Tiểu luận môn địa chất công trình nâng cao

ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................. i
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... iv
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ......................................................................................... 1
1.1

Thành phần cấu trúc của đất .................................................................... 1

1.2

Thống kê các thông số địa chất theo TCVN 9362:2012 .......................... 2

CHƯƠNG 2 CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT .......................................... 2
2.1 Các chỉ tiêu vật lý ........................................................................................... 2
2.1.1 Các chỉ tiêu khối lượng .............................................................................. 2
2.1.2 Các chỉ tiêu trọng lượng............................................................................. 2
2.1.3 Các chỉ tiêu tỷ trọng ................................................................................... 3
2.1.4 Hệ số rỗng e ............................................................................................... 3
2.1.5 Độ rỗng n ................................................................................................... 3
2.1.6 Độ ẩm (độ chứa nước) W .......................................................................... 4
2.1.7 Thể tích riêng v .......................................................................................... 4
2.1.8 Độ bão hòa Sr ............................................................................................. 4
2.1.9 Độ chứa khí Av........................................................................................... 4
2.2 Các phương pháp thí nghiệm........................................................................ 6
2.2.1 Xác định khối lượng riêng tự nhiên ........................................................... 6
2.2.2 Xác định khối lượng riêng khô ................................................................ 12

2.2.3 Xác định khối lượng riêng hạt ................................................................. 14
2.2.4 Xác định độ ẩm ........................................................................................ 14
2.2.5 Xác định tỉ trọng hạt ................................................................................ 15
CHƯƠNG 3 CÁC GIỚI HẠN ATTERBERG ................................................ 19
3.1 Các chỉ tiêu trạng thái đất dính .................................................................. 19
3.2 Các phương pháp thí nghiệm xác định Giới hạn Atterberg:................... 20
3.2.1 Thí nghiệm xác định Giới hạn chảy (WL hoặc LL): ................................ 20
TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang i


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

3.2.2 Thí nghiệm xác định Giới hạn dẻo (WP hoặc PL) [7]: ............................ 26
3.2.3 Thí nghiệm xác định Giới hạn co (Ws hoặc SL): .................................... 27
2.3 Chỉ số dẻo Ip và Chỉ số chảy IL (hay Độ sệt B): ......................................... 31
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 34

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang ii


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ các thành phần cấu thành đất ........................................................... 1
Hình 1.2 Quy trình thiết lập trị tiêu chuẩn và trị tính toán theo TCVN 9362-2012 . 2
Hình 2.1 Dụng cụ thí nghiệm theo phương pháp bọc sáp......................................... 9
Hình 2.2 Dụng cụ thí nghiệm đo thể tích bằng dầu hỏa ......................................... 10
Hình 2.3 Dụng cụ và thí nghiệm nón cát tại hiện trường........................................ 11
Hình 2.4 Dụng cụ thí nghiệm tỷ trọng hạt .............................................................. 16
Hình 3.1 Trạng thái đất dính theo độ ẩm ................................................................ 19
Hình 3.2 Quả dọi thăng bằng để xác định giới hạn chảy ........................................ 21
Hình 3.3 Cấu tạo dụng cụ thí nghiệm theo phương pháp Côn rơi .......................... 23
Hình 3.4 Kết quả thí nghiệm xác định giới hạn chảy theo phương pháp côn rơi. .. 24
Hình 3.5 Thí nghiệm giới hạn lỏng bằng chỏm cầu Casagrande ............................ 25
Hình 3.6 Biểu đồ xác định giới hạn chảy WL ......................................................... 26
Hình 3.7 Thí nghiệm xác định giới hạn dẻo của đất ............................................... 27
Hình 3.8 Bộ dụng cụ thí nghiệm xác đinh giới hạn co của đất. .............................. 27
Hình 3.9 Cấu tạo dụng cụ thí nghiệm xác định giới hạn co của đất ....................... 29
Hình 3.10 Giản đồ Casagrande đê xác định tên và trạng thái đất dính ................... 33

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160

1570161

Trang iii


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Công thức tính đổi các chỉ tiêu vật lý thường dùng .................................. 5
Bảng 2.2 Các phương pháp thí nghiệm xác định khối lượng riêng tự nhiên ............ 6
Bảng 2.3 Bảng tra hệ số điều chỉnh K theo nhiệt độ............................................... 17
Bảng 2.4 Giá trị GS tham khảo cho một số loại đất ................................................ 18
Bảng 3.1 Phân loại đất theo trị số IP ........................................................................ 32
Bảng 3.2 Trạng thái đất theo độ sệt IL..................................................................... 32

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang iv


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
Khi thiết kế nền móng cho một công trình xây dựng, cần thiết phải đánh giá tính
chất của đất khu vực dành cho nó. Để xác định đất tốt hay xấu về mặt xây dựng phải
dựa vào các đặc trưng thể hiện bản chất của đất mà trước nhất là xác định chỉ tiêu vật
lý của đất.

1.1

Thành phần cấu trúc của đất

Khí

Nöôù
Nư cớ c

v
wV

Vv

Mw

M w

V

Vw

Mv

M

v

Ma

M Khí

V

M

M

Haït
H
ạ t
Nöôù
Nư c
ớ cc

Va

Đất được cấu tạo bởi 3 thành phần (3 pha), đó là: các hạt rắn (pha rắn), dung dịch
hoặc nước (pha lỏng) và các chất khí (pha khí) trong lỗ rỗng. Các quan hệ lẫn nhau về
khối lượng và thể tích giữa các pha thành phần đóng vai trò rất quan trọng trong việc
hình thành tính chất cơ lý của đất. Có thể dùng sơ đồ mô phỏng 3 pha của đất để làm rõ
các khái niệm về các đặt trưng tính chất vật lý của đất.

s

H
ạ tt

Hình 1.1 Sơ
đồ các M
thành phần cấu thành
Khí
Haït đất

Vs

Khí

Ms

M
s

V

Trong đó:










Vs: Thể tích phần hạt rắn của đất.
Vw: Thể tích nước trong lỗ rỗng
Va: Thể tích khí trong lỗ rỗng
Vv = Vw+Va: Thể tích lỗ rỗng
Ms: Khối lượng hạt đất
Mw: Khối lượng nước trong lỗ rỗng
M=Ms+Mw: Khối lượng đất (Xem khối lượng khí Ma = 0)

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 1


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

1.2

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

Thống kê các thông số địa chất theo TCVN 9362:2012
Chọn số lần thí nghiệm n
(điều A.4 - 68)
Thí nghiệm ở hiện trường

∆
(ct A.5 - 66)

ctc ; φtc
(ct A.3, A.4 - 66)

Atc
(ct A.1 - 65)

στ
(ct A.12 - 68)

σc ; σtg φ
(ct A.10, A.11 - 67)

σRn ; σγ
(ct A.13, A.14 - 68)

Chọn độ tin cậy ∝
(điều 4.3.6 - 19)

Tra T∝ từ ∝ và n
(bảng A.1 - 67)

(ct A.9 - 66)

ρ
(ct A.7, A.8 - 66)
kd
(ct A.6 - 66)

Att
(ct 12 - 18)

Hình 1.2 Quy trình thiết lập trị tiêu chuẩn và trị tính toán theo TCVN 9362-2012

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 2


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

Chú thích:
A.1: Atc 

1 i n
  Ai
n i 1

A.2   p.tg  c
n
n
n

1  n

   i   pi2   pi   i  pi 
  i 1
i 1
i 1
i 1


A.3: ctc 

n
n
1  n

  n i  pi   i   pi 
  i 1
i 1
i 1


A.4: tg tc 

 n

A.5:   n p    pi 
i 1
 i 1 
n

2

2
i

A.6: kd 

1
1 

A.7:   t  (với c, φ)
A.8:  
A.9:  

t 
n

(với Rn, γ)


Atc

1 n 2
  pi (với c, φ)
A.10:  c    
 i
A.11:  tg    
A.12:   

n

(với φ)




n
1
  pi  tg  tc  ctc   i
n2 i



2

(với

c, φ)
A.13:  Rn 
A.14:   



n
1
  Rntc  Rni
n 1 i



n

1
   tc   i
n 1 i

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH



2



2

(với Rn)

(với γ)

1570160
1570161

Trang 3


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

Điều 4.3.6: Xác suất tin cậy ∝ của trị tính toán các đặc trưng của đất được lấy bằng:

 ∝ = 0.95 khi tính nền theo sức chịu tải.
 ∝ = 0.85 khi tính nền theo biến dạng.
Điều A.4: số lượng thí nghiệm n để thiết lập trị tiêu chuẩn và trị tính toán các đặc trưng
của đất.
Số lượng thí nghiệm n để thiết lập trị tiêu chuẩn và trị tính toán các đặc trưng của đất nói
chung phụ thuộc vào mức độ đồng nhất của đất nền, độ chính xác yêu cầu của tính toán các đặc
trưng và loại công trình, đồng thời được quy định theo chương trình nghiên cứu.
Số lượng tối thiểu của một thí nghiệm chỉ tiêu nào đó đối với mỗi đơn nguyên địa chất công
trình cần phải đảm bảo là 6. Đồng thời để tìm trị tiêu chuẩn và trị tính toán φ, c cần phải xác định
không nhỏ hơn 6 giá trị τ đối với mỗi trị số áp lực pháp tuyến p.
Số lượng thí nghiệm xác định trị tiêu chuẩn module biến dạng E bằng phương pháp nén tĩnh
hiện trường ít nhất là 3. Trường hợp đặc biệt cho phép hạn chế bởi 2 giá trị E nếu các giá trị đó
chênh lệch nhau không quá 25%.

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 1


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

CHƯƠNG 2
CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA ĐẤT

2.1 Các chỉ tiêu vật lý
2.1.1 Các chỉ tiêu khối lượng
Khối lượng riêng tự nhiên (khối lượng thể tích tự nhiên): là khối lượng của một
đơn vị thể tích, ký hiệu là ρ, đơn vị tính thường là g/cm3, T/m3.
ρ = ρn =

M
V

Khối lượng riêng khô: là khối lượng của một đơn vị thể tích đất khô hoàn toàn,
ký hiệu là ρd, đơn vị tính thường là g/cm3, T/m3.
ρd =

Ms
V

Khối lượng riêng hạt: là khối lượng của một đơn vị thể tích chỉ riêng phần hạt rắn,
chủ yếu phụ thuộc vào thành phần khoáng vật của đất, ký hiệu là ρs, đơn vị tính
là g/cm3, T/m3.
ρs =

Ms
Vs

2.1.2 Các chỉ tiêu trọng lượng
Trọng lượng riêng tự nhiên: tương tự như khối lượng riêng tự nhiên. Đơn vị:
KN/m3
W
γ = = ρg
V

Trọng lượng riêng khô: tương tự như khối lượng riêng khô. Đơn vị: KN/m3
γd =

Ws
= ρd g
V

Trọng lượng riêng hạt: tương tự như khối lượng riêng hạt. Đơn vị: KN/m3
γs =

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Ws
= ρs g
Vs

Trang 2


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

Trọng lượng riêng đẩy nổi: là trọng lượng riêng của đất dưới mực nước ngầm có
xét lực đẩy Archimède. Đơn vị: KN/m3
W

Ws − s γw
γs
γ′ =
V
2.1.3 Các chỉ tiêu tỷ trọng
Tỷ trọng đất tự nhiên: là tỷ số giữa trọng lượng riêng tự nhiên và trọng lượng riêng
của nước.
γ
G=
γw
Tỷ trọng đất khô: là tỷ số giữa trọng lượng riêng khô và trọng lượng riêng của
nước.
γd
Gd =
γw
Tỷ trọng hạt: là tỷ số giữa trọng lượng riêng hạt và trọng lượng riêng của nước.
γs
Gs =
γw
Tỷ trọng đẩy nổi: là tỷ số giữa trọng lượng riêng đẩy nổi và trọng lượng riêng của
nước.
γ′
G′ =
γw
2.1.4 Hệ số rỗng e
Là tỷ số giữa thể tích phần lỗ rỗng và thể tích phần hạt rắn.
𝑉𝑣 𝑉𝑎 + 𝑉𝑤
𝑒= =
𝑉𝑠
𝑉𝑠

2.1.5 Độ rỗng n
Là tỷ số giữa thể tích phần lỗ rỗng và tổng thể tích toàn bộ của đất. Độ rỗng nằm
trong khoảng [0-1].
𝑉𝑣 𝑉𝑎 + 𝑉𝑤
𝑛= =
𝑉
𝑉

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 3


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

2.1.6 Độ ẩm (độ chứa nước) W
Là tỷ số giữa trọng lượng của nước với trọng lượng hạt. Độ ẩm có thể dao động
từ 0% đến 600% (đối với than non). Đơn vị: %, hay số thập phân.
𝑊=

𝑊𝑤
𝑊𝑠

2.1.7 Thể tích riêng v

Là tỷ số giữa thể tích tự nhiên và thể tích phần hạt rắn.
V
𝑣=
=1+e
VS
2.1.8 Độ bão hòa Sr
Là tỷ số giữa thể tích nước và thể tích lỗ rỗng. Đơn vị: %
Vw
𝑆𝑟 =
Vv
+ Đất bão hòa :

Sr ≥ 85%.

+ Đất ẩm

:

85% > Sr ≥ 50%

+ Đất ít ẩm

:

Sr < 50%

2.1.9 Độ chứa khí Av
Là tỷ số giữa thể tích không khí trong lỗ rỗng và thể tích riêng.
𝑉𝑎
𝐴𝑉 = = 𝑛(1 − 𝑆𝑟 )

𝑣

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 4


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

Bảng 2.1 Công thức tính đổi các chỉ tiêu vật lý thường dùng
Các chỉ tiêu đã biết
Gs

x

w
γ
γd
γs
e n
3
3
(%) (kN/m ) (kN/m ) (kN/m3)

x

x

e

x

x

γs
x
x

x

x

x

Sr

x

Sr

x

x

γd

x
x
x

x

x

x

1570160
1570161

1

3
4
5
6
7
8
9
10
11

 d   s (1  n)

d 

1 w
 sub 

Gs  1  e 1  S r 
1 e

1
2

 s  Gs w

s  d
1 n
Gs w
Sr 
Gs n (1  w)  
wGs
Sr 
e
G
d  s w
1 e

γd

γsub



e  s 1

d
n
n 1
e
n
1 e
1 w

Gs w
1 e

γd

x

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

γs

Gs s 1  w 

e

e

γ

x

x

x

e

n

x

STT

Công thức tính

e

x
x

x

Chỉ
tiêu
cần
tính

12
w

13

Trang 5


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

2.2 Các phương pháp thí nghiệm
2.2.1 Xác định khối lượng riêng tự nhiên
2.2.1.1 Các phương pháp thí nghiệm trong phòng
- Theo TCVN 4202-2012 – Phương pháp xác định khối lượng thể tích trong phòng
thí nghiệm [1] , có 3 phương pháp xác định khối lượng riêng tự nhiên của đất với
phạm vi ứng dụng của từng loại đất như sau:
Bảng 2.2 Các phương pháp thí nghiệm xác định khối lượng riêng tự nhiên
PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

PHẠM VI ỨNG DỤNG

Phương pháp dao vòng

Đất dính

Phương pháp bọc sáp

Đất không cắt được bằng dao vòng do có sỏi
dạn, khi cắt dễ vỡ, lưu ý là cỡ hạt phải không
quá 5mm

Phương pháp đo thể tích bằng dầu hỏa

Đất dính, đất than bùn, đất chứa nhiều tàn
tích thực vật ít phân hủy hay khó lấy mẫu
theo 2 phương pháp trên

- Kết quả thí nghiệm:
Số lần thí nghiệm cho mỗi mẫu nguyên trạng tùy vào độ đồng nhất của loại đất,
nhưng không ít hơn 2.
Sai lệch giữa 2 lần không quá 0.03 g/cm3, với đất bão hòa hay không đồng nhất
thì chấp nhận cho sai lệch quá 0.03 g/cm3 nhưng phải ghi kèm giá trị biên.
Khối lượng thể tích của mẫu đất nguyên trạng là trung bình cộng của các kết quả
làm song song này, biểu diễn với độ chính xác đến 0,01 g/cm³.
a) Phương pháp dao vòng
Dụng cụ thí nghiệm
- Cân kỹ thuật có độ chính xác 0.01g.
- Dao vòng làm bằng kim loại không gỉ, có mép cắt sắc.
 Thể tích: V≥50 cm³.
 Đường kính trong:
+ dtrong≥ 40 mm đối với đất loại sét đồng nhất.
+ dtrong≥50 mm đối với đất cát bụi và đất cát mịn.
+ dtrong≥100 mm đối với đất cát thô và đất lẫn sỏi sạn.
 Chiều dày thành dao:

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 6

ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

+ t = 1,50 – 2,00 mm đối với đất cát bụi, đất cát mịn, đất cát
thô, đất lẫn sỏi sạn.
+ t = 0,04 mm đối với đất loại sét đồng nhất.
Trình tự thí nghiệm như sau:
Bước 1: dùng thước kẹp đo đường kính trong (d) và chiều cao (h) của dao vòng
→ tính toán thể tích của dao vòng (V) bằng cm³ với độ chính xác đến chữ số thập
phân thứ hai, sau dấu phẩy. Cân để xác định khối lượng của dao vòng (m2) với độ
chính xác đến 0,1 % khối lượng.
Bước 2: dùng dao thẳng gọt bằng mặt mẫu đất và đặt đầu sắc của dao vòng lên
chỗ lấy mẫu. Giữ dao vòng bằng tay trái và dùng dao thẳng gọt xén dưới dao vòng
trụ đất có chiều cao khoảng từ 1 cm đến 2 cm và đường kính lớn hơn đường kính
ngoài của dao vòng khoảng từ 0,5 mm đến 1 mm. Sau đó ấn nhẹ dao vòng vào trụ
đất theo chiều thẳng, có thể dùng kèm dụng cụ định hướng. Tiếp tục gọt khối đất và
ấn dao vòng cho đến khi dao vòng hoàn toàn đầy đất. Để đất không bị nén khi ấn
dao vòng, nên lắp thêm vòng đệm lên phía trên dao vòng.
Bước 3: lấy vòng đệm ra, dùng dao thẳng cắt gọt phần đất thừa nhô lên trên
miệng dao vòng và đậy lên trên dao vòng một tấm kính (hoặc tấm kim loại) phẳng
đã được cân trước (m3). Cắt đứt trụ cách mép dưới của dao vòng khoảng 10 mm.
Với đất loại cát, sau khi dao vòng đã ấn ngập xuống rồi thì dùng dao thẳng đào gọt
đất xung quanh dao vòng và dùng công cụ nhỏ dạng xẻng lấy cả phần đất phía dưới
lên. Tiếp theo, lật ngược dao vòng có đất, sau đó gạt bằng mặt và đậy dao vòng
bằng một tấm kính (hoặc kim loại) giống mặt kia.
Bước 4: cân dao vòng có mẫu đất và các tấm đậy ở hai mặt với độ chính xác đến
0,1% khối lượng (m1). 7auk hi cân xong, lấy một phần đất trong dao vòng cho vào

các hộp có khối lượng đã biết trước hoặc lấy toàn bộ đất trong dao vòng đem sấy
khô để xác định độ ẩm của đất.
Bước 5: tính khối lượng riêng theo công thức sau:


m1  m2  m3
V

Trong đó:
+ m1 là khối lượng dao vòng có đất và các tấm đậy, tính bằng gam (g).
+ m2 là khối lượng dao vòng, tính bằng gam (g).
+ m3 là khối lượng các tấm đậy, tính bằng gam (g).

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 7


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

+ V là thể tích của mẫu đất trong dao vòng, tính bằng xentimet khối (cm³).

b) Phương pháp bọc sáp
Dụng cụ thí nghiệm:

o Cân kỹ thuật có độ chính xác 0.01g.
o Sáp trắng nguyên chất, dụng cụ để nấu sáp và đã kiểm tra để biết
trước khối lượng thể tích.
o Kim, chỉ, giấy thấm, dao cắt gọt đất.
o Dụng cụ xác định độ ẩm.
Trình tự thí nghiệm như sau:
Bước 1: cắt gọt các góc cạnh của mẫu đất thí nghiệm để nó có hình bầu dục với
cấu trúc nguyên trạng và độ ẩm tự nhiên, với thể tích không nhỏ hơn 30 cm³. Cân để
xác định khối lượng của mẫu đất trong không khí, với độ chính xác đến 0,1% khối
lượng (m).
Bước 2: sau khi đã nấu chảy sáp, dùng chỉ buộc mẫu và nhúng nó vào sáp nóng
chảy ở nhiệt độ từ 57°C đến 60°C trong 1-2 giây. Lúc đầu, nhúng một phía, sau đó
lật phía khác. Sau khi để nguội, loại trừ những bọt khí tạo thành trên lớp sáp bằng
cách dùng mũi kim nung nóng châm thủng và làm phẳng lại. Sau đó, nhúng thêm lần
nữa để mẫu đất được bọc kín một vỏ sáp dày khoảng từ 0,5 mm đến 1 mm. Cân mẫu
đất trong không khí với độ chính xác đến 0,1% khối lượng (m1).
Bước 3: đặt một cốc nước lên bệ nằm phía trên đĩa cân thủy tĩnh (xem hình bên
dưới), sao cho khối lượng của nó không truyền lên cánh tay đòn của cân. Buộc vào
đầu mẫu đất bọc sáp một sợi chỉ nhỏ dài đủ để mẫu chìm hoàn toàn trong nước mà
không chạm đáy, treo lên cánh tay đòn của cân và thả nhẹ nhàng vào cốc nước. Xác
định khối lượng của mẫu đất bọc sáp ở trong nước bằng cân thuỷ tĩnh hoặc cân kĩ
thuật với độ chính xác đến 0,1% khối lượng (m2).
Bước 4: lấy mẫu đất bọc sáp ra khỏi nước và lau khô bằng giấy thấm. Sau đó cân
lại trong không khí một lần nữa để kiểm tra xem nước có thấm vào mẫu đất hay
không. Nếu sự chênh lệch khối lượng giữa hai lần cân lớn hơn 0,2 % khối lượng ban
đầu của mẫu bọc sáp, thì phải vứt bỏ mẫu thí nghiệm đi và chuẩn bị lại mẫu khác.
Bước 5: tháo bỏ lớp vỏ sáp và đặt tất cả mẫu đất vào trong một cốc khác đã biết
trước khối lượng, để xác định độ ẩm của đất. Nếu khi tháo bỏ vỏ sáp mà đất bị dính
theo, thì phải cân lại khối lượng đất ướt trước khi đem sấy khô đến khối lượng không
đổi.

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 8


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

Bước 6: Khối lượng thể tích của mẫu đất được tính bằng g/cm3 theo công thức
sau:

w 

n  p m
 p (m1  m2 )   n (m1  m)

Trong đó:
+ m là khối lượng mẫu đất trước khi bọc sáp (g);
+ m1 là khối lượng mẫu đất đã bọc sáp (g);
+ m2 là khối lượng mẫu đất bọc sáp cân trong nước (g);
+ n là khối lượng riêng của nước, lấy bằng 1 g/cm³.
+ p là khối lượng riêng của sáp, p = 0,9 g/cm³ (hoặc xác định trước).

Hình 2.1 Dụng cụ thí nghiệm theo phương pháp bọc sáp

c) Phương pháp đo thể tích bằng dầu hỏa
Dụng cụ thí nghiệm:
o Bình thủy tinh lớn có đường kính 35 mm, cao không dưới 200
mm, thể tích không nhỏ hơn 200 cm3, có gắn ống thủy tinh thông
nhau có đường kính không quá 5 mm (xem Hình 2.2).
o Lưới thép tạo hình giỏ xách (xem Hình 2.2) để chứa mẫu. Phần
giỏ chứa mẫu cao khoảng 50 mm, đáy phải có đường kính nhỏ
hơn bình thủy tinh khoảng 5 mm (xem Hình 2.2).
Chú ý: trước khi làm thí nghiệm phải chia vạch thể tích ống thủy tinh như sau:
Đổ nước vào bình sao cho mực nước dâng đến khoảng 1/3 ống thủy tinh nhỏ, cân
bình nước (m1).

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 9


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

Đổ nước thêm vào đến khi mực nước gần bằng chiều cao ống thủy tinh thì cân lại
bình và nước (m2).
Từ hiệu số (m2 – m1) ta suy ra thể tích nước thêm vào tương ứng độ tăng cột nước.
Dựa vào đó ta vạch thêm các vạch để chia thể tích cho ống thủy tinh, biến ống

thủy tinh thành thước đo thể tích chất lỏng trong bình chứa.
Trình tự thí nghiệm:

Hình 2.2 Dụng cụ thí nghiệm đo thể tích bằng dầu hỏa

Bước 1: thả lưới thép vào bình đựng nước để xác định thể tích lưới thép (Vlưới).
Bước 2: dùng dao gọt mẫu sao cho thể tích không nhỏ hơn 50 cm3, có thể để gọn
trong lưới thép, chiều cao không quá 2 lần chiều cao lưới thép. Cân mẫu này (M) (sai
số không quá 0.1% khối lượng).
Bước 3: để mẫu vào lưới thép rồi thả lưới thép ngập vào bình đựng dầu hỏa rồi
giữ ở đó đến khi không còn bọt khí thoát ra. Lúc này mẫu sẽ được bão hòa bằng dầu
hỏa. Sau đó lấy mẫu ra để bên ngoài cho dầu hỏa thừa chảy ra hết.
Bước 4: đặt bình đựng dầu hỏa lên mặt phẳng, điều chỉnh cho thật ngang bằng,
đổ dầu hỏa vào cho mặt khum dưới của dầu hỏa tới 1/3 ống thủy tinh, đánh dấu mặt
khum này (với độ chính xác 0.25 vạch chia).
Bước 5: thả lưới thép có mẫu đã bão hòa dầu hỏa vào, đánh dấu mặt khum dưới
của dầu hỏa lúc này (với độ chính xác 0.25 vạch chia). Hiệu số thể tích 2 lần đo này
là thể tích của lưới thép và mẫu (Vlưới+mẫu).
Bước 6: lấy mẫu ra khỏi lưới thép, đặt vào cốc đã biết trước khối lượng, đem sấy
khô để xác định độ ẩm.
Bước 7: xác định thể tích mẫu và khối lượng riêng mẫu đất theo công thức:
Vmẫu = Vlưới+mẫu – Vlưới

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

;



M
Vluoi  mau  Vluoi

Trang 10


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

2.2.1.2 Các phương pháp thí nghiệm hiện trường
Ngoài các phương pháp thí nghiệm trong phòng như trên, trong trường
hợp cát hoặc đất chứa nhiều hạt to dính ít không lấy mẫu nguyên dạng được có
thể đo tại hiện trường như thí nghiệm nón cát hay suy từ kết quả hiện trường như
xuyên động (SPT), hoặc xuyên tĩnh (CPT), đo vận tốc sóng đi qua lớp đất này
từ đáy hố khoan dò.
Phương pháp nón cát
Theo ASTM D1556 [2] trình tự thí nghiệm như sau:
Đào hố thí nghiệm.
Cân mẫu đất đào lên (M).
Cát dùng thí nghiệm phải khô, sạch, có cỡ hạt lớn nhất phải lọt qua sàng No.10
(đường kính lỗ ray 2mm) và phải ít hơn 3% lọt sàng No.60 (0.025mm). Ngoài ra
hệ số không đồng nhất Cu=D60/D10 < 2.
Dùng thí nghiệm đổ cát từ bình vào hố. Dựa vào thể tích cát còn lại
→
Vhố = Vđất.
Khối lượng riêng mẫu đất được tính ρ = M/Vđất

Hình 2.3 Dụng cụ và thí nghiệm nón cát tại hiện trường

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 11


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

2.2.2 Xác định khối lượng riêng khô
Theo TCVN 4195:2012 - Đất xây dựng - Phương pháp xác định khối lượng
riêng trong phòng thí nghiệm [3], để có khối lượng phần hạt cứng Ms, ta sấy mẫu
đất ở 105oC trong 24 giờ đến khối lượng không đổi để loại hết nước trọng trường và
nước hút bám.
d 

Ms
V

Có 2 phương pháp xác định khối lượng riêng khô của đất:
PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

PHẠM VI ỨNG DỤNG

Phương pháp dùng nước cất

Đất không chứa muối

Phương pháp dùng dầu hỏa

Đất chứa muối

Kết quả thí nghiệm:
- Đối với mỗi mẫu đất, cần phải tiến hành song song 2 mẫu, kết quả 2 mẫu phải
không được chênh lệch quá 0.02 g/cm3. Khối lượng riêng của đất là giá trị
trung bình của 2 lần thí nghiệm này.
- Cần phải sử dụng nước cất trong trường hợp đất không chứa muối và dùng dầu
hỏa trong trường hợp đất có chứa muối.
Dụng cụ thí nghiệm
- Nước cất dùng cho đất không chứa muối hoặc dầu hỏa đã được lọc sạch và
khử nước (4.1 trang 5 – TCVN 4195 – 2012).
- Cân kỹ thuật có độ chính xác đến 0.01g.
- Bình tỷ trọng có dung tích đến 100 cm3.
- Bơm chân không có cả bình hút chân không.
- Tỷ trọng kế.
Phương pháp dùng nước cất:
Chuẩn bị thí nghiệm:
 Bằng phương pháp chia tư lấy 100g đến 200g đất nghiền cho qua rây
N02.
 Sấy đất lọt qua rây ở nhiệt độ 1050C đến khối lượng không đổi. Sau đó
đem 15g bột đất cho vào bình tỷ trọng.
Trình tự thí nghiệm:

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 12


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

 Bước 1: Cân khối lượng bình tỷ trọng và đất rồi đem trừ khối lượng
bình tỷ trọng được khối lượng m1.
Khối lượng khô tuyệt đối m0:
m0 

m1
;
1  0.01wh

wh : là lượng hút ẩm của đất (%)

 Bước 2: Để không khí thoát ra phải đổ nước cất vào một nửa bình tỷ
trọng rồi đun sôi, lắc đều. Thời gian đun đối với đất cát và cát pha là 30
min, đất sét và sét pha là 1h. Sau đó để nguội huyền phù (nước và đất)
ở nhiệt độ phòng.
 Bước 3: Cân bình chứa đầy huyền phù được khối lượng m2 .
 Bước 4: Đổ huyền phù ra và rửa sạch bình, sau đó cho nước cất đun sôi

vào bình và làm nguội đến nhiệt độ của huyền phù. Cân bình tỷ trọng
chứa nước được khối lượng m3 .
 Bước 5: Xác định khối lượng riêng khô:
d 

m0
 n ;
m0  m3  m2

 n : khối lượng riêng của nước xác định ở nhiệt độ phòng.

Phương pháp dùng dầu hỏa:
Chuẩn bị thí nghiệm:
 Bằng phương pháp chia tư lấy 100g đến 200g đất nghiền cho qua rây
N02.
 Sấy đất lọt qua rây ở nhiệt độ 1050C đến khối lượng không đổi. Sau đó
đem 15g bột đất cho vào bình tỷ trọng.
Trình tự thí nghiệm:
 Bước 1: Cân khối lượng bình tỷ trọng và đất rồi đem trừ khối lượng
bình tỷ trọng được khối lượng m1.
Khối lượng khô tuyệt đối m0:

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 13

ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

m0 

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

m1
;
1  0.01wh

wh : là lượng hút ẩm của đất (%)

 Bước 2: Để không khí thoát ra phải đổ dầu hỏa vào một nửa bình tỷ
trọng rồi đun sôi, lắc đều. Thời gian đun đối với đất cát và cát pha là 30
min, đất sét và sét pha là 1h. Sau đó để nguội huyền phù (dầu hỏa và
đất) ở nhiệt độ phòng.
 Bước 3: Cân bình chứa đầy huyền phù được khối lượng m2 .
 Bước 4: Đổ huyền phù ra và rửa sạch bình, sau đó cho dầu hỏa vào bình
và làm nguội đến nhiệt độ của huyền phù. Cân bình tỷ trọng chứa dầu
hỏa được khối lượng m3 .
 Bước 5: Xác định khối lượng riêng khô:

d 

m0
 1 ;
m0  m3  m2

1 : khối lượng riêng của dầu hỏa xác định ở nhiệt độ phòng.

2.2.3 Xác định khối lượng riêng hạt
Để có thể tích phần hạt cứng Vs, ta cho mẫu đất đã sấy khô vào bình nước
đã biết thể tích rồi đo thể tích nước bị hạt chiếm chổ. Có thể loại bỏ bọt khí
bằng cách hút chân không hay đun nóng hỗn hợp đất và nước.

s 

Ms
Vs

2.2.4 Xác định độ ẩm
Theo TCVN 4196:2012 - Đất xây dựng - Phương pháp xác định độ ẩm, độ
hút ẩm trong phòng thí nghiệm. [4]

- Nguyên lý thí nghiệm:
Mẫu thí nghiệm được đem sấy ở nhiệt độ 110˚ ± 5˚C.
Khối lượng mất đi trong khi sấy được xem là khối lượng nước.
Độ ẩm được tính dựa vào % khối lượng nước và khối lượng mẫu.

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 14


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

Thông thường tại một độ sâu lấy mẫu thường thí nghiệm 2 lần sau đó lấy độ ẩm
bằng giá trị trung bình độ ẩm của 2 lần thí nghiệm

- Dụng cụ thí nghiệm:
Cân kỹ thuật có độ chính xác 0.01g cho mẫu có khối lượng dưới 200g, độ chính
xác 0.1g cho mẫu có khối lượng trên 200g.
Hộp nhôm, tủ sấy.

- Mẫu thí nghiệm:
Mẫu đem thí nghiệm trong điều kiện tự nhiên phải có các thành phần khoáng
không hoà tan trong nước.
Trong trường hợp mẫu có tính xi măng, vật liệu hữu cơ (dễ bị phân huỷ ở 110ºC)
hay mẫu có chứa nhiều khoáng thạch cao (dễ bị mất nước khi sấy), người ta sấy
ở nhiệt độ 60ºC. Tuy nhiên độ ẩm sẽ khác với trường hợp sấy ở 110ºC.
Mẫu được bảo quản trong kho chứa ở nhiệt độ xấp xỉ 3ºC ÷ 30ºC. Tránh tiếp xúc
mẫu với ánh sáng.

- Trình tự thí nghiệm:
Cân hộp nhôm, được M1.
Lấy mẫu đất thí nghiệm cho vào hộp cân, được M2.
Mở nắp cho vào tủ sấy ở nhiệt độ 105ºC cho đến lúc khô, cân được M3. Thời gian
sấy tùy thuộc vào kích cỡ mẫu, loại tủ sấy,... thường người ta để mẫu qua đêm (từ
12–16h).
Độ ẩm được tính theo công thức sau:

w

M2  M3
M 3  M1

2.2.5 Xác định tỉ trọng hạt
Dùng cho hạt vượt qua mắt rây No. 4 (4.76mm). Trong trường hợp hạt còn
trên rây số 4, có thể tiến hành phân tích thông qua ASTM-C127 [5]. Ở đây
chỉ trình bày trường hợp phổ biến theo ASTM-D854 [6].
Có 2 phương pháp tiến hành phân tích tỉ trọng hạt:

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 15


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

Phương pháp A: phân tích theo mẫu được đã sấy khô.
Phương pháp B: phân tích theo mẫu ẩm, thường dùng cho đất hữu cơ, đất có tính
nén lún cao, đất hạt mịn...

Hình 2.4 Dụng cụ thí nghiệm tỷ trọng hạt

- Dụng cụ thí nghiệm:
Bình tỉ trọng, thông dụng là V=500ml.

Cân kĩ thuật độ chính xác 0.01g.
Nhiệt kế.
Bơm chân không.
Sàng N04, N010.
Cối sứ, chày sứ.
- Mẫu thí nghiệm:
Khối lượng mẫu cần để thí nghiệm:
100% hạt lọt qua sàng N010 (2mm): 20g
100% hạt lọt qua sàng N04 (4.75mm):100g
Mẫu đem thí nghiệm trong điều kiện tự nhiên phải có các thành phần khoáng
không hoà tan trong nước.
Phương pháp A:
- Sấy khô mẫu ở nhiệt độ 110±5˚C cho nước thoát ra.
- Cân bình tỉ trọng được Mp.
- Cho mẫu đất vào bình. Cân bình và đất được Mp’.
- Khối lượng đất khô là: Ms = Mp’ - Mp.
- Cho nước vào bình. Lượng nước phải đủ bao lấy toàn bộ mẫu đất. Ngâm
tối thiểu trong 12h cho nước thấm đều trong đất.
- Loại bỏ khí trong đất bằng cách đun sôi tối thiểu 10’. Khi đó trong bình chỉ
còn khối lượng của đất ẩm và nước. Để cho nguội.

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 16

ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

- Cho nước cất vào bình đến vạch hiệu chỉnh (tiến hành nhẹ nhàng để không
làm xuất hiện bong bong nước trong mẫu đất). Cân xác định được khối
lượng của bình chứa nước và đất Mpws.
- Đặt nhiệt kế vào trong nước để xác định nhiệt độ Tx của bình chứa nước và
đất.
- Xác định khối lượng bình và nước Mpw như sau:
o Cân bình tỉ trọng Mp.
o Cho nước cất vào bình cân Mpw.
o Cho nhiệt kế vào xác định nhiệt độ nước đang thí nghiệm Ti.
o Do khối lượng riêng của nước thay đổi theo nhiệt độ nên tiến hành hiệu
chỉnh giá trị Mpw tại nhiệt độ Ti theo nhiệt độ Tx bằng công thức:

M pw (Tx ) 

 w (Tx )
 M (T )  M p   M p
 w (Ti )  pw i

o Tỉ trọng hạt ở nhiệt độ 20˚C là:

Gs 

K .M s
M s  M pw (Tx )
M pws

Trong đó K là hệ số chuyển đổi từ nhiệt độ Tx về nhiệt độ 20˚C (tại 20˚C: K=1),
tra theo bảng 2.3.
Phương pháp B:
- Lấy đất xác định độ ẩm w.
- Cân bình tỉ trọng được Mp.
- Cho mẫu đất vào bình. Cân bình và đất được Mp’.
- Khối lượng đất ẩm M = Mp’ - Mp.
- Xác định khối lượng đất khô trong mẫu dựa vào công thức: M s 

M
1 w

- Cách xác định Mpws, Mpw, Gs tương tự như phương pháp A

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 17


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

Bảng 2.3 Bảng tra hệ số điều chỉnh K theo nhiệt độ
STT
1

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

Nhiệt độ
(oC)

Khối lượng riêng của
nước (g/ml)

16,
16,
0

17,
5
17,
0
18,
5
18,
0
19,
5
19,
0
20,
5
20,
0
21,
5
21,
0
22,
5
22,
0
23,
5
23,
0
24,
5

24,
0
25,
5
25,
0
26,
5
0

0,99897
0,99889
0,99880
0,99871
0,99862
0,99853
0,99843
0,99833
0,99823
0,99812
0,99802
0,99791
0,99780
0,99768
0,99757
0,99745
0,99732
0,99720
0,99707
0,99694

0,99681

Hệ số điều chỉnh K
1,0007
1,0007
1,0006
1,0005
1,0004
1,0003
1,0002
1,0001
1,0000
0,9999
0,9998
0,9997
0,9996
0,9995
0,9993
0,9992
0,9991
0,9990
0,9988
0,9987
0,9986

Bảng 2.4 Giá trị GS tham khảo cho một số loại đất

Loại đất

Gs

Cát (Sand)

2.65-2.67

Á cát (Silty sand)

2.67-2.70

Sét (Inorganic clay)

2.70-2.80

Đất có lẫn mica hoặc sắt
(Soil with mica or iron)

2.75-3.00

Đất hữu cơ (Organic soil)

Khác nhau, nhưng có thể dưới 2.00

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 18