biến thiên) độ lún của tấm nén (cm) tương ứng với ∆P.

 Thơng thường thí nghiệm bàn nén hiện trường chỉ khảo sát được tính chất biến dạng của lớp đất
tương đối nơng khoảng 1.5 đến 2m, hay đến độ sâu vài ba lần bề rộng bàn nén. Mặc dù trong quy
trình có nêu ra phương pháp thí nghiệm bàn nén trong hố khoan, tuy nhiên trong thực tế hầu như
khơng được sử dụng vì khó thực hiện và
độ chính xác rất kém.
Trang 9
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009

 Khi có những lớp đất trãi dài chịu tác động của những tải thẳng đứng tác động rộng khắp, lớp đất
bị nén theo phương trục z. Để mơ phỏng trạng thái đất trên, người ta nén đất trong 1 dụng cụ có tên
máy nén khơng nở hơng hoặc máy nén cố kết.
 Có thể sử dụng phương pháp thí nghiệm bàn nén hiện trường cho thí nghiệm lún ướt hiện trường
mà hiện nay còn đang đượ
c ít quan tâm, mặc dù nó rất có ý nghĩa thực tế và cho kết quả đáng tin
cậy.

Trang 10
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009



Trang 11
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009




Trang 12

/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009

III. XÁC ĐỊNH MOĐUN BIẾN DẠNG BẰNG THÍ NGHIỆM CỐ KẾT:

1. Tổng quan:
Khi một khối đất bão hòa nước chịu tác dụng của tải trọng, tải trọng ban đầu sẽ truyền vào nước
có trong lỗ rỗng của đất vì nước khơng chịu nén so với khung hạt đất. Áp lực gây ra trong nước do tải
trọng, gọi là áp lực q thuỷ tĩnh (hydrostatic exesspressure). Khi nước trong các lỗ rỗng bắt đầu thốt
ra, tải trọng sẽ dần dần chuyển tác dụng vào khung hạt đất. Sự chuyển tác d
ụng này sẽ gây ra biến dạng
tổng thể tích của khối đất bằng với thể tích nước thốt ra. Q trình này gọi là
q trình cố kết. Có thể
hiểu q trình cố kết bằng cách mơ phỏng một hệ lò xo như hình vẽ:

Hình 5. Mơ hình nén cố kết
Khối đất bão hồ nước như hình (a), lò xo tương ứng với khung hạt đất và nước tương ứng với
nước trong lỗ rỗng. Nếu trọng lượng W đặt lên nước và lò xo trong khi van y đóng lại, trọng lượng hầu
như tác dụng lên nước. Nếu van mở và nước thốt ra như hình (b). Cuối cùng tải trọng sẽ hồn tồn tác
dụng lên lò xo như hình (c).
Tốc độ biến dạng thể tích hay còn gọi là c
ố kết, phụ thuộc vào hệ số thấm của đất vì tốc độ thấm
sẽ khống chế vận tốc thốt ra của nước lỗ rỗng.
2. Phương pháp thí nghiệm:

Có rất nhiều quy trình hướng dẫn thí nghiệm nén cố kết như BS1377:1990, ASTM D2435 và
TCVN 4200: 1995.
Phần trình bày phương pháp thí nghiệm chủ yếu theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4200: 1995.
Sơ đồ thiết bị thí nghiệm như hình

Trang 13
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009


Hình 6. Sơ đồ hộp nén cố kết
Việc xác định tính nén lún của đất bao gồm: tìm hệ số nén lún, modun tổng biến dạng, hệ số cố
kết của đất có kết cấu ngun hoặc chế bị, ở độ ẩm tự nhiên hoặc hồn tồn bão hồ nước.
Mẫu đất thí nghiệm có hình trụ tròn, với tỉ số giữa đường kính và chiều cao khoảng 3 đến 4. Đối
với đất lo
ại sét và đất loại cát (khơng lẫn sỏi sạn), đường kính mẫu cho phép khơng nhỏ hơn 50mm. Đối
với đất có lẫn sỏi sạn, đường kính mẫu khơng nên nhỏ hơn 70mm.
Tải trọng tác dụng lên mẫu theo từng cấp và phải bảo đảm thẳng đứng. Sai số cho phép của mỗi
cấp áp dụng trong thời gian thí nghiệm khơng vượt q 3%. Để có thể xác định những trị số lún ban đầu
sau khi đặt lực, độ
ng tác chất tải ở mỗi cấp áp lực phải được thực hiện nhẹ nhàng, tránh rung và khơng
chậm q 3 giây.
Cấp tải trọng ban đầu để thí nghiệm mẫu có kết cấu ngun nên lấy bằng hoặc nhỏ hơn áp lực
thiên nhiên tác dụng lên mẫu đất (
vo

σ
) tính theo cơng thức:

h
wvo
.
''
γσ
=
3. Thiết bị thí nghiệm:
Để xác định tính nén lún của đất trong điều kiện khơng nở hơng, có thể dùng các loại máy nén
khác nhau, nhưng nhìn chung các loại máy nén phải có các bộ phận chủ yếu sau: hộp nén, bàn nén, bộ
phận tăng tải với hệ thống cánh tay đòn hoặc hệ thống áp lực, thiết bị đo biến dạng…Đối với các bộ
phận trên phải bảo đảm các u cầu sau:
9 Đối với thiết bị gia tải: thiết bị gia tải dùng để tác dụng một tải trọng thẳng đứng lên bề mặt
mẫu, có sai số khơng vượt q 0.5 % tải trọng tác dụng.
9 Hộp nén: hộp nén dùng để chứa dao vòng đựng mẫu, hộp nén phải đủ khít và và biến dạng phải
đủ nhỏ.
9 Dao vòng: dao vòng chứa đất phải nhẵn, có đường kính trong nhỏ nhất là 50mm (thường là
70mm), chiều cao nhỏ nhất là 12 mm, (thường là 20mm) và tỷ số (nhỏ nhất) giữa đường kính
trong và chiều cao dao vòng là d/h ≥ 2.5. Dao vòng được làm bằng thép khơng gỉ, cứng sao cho
biến dạng < 0.03%.d (d: đường kính dao vòng) khi chịu tác dụng của tải trọng lớn nhất.
9 Thiết bị đo biến dạng: có sai số nhỏ hơn 0.0025 mm, thiết bị đo biến dạng có thể là đồng hồ cơ
hoặc có thể là sensor điện tử, dùng để đo biến dạng của mẫu thí nghiệm khi bị tải trọng tác
dụng.
9 Tấm nén: dùng đề truyền tải trọng lên mẫu thí nghiệm. Khi tác dụng tải trọng phải đảm bảo lực
truyền xuống tấm nén theo hướng thẳng đứng và đúng tâm mẫu. Đường kính tấm nén phải nhỏ
hơn đường kính của mẫu thí nghiệm.
Trang 14
/

30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009

9
Đá thấm: đá thấm có tác dụng truyền lực tác dụng thẳng đứng phân bố đều trên bề mặt mẫu đất
và để cho nước thốt tự do lên trên và xuống dưới ra ngồi.
9 Ngồi ra, để phục vụ cho thí nghiệm này chúng ta còn cần các dụng cụ khác như mẫu chuẩn
bằng kim loại, dao gọt đất, dao gọt phẳng, dụng cụ ấn mẫu vào dao vòng, tủ sấy điều chỉnh
được nhiệt độ, cân kỹ thuật…



Hình. Thiết bị nén cố kết thơng dụng do Trung quốc sản xuất


Hình. Thiết bị nén cố kết tự động do hãng Geocomp (Mỹ) sản xuất
9 Chuẩn bị mẫu: Cắt 1 khúc đất trong hộp mẫu ngun dạng lấy ra trong hộp tơn hoặc nhựa, rồi
dung dao vòng nén ấn từ từ cắt vào trong mẫu. Vừa ấn xuống vừa gọt xung quanh cho đến khi
Trang 15
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009

mẫu đất lọt qua dao vòng. Thực hiện nhẹ nhàng, cẩn thận sao cho khơng làm xáo trộn mẫu.
Dùng dao con sắc cắt phẳng đất hai mặt dao vòng. Dao vòng và lõi đất được cho vào hộp nén
và lắp đặt vào vị trí trong giá nén. Thí nghiệm cho đất đắp có thể dùng mẫu xáo động, qua chế
bị đầm chặt trong cối đầm tiêu chuẩn và tiến hành như phương thức trên.
4. Quy trình thí nghiệm:
Sau khi mẫu đất được tra vào dao vòng (dao vòng đã biết trước khối lượng), gọt xén mẫu như
trong thí nghiệm xác khối lượng thể tích, cân khối lượng của dao vòng và đất, tiếp theo lấy hộp nén ra
khỏi bàn máy và lấp mẫu vào. Trên hai mặt của mẫu đất phải đặt hai tờ giấy thấm đã được làm ẩm trước.
Mẫu được đặt ở giữa hai tấm đá thấm, tấm đá thấ
m cũng được thấm ướt trước và trên cùng là tấm nén
truyền tải trọng. Đổ nước vào hộp nén cho ngập mẫu. Thơng thường mẫu được ngâm trong hộp nén
khoảng 24h để cho mẫu bảo hòa nước hồn tồn rồi mới bắt đầu tiến hành gia tải.
Đặt hộp nén đã lắp xong mẫu vào bàn nén, cân bằng hệ thống tăng tải bằng đối trọng hoặc điều
chỉnh áp nếu sử dụ
ng hệ thống gia tải bằng áp lực và đặt hộp đúng vào điểm truyền lực, lắp đồng hồ đo
biến dạng và điều chỉnh kim đồng hồ đó về vị trí ban đầu hoặc vị trí bất kỳ và ghi lại giá trị ban đầu đó
của số đọc đồng hồ.
Sau khi chuẩn bị đầy đủ và cân chỉnh đồng hồ đo biế
n dạng chúng ta tiến hành chất tải. Các cấp
tải trọng được chọn sao cho cấp sau gấp 2 lần cấp trước. Trọng lượng các quả cân được lựa chọn sao cho
đạt được các cấp áp lực tằng dần như sau:
Các cấp tải trọng cơ bản là:
9 Đối với đất loại sét ở trạng thái dẻo chảy và chảy, sử dụng các cấp 0,1; 0,25; 0,50; 1,0; 2,0
KG/cm2;
9 Đối với sét, sét pha ở trạng thái dẻo mềm và dẻo cứng dùng các cấp 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0
KG/cm2;
9 Đối với đất cứng và nửa cứng, dùng các cấp 0,5; 1,0; 2,0; 4,0 và 8,0 KG/cm2.
Khơng nhất thiết phải thí nghiệm với tất cả các cấp nêu trên mà tùy theo độ sâu mẫu liên quan
đến áp lực cột đất và cấp áp lực cơng trình tác dụng.

Số lượng cấp áp lực khơng nhỏ hơn 5 cho một mẫu nén. Tùy theo tải trọng của cơng trình mà các
cấp tải tác dụng sẽ được chọn khác nhau, theo chiều sâu có thể dựa vào tải trọng bản thân của cộ
t đất.
Theo dõi biến dạng nén trên đồng hồ biến dạng dưới mỗi cấp tải trọng ngay sau 15 giây tăng tải. Khoảng
thời gian đọc biến dạng nén lần sau được lấy gấp đơi so với lần đọc trước: 15; 30 giây; 1; 2; 4,8; 15; 30
phút, 1; 2; 3; 6; 12; 24 giờ kể từ lúc bắt đầu thí nghiệm cho đến khi ổn định quy ước. Về cơ bản phải đợi
đến khi biến dạng của đất là khơng còn n
ữa thì mới tiếp tục tăng cấp tải tiếp theo, phải đợi cho đến khi
sự lún của mẫu dưới tải trọng đã ngừng hẳn mới bắt đầu dỡ tải lần lượt từng cấp cho đến cấp cuối cùng,
và lấy số đọc trên đồng hồ đo biến dạng. Khi chỉ quan tâm đến biến dạng khơi phục cuối cùng, khơng
nhất thiết phải d
ỡ tải từng cấp, có thể dỡ tải mỗi lần hai cấp. Nếu có u cầu, có thể dỡ tải một cấp nào
đó, rồi lại tăng tiếp, hoặc tăng và dỡ tải theo một số chu kỳ. Thời gian theo dõi biến dạng khơi phục của
đất cát pha và sét pha được phép giảm bớt hai lần so với lúc tăng tải. Đối với đất sét thì tiêu chuẩn ổn
định về biến dạ
ng khơi phục cũng được lấy như biến dạng nén lún. Sau khi đã dỡ hết cấp cuối cùng và
biến dạng khơi phục đã ổn định, lấy dao vòng có đất ra khỏi máy nén. Thí nghiệm xong phải lau chùi
máy nén để chống rỉ các chi tiết của máy.
5. Tính tốn kết quả thí nghiệm:
Trình bày kết quả: Kết quả quan trắc được thể hiện dưới dạng 2 biểu đồ:
+ Biểu đồ quan hệ giữa hệ số rỗng ( thang trực tiếp)-cấp áp lực (thang logP). Hay thang P
+ Biểu đồ quan hệ chuyển vị (thang trực tiếp)-thời gian (thang log hoặc căn bậc 2).
+ Số liệu ghi nhận khi thí nghiệm: độ lún ổn định cuối cùng và độ lún theo thời gian dưới các cấp
tải trọng.

Trang 1
6
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009


Trang 1
7
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009

0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
01234567891011121314151617181920212223242526272829303132
Ứng suất nén
σ
(kG/cm
2

)
hệ số rỗng e


Hình 8. Đường cong nén lún e-σ
Trang 18
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009


Hình. Biểu đồ quan hệ e-logp

 Xác định thơng số tính tốn độ lún cố kết:

0
1 e
e
HHs
+
∆
=∆=
Trong đó:
+ ∆H =s: độ lún phân lớp (tương ứng với chuyển vị mẫu)
+ H: chiều dày lớp đất (tương ứng thí nghiệm )
+ e

o
= độ lún ban đầu.
+ Khi tính lún bằng cơng thức trên cần sử dụng trực tiếp biểu đồ đường cong nén
lún e-log(p) của thí nghiệm. Sử dụng biến thiên áp lực giữa σ
o
và ∆e+ σ
o
để xác
định ∆e
 Áp lực tiền cố kết Pc:
Đây là áp lực tối đa mà lớp đất đã bị cố kết trong q trình lịch sử hình thành. Thơng thường kết
quả thí nghiệm thể hiện trên đường e-logP áp lực được phân thành 2 nhánh khác biệt.
 Module biến dạng của đất E:
* Module biến dạng cho biết khả năng của đất chống lại tác dụng nén lún của tải trọng tác dụng.
Hệ số nén lún a cho biết đất có khả năng biến dạng nhiều hay ít.
+ Khi E càng nhỏ thì đất cang yếu và biến dạng lún lớn.
Trang 19
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009

+ Khi E lớn thì đất tốt và biến dạng nhỏ.
+ E= 300-5000(kN/m
2
) ( đất bùn yếu) đến 100,000 kN/m
2

( đá gốc, đá tảng)
+ Module đàn hồi là module chỉ xét đến biến dạng đang hồi.
+ Module biến dạng khi xét đến biến dạng đàn hồi và biến dạng dư.
* Phương pháp nén mẫu khơng nở hơng trong phòng thí nghiệm( TN OEDOMETER): áp
dụng cho đất ít ẩm
+ Đất sét cứng:
Z
Z
E
λ
σ
=
9
Z
σ
: áp lực tác dụng lên mẫu theo phương thẳng đứng.
9
h
S
Z
=
λ
: Biến dạng tương đối.
9 S: độ lún của mẫu đất.
9 h: chiều cao ban đầu của mẫu đất.
+ Đất sét mềm và đất rời:
Z
Z
E
λ

σ
β
.=

9
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−=
ν
ν
β
1
.2
1
2
: là hệ số xét đến nở hơng của đất, ν: là hệ Possion phụ thuộc vào từng laọi
đất.
* Phương pháp nén cố kết: áp dụng cho đất ẩm hoặc bảo hòa.

ii
i
ii
a

e
E
,1
1
,1
1
.
−
−
−
+
=
β

9
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−=
ν
ν
β
1
.2

1
2
: là hệ số xét đến nở hơng của đất, ν: là hệ Possion phụ thuộc vào từng laọi
đất.
9
1
1
1
−
−
−
−
−
=
∆
∆
−=
ii
ii
i
ee
e
a
σσσ
: Hệ số nén a (cm2/kG) là độ dốc của đường cong
9 )1(
o
o
i
oi

e
h
h
ee +
∆
−= : Biểu thức xác định hệ số rỗng của đất tương ứng với độ lún ∆h
i
và
chiều cao ban đầu của mẫu đất trước khi thí nghiệm h
o
khi chịu tải trọng.


















Trang 20

/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009

IV. SỐ LIỆU THỰC TẾ:

Sau đây là kết quả thực tế do Cơng ty Tư vấn thiết kế GTVT Phía Nam (TEDI South) thu thập
được tại cơng trình nhà máy điện Phú Mỹ 3 – Tỉnh Bà rịa Vũng Tàu.

Kết quả nén tĩnh Lớp Cát sét. Độ sâu 0.5m

Trang 21
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009





Trang 22
/

30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009



Trang 23
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009



Trang 24
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009

Trang 25
/
30
TIỂU LUẬN: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO GVGD: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

HVTH: BÙI TRẦN ĐẠI-MSHV: 09090295
HVTH: HUỲNH LƯ VŨ MINH-MSHV:90909010
LỚP: ĐKTXD 2009

Kết quả thí nghiệm nén cố kết mẫu đất tại lỗ khoan B112, độ sâu 2.0-2.5m: Cát sét.