Tiểu luận Các phương pháp thí nghiệm nền móng công trình

Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
GIỚI THIỆU CHUNG
Nền móng công trình là một trong những yếu tố quan trọng hàng đầu quyết
định đến chất lượng của công trình. Chính vì nắm bắt được ý nghĩa về tầm quan trọng
của việc nghiên cứu nền móng em đã chọn môn học “Các phương pháp thí nghiệm
nền móng công trình” là môn tự chọn cho học kì cuối.
Nhằm tạo điều kiện cho các học viên cao học ngành xây dựng nắm bắt và
hiểu rõ hơn về các phương pháp thí nghiệm đất phục vụ cho việc tính toán nền móng
công trình, thầy PGS - TS.Võ Phán đã bố trí cho các lớp được tiến hành thực tập thí
nghiệm tại bộ môn Địa cơ nền móng, thông qua các phương pháp thí nghiệm, cơ bản
nhất để xác định các chỉ tiêu cơ học của đất phục vụ cho việc tính toán nền móng
công trình.
Các phương pháp thí nghiệm bao gồm:
Bài 1: Thí nghiệm xác định trọng lượng riêng của đất trong phòng thí
nghiệm.
Bài 2: Thí nghiệm xác định giới hạn Atterberg. Giới hạn chảy và giới hạn dẻo
trong phòng thí nghiệm.
Bài 3: Thí nghiệm cắt trực tiếp – máy cắt phẳng.
Bài 4: Thí nghiệm nén ba trục.
Bài 5: Thí nghiệm nén cố kết.
Ý nghĩa, nội dung cùng các kết quả số liệu tính toán sẽ được trình bày cụ thể
qua từng bài ở các trang sau.
HVTH: Trần Minh Đông Trang 1
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
BÀI 1: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TRỌNG LƯỢNG RIÊNG CỦA ĐẤT
TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM.
1. Mục đích
Thí nghiệm này xác định của mẫu đất ở trạng thái tự nhiên.
2. Cơ sở lý thuyết
Trọng lượng riêng của mẫu đất đươc tính từ khối lượng riêng tự nhiên của
mẫu đất. Khối lượng riêng của mẫu đất ký hiệu là ρ xác định bởi tỷ số khối lượng M

và thể tích V của mẫu đất.
M
V
ρ
=
Vì vậy để xác định khối lượng riêng của mẫu đất tự nhiên, ta cần phải biết
thể tích V và khối lượng của mẫu đất M ở trạng thái tự nhiên.
Thí nghiệm trong phòng với đất dính chỉ có cỡ hạt mịn có thể sử dụng
phương pháp dao vòng, đã biết thể tích V, cắt vào mẫu đất nguyên dạng, gọt cho thật
phẳng các mặt trên dưới, đem cân để biết khối lượng M. Trong trường hợp đất dính có
hạt sỏi sạn, không thể sử dụng phương pháp dao vòng được, mà phải xác định thể tích
bằng cách nhúng mẫu đất, đã cân khối lượng M vào paraffin nóng chảy để bọc kín
mẫu đất và cân lại trong nước suy ra thể tích V của mẫu đất.
Từ đó ta tính được trọng lượng riêng của mẫu đất γ bằng tích số khối lượng
riêng ρ và gia tốc trọng trường g = 10m/s
2
.
.g
γ ρ
=
3. Dụng cụ thí nghiệm
Dao vòng, cao 2cm, đường kính 6,3cm.
Cân điện tử, độ chính xác 0,01g.
Thước kẹp.
Đĩa thuỷ tinh.
HVTH: Trần Minh Đông Trang 2
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
4. Các bước thí nghiệm
Dùng thước kẹp xác định đường kính trong của dao vòng là 6,3cm; chiều cao
của dao vòng là 2cm. Từ đó tính được tiết diện dao vòng là 31.172cm

2
và thể tích V
của dao vòng là 62.344cm
3
.
Xác định khối lượng của dao vòng bằng cân điện tử.
Dùng dao vòng ấn sâu vào mẫu đất theo chiều thẳng đứng, cho đất vào đầy dao
vòng, chú ý phải giữ cho dao vòng luôn luôn thẳng đứng.
Dùng dao cắt phẳng đất ở hai đầu dao vòng.
Xác định khối lượng của dao vòng và đất.
5. Ghi nhận, tính toán số liệu và báo cáo kết quả.
Khối lượng riêng tự nhiên của mẫu đất:
A B
V
ρ
−
=
Trong đó:
ρ: Khối lượng riêng tự nhiên của mẫu đất (g/cm
3
).
A: Là khối lượng mẫu đất và dao vòng (g).
B: Là khối lượng dao vòng (g).
V: Thể tích dao vòng hoặc thể tích mẫu đất (cm
3
).
Từ đó tính được trọng lượng riêng của mẫu đất:
HVTH: Trần Minh Đông Trang 3
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
.g

γ ρ
=
Trong đó:
γ: Trọng lượng riêng của mẫu đất (kN/m
3
).
ρ: Khối lượng riêng tự nhiên của mẫu đất (g/cm
3
).
g: Gia tốc trọng trường (m/s
2
).
Trong thí nghiệm buổi đầu (thí nghiệm nén ba trục) nhóm đã không dùng dao
vòng mà đã dùng trực tiếp mẫu để xác định khối lượng riêng tự nhiên.
Đường kính mẫu tại các vị trí:
- Đầu là D
1
= 3,95cm = 39,5mm
- Cuối là D
2
= 3.90cm =39,0mm
→
Đường kính trung bình của mẫu đất là: D = 39,25mm
Chiều cao mẫu: h = 8.73cm = 87,3mm
Từ đây ta sẽ tính được thể tích của mẫu đất là:
2 2
3 3
39,25
3.14 87,3 105575,52 105,58
4 4

D
V h mm cm
π
= = × × = ≈
Và khối lượng của mẫu cân được là:
156,40M g=
Bảng: Kết quả tính toán trọng lượng riêng của ba mẫu đất trong phòng thí
nghiệm
Loại đất V(cm
3
) A(g) B(g)
ρ(g/cm
3
) γ(kN/m
3
)
1 105,58 156,40 0 1,481 14,81
2 62,344 227,36 106,59 1,937 19,37
3 62,344 224,00 106,82 1,879 18,79
6. Nhận xét, ứng dụng vào thiết kế nền móng
Trọng lượng riêng là một trong những thông số vật lý cơ bản của đất là các
tính chất để xác định trạng thái vật lý của nó. Góp phần quan trọng trong thiết kế nền
móng.
Trọng lượng riêng là mối quan hệ giữa khối lượng và thể tích và cũng là số
đo quan trọng về trạng thái của đất.
HVTH: Trần Minh Đông Trang 4
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
HVTH: Trần Minh Đông Trang 5
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
BÀI 2: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN ATTERBERG

GIỚI HẠN CHẢY VÀ GIỚI HẠN DẺO TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
1. Mục đích
Xác định các giới hạn chảy W
L
và giới hạn dẻo W
P
tức là xác định các giá trị
độ ẩm ở các giới hạn chảy và dẻo, từ đó xác định được trạng thái và tên của đất dính.
Trên cở sở đó tính được các thông số:
+ Chỉ số chảy:
P
L
L P
W W
I
W W
−
=
−
+ Chỉ số dẻo:
P L P
I W W= −
2. Cơ sở lý thuyết
Giới hạn dẻo của đất: là độ ẩm tương ứng khi đất loại sét chuyển từ trạng thái
cứng sang trạng thái dẻo. Ký hiệu W
P
. Được xác định bằng cách nhào trộn đất đều với
nước và lăn thành que có đường kính 3mm, khi que bắt đầu rạn nứt và đứt thành các
đoạn ngắn có chiều dài khoảng 3-10mm, dừng lại đem mẫu đất xác định độ ẩm, độ
ẩm lúc này chính là giới hạn dẻo của đất.

Giới hạn chảy của đất: là độ ẩm tương ứng khi đất loại sét chuyển từ trạng
thái dẻo sang trạng thái chảy. Ký hiệu W
L
. Có 2 phương pháp xác định giới hạn chảy
chính hiện nay:
+ Phương pháp “tĩnh” – phương pháp dùng chùy Vaxiliev, có xét đến độ bền
của đất.
+ Phương pháp “động” – phương pháp Casagrande, xét đến độ nhớt của đất.
Công thức chuyển đổi từ Casagrande với Vaxiliev:
( )
1
V
L L
W W b
a
= +
Trong đó:
a = 0.73
b = 6.47%
HVTH: Trần Minh Đông Trang 6
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
W
L
: Giới hạn chảy được xác định theo Casagrande.
W
v
L
: Giới hạn chảy được xác định theo Vaxiliev.
3. Dụng cụ thí nghiệm
- Dụng cụ Casagrande.

- Dao cắt rãnh.
- Kính nhám 40cm x 60cm.
- Rây có kích thước lỗ 1mm
- Cối sứ và chày bọc cao su.
- Cân kỹ thuật độ chính xác 0.01g.
- Lò sấy điều chỉnh được t
o
.
- Dao để nhào trộn.
4. Các bước thí nghiệm
4.1. Chuẩn bị mẫu thử
Nếu mẫu đất đã được hông khô trong điều kiện tự nhiên, dùng phương pháp
chia tư để lấy khoảng 300g cho vào chày có đầu bọc cao su để nghiển nhỏ. Cho đất đã
nghiền qua rây 1mm và loại bỏ phần trên rây. Đem đất đã lọt qua rây đựng vào bát,
rót nước cất vào bát đựng đất, dùng dao trộn đều cho đến trạng thái như hồ đặc. Sau
đó đặt mẫu thí nghiệm vào bình thủy tinh, đậy kính trong khoảng thời gian >2h trước
khi thí nghiệm.
4.2. Tiến hành thí nghiệm
4.2.1. Xác định giới hạn chảy theo Casagrande
• Dùng dao trộn đều, tạo độ ẩm thấp hơn giới hạn chảy
HVTH: Trần Minh Đông Trang 7
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
• Dùng dao cho đất đã nhào trộn vào đĩa khum để tránh bọt khí lưu giữ trong
mẫu. Không cho đất vào đầy đĩa mà để một khoảng ở phần trên chỗ tiếp xúc
với mốc treo chừng 1/3 đường kính của đĩa, đảm bảo độ dày của cả lớp đất
>10mm.
• Dùng que gạt chuyên dùng để rạch đất trong đĩa thành 1 rãnh dài khoảng
40mm, vuông góc với trục quay.
• Quay đập với tốc độ 2vòng/s và đếm số lần đập cần thiết để phần dưới của
rãnh đất vừa khép lại 1 đoạn dài 13mm.

• Lấy đất trong đĩa ra, nhào lại với đất còn dư trong bát. Sau đó lặp lại như trên
để xác định lần thứ hai.
• Lấy khoảng 10g đất xung quanh rãnh đã khép kín cho vào hộp nhôm để xác
định độ ẩm.
• Cứ tiếp tục thí nghiệm với lượng nước thay đổi theo chiều tăng lên. Xác định ít
nhất 3 lần xác định độ ẩm ứng với số nhát đập từ 10-40
• Căn cứ vào số liệu thí nghiệm, vẽ trục tung ứng với độ ẩm, trục hoành logarit
biểu diễn số lần đập. Quan hệ giữa chúng là đường thẳng. Độ ẩm ứng với số
nhát đập là 25 chính là giới hạn chảy Casagrande
HVTH: Trần Minh Đông Trang 8
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
Biểu đò xác đinh giới hạn chảy W
L
4.2.2. Xác định giới hạn dẻo
• Sử dụng phần đất còn lại của thí nghiệm tìm giới hạn nhão.
• Lấy 1 ít đất và lấy mặt phẳng trong lòng bàn tay hoặc các đầu ngón tay lăn nhẹ
nhàng trên kính nhám co đến khi thành que có đường kính bằng 3mm
• Nếu với đường kính đó, que đất vẫn còn giữ liên kết và tính dẻo, thì đem vê nó
thành hòn và tiếp tục lăn đến khi đạt đường kính 3mm bắt đầu rạng nứt và tự
gãy thành những đọan nhỏ dài 3-10mm
• Nhặt các đoạn que vừa đứt, bỏ vào hộp nhôm đậy nắp lại cho đất khỏi bị khô
• Ngay sau khi đất trong hộp đạt tối thiểu 10g, tiến hành xác định độ ẩm của đất
trong hộp (%) với độ chính xác đến 0,1%
HVTH: Trần Minh Đông Trang 9
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
• Đối với mỗi mẫu đất, phải tiến hành không ít hơn 2 lần thí nghiệm song song
để xác định giới hạn dẻo.
• Lấy giá trị trung bình cộng hai lần thí nghiệm làm giới hạn dẻo của mẫu đất.
Sai lệch cho phép vể độ ẩm trong các lần xác định song song <2%
5. Ghi nhận, tính toán số liệu và báo cáo kết quả

Bảng kết quả tính toán giới hạn chảy,giới hạn dẻo của đất loại 1
Loại đất 1 Đơn vị Giới hạn chảy Giới hạn dẻo
Số hiệu lon
2 15 16 17 10
Số lần rơi (N) lần
16 25 28
A - trọng lượng đất ẩm + lon g
21.23 20.11 23.38 15.58 15.78
B - trọng lượng đất khô + lon g
16.81 15.96 18.16 14.46 14.24
C - trọng lượng lon g
12.20 11.36 12.41 11.96 11.00
Độ ẩm
100%
A B
W
B C
−
= ×
−
%
95.9 90.2 90.8 44.8 47.5
1.0 1.2 1.4 1.6
88
90
92
94
96
98
log N

W(%)
Nhìn vào đồ thị trên tại N = 25 ta được độ ẩm tương ứng là W
L
= 90.20%
đây chính là giới hạn chảy của loại đất 1 theo phương pháp Casagrande.
Còn giới hạn dẻo của mẫu đất 1 là W
P
=
44.8 47.5
2
+
= 46.15%
Loại đất 2 Đơn vị Giới hạn chảy Giới hạn dẻo
Số hiệu lon
17 15 2 4 11
HVTH: Trần Minh Đông Trang 10
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
Số lần rơi (N) lần
22 24 26
A - trọng lượng đất ẩm + lon g
21.01 21.43 20.53 14.42 20.67
B - trọng lượng đất khô + lon g
16.05 16.25 16.02 13.72 18.14
C - trọng lượng lon g
11.96 11.36 12.18 11.6 11
Độ ẩm
100%
A B
W
B C

−
= ×
−
%
121.3 105.9 117.4 33.0 35.4
1.0 1.2 1.4 1.6
112
114
116
118
120
122
log N
W(%)
Nhìn vào đồ thị trên tại N = 25 ta được độ ẩm tương ứng là W
L
= % đây
chính là giới hạn chảy của loại đất 2 theo phương pháp Casagrande.
Còn giới hạn dẻo của mẫu đất 2 là W
P
=
33.0 35.4
2
+
= 34.20%
Loại đất 3 Đơn vị Giới hạn chảy Giới hạn dẻo
Số hiệu lon
17 15 2 4 11
Số lần rơi (N) lần
27 16 32

A - trọng lượng đất ẩm + lon g
29.09 32.19 30.18 16.84 16.87
B - trọng lượng đất khô + lon g
C - trọng lượng lon g
11.96 11.36 12.18 11.60 11.00
Độ ẩm
100%
A B
W
B C
−
= ×
−
%
HVTH: Trần Minh Đông Trang 11
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
1.2 1.4 1.6 1.8
60
62
64
66
68
70
log N
W(%)
72
Nhìn vào đồ thị trên tại N = 25 ta được độ ẩm tương ứng là W
L
= % đây
chính là giới hạn chảy của loại đất 3 theo phương pháp Casagrande.

Còn giới hạn dẻo của mẫu đất 3 là W
P
=
18.75 18.623
2
+
= %
6. Nhận xét, ứng dụng vào thiết kế nền móng.
- Dùng chỉ số dẻo I
P
= W
L
-W
P
để phân loại đất
+ Cát pha sét : 1 ≤ I
P
≤ 7
+ Sét pha cát : 7 < I
P
≤ 17
+ Sét : I
P
> 17
- Dùng độ sệt I
L
= (W-W
P
)/(W
L

-W
P
) để xác định trạng thái vật lý của đất dính.
+ Cát pha trạng thái cứng : I
L
< 0
dẻo : 0 ≤ I
L
≤ 0
chảy : I
L
> 1
+ Sét và sét pha trạng thái cứng : I
L
< 0
nửa cứng : 0 < I
L
≤ 0.25
dẻo cứng : 0.25 < I
L
≤ 0.5
dẻo mềm : 0.5 < I
L
≤ 0.75
dẻo chảy : 0.75 < I
L
≤ 1
chảy : I
L
> 1

Loại đất W W
L
W
P
I
P
I
L
loại đất trạng thái
1 65.43 82.31 29.83 52.48 0.678 sét dẻo mềm
2 51.12 70.38 30.08 40.3 0.522 sét dẻo mềm
3 49.5 67.71 18.69 49.02 0.629 sét dẻo mềm
HVTH: Trần Minh Đông Trang 12
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
Bài 3: THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP – MÁY CẮT PHẲNG
1. Mục đích
Thí nghiệm xác định sức chống cắt của đất nhằm xác định các đại lượng đặc
trưng cho chỉ tiêu cơ học của đất c, ϕ rất quan trọng cho việc tính toán khả năng chịu
tải của đất nền, ổn định mái dốc, đập chắn,…
2. Cơ sở lý thuyết
Vào năm 1776, Coulomb là người đầu tiên đưa ra lí thuyết và một phương
trình đơn giản liên hệ sức chống cắt của đất với ứng suất pháp tác dụng:
tg c
τ σ ϕ
= +
Trong đó:
τ: sức chống cắt của đất.
σ: áp lực thẳng đứng.
ϕ: góc ma sát trong của đất.
c: lực dính.

Với ba mẫu đất đem làm thí nghiệm, ứng với ba áp lực pháp tuyến σ khác
nhau, trong quá trình cắt mẫu đất ta sẽ xác định được ba ứng suất cắt cực đại τ, trong
máy cắt trực tiếp τ được xác định theo công thức sau:
RC.
=
τ
Trong đó:
C – hệ số vòng C = 0.442 kPa/div
R – Số đọc của đồng hồ đo biến dạng trên vòng đo lực ngang (biến
dạng của vòng đo ứng biến).
Từ các cặp (σ
i
,τ
i
) ta sẽ vẽ được đường thẳng
tg c
τ σ ϕ
= +
. Và từ hình vẽ
này ta sẽ xác định được c, ϕ của mẫu đất.
HVTH: Trần Minh Đông Trang 13
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
τ
τ=σtgϕ+c
c
ϕ
Hay xác định c, ϕ bằng phương pháp bình phương cực tiểu:
( )
∑ ∑
∑ ∑ ∑

= =
= = =






−
−
=
n
i
n
i
ii
n
i
n
i
n
i
iiii
n
n
tg
1
2
1
2

1 1 1
σσ
στστ
ϕ
1 1
1
n n
i i
i i
c tg
n
τ ϕ σ
= =
 
= −
 ÷
 
∑ ∑
Trong đó :
n – số lần xác định τ.
ϕ − góc ma sát trong.
τ
i
, σ
i
- lần lượt là giá trị riêng biệt của sức chống cắt và áp lực
thẳng đứng.
c – lực dính của đất.
3. Dụng cụ thí nghiệm
3.1. Máy cắt trực tiếp

Theo kiểu truyền lực qua vùng ứng biến và qua cánh tay đòn (do hãng
Soiltest - Anh sản xuất). Các bộ phận của máy gồm :
+ Hộp cắt: chứa mẫu đất.
+ Vòng đo áp lực: đo sức chịu cắt của đất.
HVTH: Trần Minh Đông Trang 14
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
Thiết bị cắt trực tiếp
3.2. Dụng cụ
Bao gồm: dao, giấy thấm, keo, vaselin, giẻ lau, thau chứa nước sạch, ba
mảnh đồng nhám, cân kỹ thuật, thước kẹp, kính phẳng 50cm x 50cm, dao vòng với
các thông số:
+ Chiều cao: 2 cm
+ Đường kính trong: 6.31 cm
+ Diện tích: 31.172 cm
2
+ Trọng lượng: 107.55 g
+ Thể tích chứa: 62.344 cm
3

HVTH: Trần Minh Đông Trang 15
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
4. Các bước thí nghiệm
1. Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ thí nghiệm:
+ Mẫu đất được lấy không xáo trộn từ ống lấy mẫu đất.
+ Các mảnh đồng và hộp nén được ngâm trong nước.
2. Dùng cưa cắt mẫu đất có kích thước tương ứng với kích thước dao vòng.
3. Ấn dao vòng lên mẫu đất đã cắt, dùng dao hay cưa để cắt mẫu đất sao cho
mẫu đất sau khi cắt nằm hoàn toàn trong dao vòng.
4. Cho mảnh đồng nhám vào dưới hộp cắt, thoa vaseline vào mặt tiếp xúc giữa
vành khuôn trên và dưới của hộp cắt.

5. Lau chùi dao vòng sạch sẽ, cân trọng lượng dao vòng và mẫu đất. Sau đó cho
mẫu đất vào hộp cắt bằng cách để dao vòng đúng trên mặt hộp và cho mảnh đồng
nhám lên trên để ấn nhẹ mẫu đất vào trong hộp.
6. Khoá hộp cắt bằng 2 chốt khoá, mục đích giữ cho phần trên và dưới hộp thẳng
tắp và không bị dịch chuyển.
7. Tháo 2 chốt khoá định vị hộp cắt nêu trên.
8. Đặt hộp cắt vào máy cắt trực tiếp. Kiểm soát sự tiếp xúc giữa hộp và vòng đo
áp lực.
9. Đặt áp lực thẳng đứng vào đá nhám trên với áp lực tuần tự là 50 kPa; 100kPa;
150kPa cho 3 mẫu đất thí nghiệm.
10. Tốc độ cắt là 1mm/phút. Đọc trị số trên vòng chỉ áp lực lúc mẫu đất bị phá
hoại (trị số cực đại của vòng ghi áp lực) từng trị số và sau khi qua trị số cực đại.
HVTH: Trần Minh Đông Trang 16
Bộ mơn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
5. Ghi nhận, tính tốn số liệu và báo cáo kết quả
BIỂU ĐỒ THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP
Chiều cao: 2 cm Tốc độ cắt: 1mm/min
Tiết diện: 31.172 cm
2
Hệ số vòng: 0.44200
kPa/div.


Máy cắt kiểu: Ứng biến
Phương pháp cắt: Cắt nhanh
Biến dạng cắt
(mm)
SỐ ĐỌC ỨNG SUẤT NÉN
(KPa)
50 100 200

0.25 12.0 48.0 47.0
0.50 16.0 65.0 76.0

0.75 32.0 75.0 105.0

1.00 50.0 82.0 130.0

1.25 60.0 102.0 148.0

1.50 68.0 111.0 163.0
1.75 75.0 118.0 183.0

2.00 81.0 126.0 196.0

2.25 88.0 134.0 207.0
2.50 91.0 141.0 218.0
2.75 95.0 148.0 231.0
3.00 95.0 154.0 238.0
3.25 97.0 158.0 240.0
3.50 99.0 163.0 241.0
3.75 100.0 168.0 241.0
4.00 100.0 170.0 241.5
4.25 145.0 173.0 241.5
4.50 149.0 174.0 240.0
4.75 151.0 174.0 235.0
5.00 145.0 173.0 230.0
5.25 173.0
HVTH: Trần Minh Đơng Trang 17
tgϕ =

0.591

KẾT QUẢ
ϕ =
30°35'

c = 42.413 KPa
Số đọc lớn nhất 151.0 174.0 241.5
Lực cắt τ (KPa)
66.742 76.908 106.743
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
6. Nhận xét, ứng dụng vào thiết kế nền móng
Ưu điểm của phương pháp cắt trực tiếp là đơn giản dễ thực hiện hơn phương
pháp nén ba trục. Nhưng bên cạnh đó nó có khuyết điểm là do mặt cắt cố định trước
nên đất bị cắt theo mặt phẳng này, mà mặt phẳng này chưa chắc là yếu nhất nên
không chính xác
Các giá trị (c, ϕ) dùng để tính toán các thông số sau đây trong nền móng:
Sức chống cắt của đất:
tg c
τ σ ϕ
= +
Khả năng chịu tải của đất nền:
( )
DchBAb
K
mm
R
tc
++=
'

21
γγ
HVTH: Trần Minh Đông Trang 18
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
Bài 4: THÍ NGHIỆM NÉN BA TRỤC
1. Mục đích
Thí nghiệm nén ba trục xác định các chỉ tiêu về sức chống cắt (c,ϕ), áp lực
nước lổ rỗng u, đồng thời xác định mođun đàn hồi E và hệ số poisson µ của đất.
2. Cơ sở lý thuyết
Trong tự nhiên một mẫu đất hình lăng trụ chịu tác dụng bởi các áp lực σ
1
=
σ
2
= σ
3
. Khi xây dựng công trình lên dưới tác dụng của tải trọng công sẽ tạo ra độ lệch
∆σ
1
. Khi ∆σ
1
tăng đến một giá trị nhất định thì mẫu đất bị trược hoặc bị phá hoại.
Sức chống cắt của đất bao gồm hai thành phần : Ma sát giữa các hạt là ϕ và
lực dính giữa các hạt là c.
Hai thông số trên cần thiết xác định để tính toán các đặc trưng của nền cũng
như sức chịu tải của đất nền.
Có rất nhiều thí nghiệm xác định thông số chống cắt trong phòng như:
- Thí nghiệm cắt trực tiếp với hộp cắt Casagrande.
- Thí nghiệm nén đơn.
- Thí nghiệm cắt đơn.

- Thí nghiệm nén ba trục.
Trong các thí nghiệm xác định các thông số chống cắt thì thí nghiệm nén ba
trục là thí nghiệm tin cậy nhất. Vì nó mô phỏng xác thực mẫu đất trong những điều
kiện chịu tải trong đất nền gánh đỡ các loại công trình khác nhau.
Mặt khác thí nghiệm ba trục cũng có thể mô phỏng các điều kiện thoát nước
khác nhau của đất nền, cũng như xác định các thông số biến dạng đất nền đồng thời
với thông số chống cắt.
Có ba sơ đồ thí nghiệm chính:
HVTH: Trần Minh Đông Trang 19
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
2.1. Sơ đồ thí nghiệm không cố kết, không thoát nước (UU)
Đây là sơ đồ thí nghiệm đơn giản, vận hành nhanh, giá thành rẻ và thông
dụng nhất của thí nghiệm 3 trục. Kết quả sức kháng cắt là ở trạng thái ứng suất tổng:
c
uu
& ϕ
uu
. Trường hợp đất dính thuần túy, bão hòa nước thì ϕ
uu
=0.
2.2. Sơ đồ thí nghiệm cố kết, không thoát nước (CU)
Kết quả nhận được theo sơ đồ này là sức kháng cắt theo 2 trạng thái:
• Đặc trưng sức kháng cắt cố kết không thoát nước: c
cu
& ϕ
cu
sử dụng cho
thiết kế đất đắp theo giai đoạn trên đất yếu
• Đặc trưng sức kháng cắt cố kết, thoát nước: c’ và ϕ’ phân tích ổn định
dài hạn.

2.3. Sơ đồ thí nghiệm cố kết, thoát nước (CD)
• Đặc trưng sức kháng cắt nhận được theo sơ đồ thí nghiệm này ở trạng
thái ưng suất hữu hiệu c’ và ϕ’.
Trong thí nghiệm nén ba trục ta tiến hành thí nghiệm nén ba mẫu với ba giá
trị áp lực buồng nén khác nhau. Và với mỗi giá trị áp lực buồng ta xác đinh được độ
chênh lệch ứng suất (σ
1
-σ
3
) khi mẫu bị phá hoại. Trạng thái ứng suất lúc mẫu bị phá
hoại sẽ được biểu thị trên hệ trục tọa độ (trục tung là ứng suất cắt (σ
1
-σ
3
)/2, trục hành
là ứng suất hính (σ
1
+σ
3
)/2) bằng ba vòng tròn ứng suất Mohr. Đường tiếp tuyến
chung của ba vòng tròn Mohr là đường chống cắt Mohr-Coulomb. Từ đó xác định các
thông số (c,ϕ) của mẫu đất.
HVTH: Trần Minh Đông Trang 20
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
Ngoài ra ta có thể dùng phương pháp bình phương cực tiểu để xác định các
thông số (c,ϕ) trong nén ba trục của mẫu đất:
1 3 1 3
2 0
1 1 1
2

2
3 3
1 1
2
3 1 3 1 3
0
1 1 1 1
2
2
3 3
1 1
45
2
2 . 45
2
n n n
n n
n n n n
n n
n
tg
n
c tg
n
σ σ σ σ
ϕ
σ σ
σ σ σ σ σ
ϕ
σ σ

−
 
+ =
 ÷
 
 
−
 ÷
 
−
 
+ =
 ÷
 
 
−
 ÷
 
∑ ∑ ∑
∑ ∑
∑ ∑ ∑ ∑
∑ ∑
3. Dụng cụ thí nghiệm
1. Máy nén với độ biến dạng được khống chế
2. Buồng chứa mẫu
3. Khuôn lấy mẫu, màng mỏng cao su, vòng cao su giữ đá bọt
4. Bơm tạo chân không hay nguồn khí nén
5. Dụng cụ để căng màng mỏng cao su
6. Dụng cụ gọt mẫu đất và đồ phụ tùng : hộp, cưa bằng dây thép, dao
7. Dụng cụ khác gồm : cân nhạy 0.01g, lò sấy, đĩa bốc hơi, thước, thủy kế

HVTH: Trần Minh Đông Trang 21
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
4. Các bước thí nghiệm
4.1. Chuẩn bị mẫu
- Thỏi mẫu được chế bị từ đất nguyên dạng đựng trong hộp mẫu thường có
đường kính 100mm. Thông thường cần 3 đến 4 mẫu, có chiều cao bằng 2 lần đường
kính sử dụng cho 1 thí nghiệm. Với phương thức nén nhiều giai đoạn chỉ cần 1 thỏi
chế bị.
- Khi thỏi mẫu được chế bị xong cần bọc ngay bằng màng cao su, đặt các tấm
kính vào hai đầu và để vào một chậu thuỷ tinh đậy kín nắp.
- Với đất hạt mịn (loại sét) đường kính thỏi mẫu thường từ 35 đến 40mm.
- Với đất hạt trung, đất đắp chế bị trước có thể dùng 1 thỏi mẫu đường kính
100mm (hoặc dùng cả mẫu nguyên dạng) để thí nghiệm.
HVTH: Trần Minh Đông Trang 22
Thiết bị nén ba trục
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009

HVTH: Trần Minh Đông Trang 23
Dụng cụ dùng để chế bị mẫu nén 3 trục
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
Hình dạng ngoài của mẫu nén
4.2. Trình tự thí nghiệm
Mẫu đất thí nghiệm được bọc kín bằng màng cao su mỏng đàn hồi và 1 (hoặc
cả 2 đầu) có các đệm đá thấm, rồi lắp đặt vào trong 1 hộp gọi là hộp nén 3 trục. Hộp
nén 3 trục được bơm đầy nước và có thiết bị điều chỉnh để tạo ra 1 áp lực nước σ
3
tác
động vào thành lõi. Áp lực σ
3
được đo bằng đồng hồ đo áp lực.

- Mặt khác thỏi đất còn được tác dụng 1 áp lực thẳng đứng thông qua thiết bị
bitông để tạo ra tải tác dụng P. Thiết bị đo lực là vòng ứng biến với thiên vân kế.
- Chuyển vị thẳng đứng ∆l của thỏi mẫu được đo bằng chuyển vị kế gắn với
pittông nén.
- Khóa R cho phép đóng, mở đường thoát nước lỗ rỗng và cũng cho phép đo
áp lực nước lỗ rỗng của đất bão hòa nước khi lắp đồng hồ đo.Tạo áp lực σ
3
ở buồng
nén rồi vận hành để tăng lực thẳng P lên thỏi mẫu, đồng thời đo chuyển vị thẳng đứng
của thỏi mẫu theo từng cấp độ lực tăng dần đều đến khi thỏi mẫu bị phá hỏng, các ứng
suất chính có thể xác định được là σ
1
và σ
3
, và ứng suất σ
3
tác động lên cả đỉnh thỏi
mẫu. Gọi P là lực pittông ấn lên mẫu và A là tiết diện của thỏi mẫu, ta có :
HVTH: Trần Minh Đông Trang 24
Bộ môn: Địa cơ – Nền móng Lớp Địa kỹ thuật xây dựng 2009
31
σσ
−=
A
P
Thí nghiệm nén ba trục sơ đồ U-U
- Đặt mẫu thử lên đáy. Cho màng cao su vào dụng cụ căng màng cao su. Nhờ
dụng cụ căng màng cao su mà màng cao su được bao xung quanh mẫu thử và được
buộc chặt bằng vòng buộc ở đáy và nắp mẫu thử. Cho buồng áp lực lên bệ máy và siết
chặt các ốc.

- Điều chỉnh piston tiếp xúc với nắp đậy mẫu sao cho mẫu phải thẳng đứng
với trục của piston và tiếp xúc tốt với đáy cũng như nắp đậy. Khóa piston bên trên nắp
đậy mẫu.
- Đặt buồng áp lực và đáy lên bệ máy. Máy nén phải thật cân bằng.
- Chỉnh lại các đồng hồ đo lực và đo chuyển vị rồi tăng áp lực σ
3
bằng cách
dùng khí nén hay nước.
- Dùng tốc độ biến dạng cắt 0.5mm/phút.
- Cho máy nén chạy và ghi chú cẩn thận các trị số đọc của lực và biến dạng
cho đến khi mẫu đất bị phá hoại hay độ biến dạng tương đối lớn hơn 20%. Trong quá
trình thí nghiệm nên quan sát áp suất buồng chứa σ
3
để áp suất giữ ổn định.
- Sau đó tắt máy, giảm lực tác dụng và giảm áp lực buồng chứa.
- Tháo dụng cụ và lấy mẫu đất ra. Chuẩn bị một mẫu thử khác có cùng dung
trọng và làm thêm hai thí nghiệm nữa.
5. Ghi nhận, tính toán số liệu và báo cáo kết quả
Thí nghiệm UU nên thể tích mẫu không thay đổi trong quá trình nén, tiết diện
mẫu hiệu chỉnh sau mỗi cấp tải nén được xác định:
( )
0 0 0
0 0 0
0
1
i i i
i
A L A L L A L
A L A
A

L L
ε
= −∆ =
= =
− ∆ −
với
0
L
L
ε
∆
=
HVTH: Trần Minh Đông Trang 25