Tiểu luận địa chất công trình nâng cao chỉ tiêu vật lý của đất các giới hạn atterberg

ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

MỤC LỤC

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 1


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

DANH MỤC HÌNH ẢNH

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 2


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

DANH MỤC BẢNG BIỂU

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 3


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

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.
Haï
Hạtt

Khí
MMv
v
Mw
Nướcc
M w
Nöôùc M Ma
M

Khí

V
Khí

Nước
Nöôù
c

V

M

M

M
s

V
a v
Vw V
wV v

Hạt

V
s

Hình 1.1 Sơ đồ các thành phần cấu thành đất
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 4


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

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 5

ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

Chú thích:

A.9:

A.1:
A.2

A.10:

(với c, φ)

A.3:
A.11:

(với φ)

A.4:
A.12:
c, φ)

(với

A.5:
A.13:

(với Rn)

A.6:
A.7:

(với c, φ)

A.8:

(với Rn, γ)

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

A.14:

1570160
1570161

(với γ)

Trang 6


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%.


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.

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.

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 ρ s, đơn vị
tính là g/cm3, T/m3.

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

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

Trọng lượng riêng đẩy nổi: là trọng lượng riêng của đất dưới mực nước ngầm có
xét lực đẩy Archimède. Đơn vị: KN/m3
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.
Tỷ trọng đất khô: là tỷ số giữa trọng lượng riêng khô và trọng lượng riêng của
nước.


Tỷ trọng hạt: là tỷ số giữa trọng lượng riêng hạt và trọng lượng riêng của nước.
Tỷ trọng đẩy nổi: là tỷ số giữa trọng lượng riêng đẩy nổi và trọng lượng riêng
của nước.
2.1.4 Hệ số rỗng e
Là tỷ số giữa thể tích phần lỗ rỗng và thể tích phần hạt rắn.
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].

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.

2.1.7 Thể tích riêng v
Là tỷ số giữa thể tích tự nhiên và thể tích phần hạt rắn.
2.1.8 Độ bão hòa Sr
Là tỷ số giữa thể tích nước và thể tích lỗ rỗng. Đơn vị: %
+ 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.


Chỉ
tiêu
cần
tính

Các chỉ tiêu đã biết

Gs

w
(%
)

x

x

x

x
x
x

x

x

x
x
x

x

x

x

x

x
x

x

x
x
x

x

ST
T

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

x

x

Công thức tính

x

x
x

e

1

e

2

e

3

n

4

γ

5

γs

6

γs

7

Sr

8

Sr

9

γd

10

γd

11

γd

12

γsub

13

Bảng 2.1 Công thức tính đổi các chỉ tiêu vật lý thường dùng


I 2.2 Các phương pháp thí nghiệm
II 2.2.1 Xác định khối lượng riêng tự nhiên
III 2.2.1.1 Các phương pháp thí nghiệm trong phòng
IV - 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:

V

Bảng 2.2 Các phương pháp thí nghiệm xác định khối lượng riêng tự nhiên

VI PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

VII

PHẠM VI ỨNG DỤNG

VIII Phương pháp dao vòng

IX Đất dính

X Phương pháp bọc sáp

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

XII

Phương pháp đo thể tích bằng
dầu hỏa

XIII 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:

XIV Số lần thí nghiệm cho mỗi mẫu nguyên trạng tùy vào độ đồng nhất của loại
đất, nhưng không ít hơn 2.
XV Sai lệch giữa 2 lần không quá 0.03 g/cm 3, 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.
XVI 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
XVII Dụng cụ thí nghiệm
- Cân kỹ thuật có độ chính xác 0.01g.
XVIII
- Dao vòng làm bằng kim loại không gỉ, có mép cắt sắc.
 Thể tích: V≥50 cm³.
 Đường kính trong:
XIX

+ dtrong≥ 40 mm đối với đất loại sét đồng nhất.

XX + dtrong≥50 mm đối với đất cát bụi và đất cát mịn.
XXI
sạn.

+ dtrong≥100 mm đối với đất cát thô và đất lẫn sỏi

 Chiều dày thành dao:


XXII
+ t = 1,50 – 2,00 mm đối với đất cát bụi, đất cát
mịn, đất cát thô, đất lẫn sỏi sạn.
XXIII

+ t = 0,04 mm đối với đất loại sét đồng nhất.

XXIVTrình tự thí nghiệm như sau:
XXV
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.
XXVI
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.
XXVII 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.
XXVIII 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). …auk 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.
XXIX

Bước 5: tính khối lượng riêng theo công thức sau:

XXX
XXXITrong đó:
XXXII

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

XXXIII + m2 là khối lượng dao vòng, tính bằng gam (g).
XXXIV + m3 là khối lượng các tấm đậy, tính bằng gam (g).
XXXV

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

XXXVI


a Phương pháp bọc sáp
XXXVII 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.
XXXVIII Trình tự thí nghiệm như sau:
XXXIX 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).
XL 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).
XLI
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).
XLII
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.
XLIII
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.
XLIV
XLV
Bước 6: Khối lượng thể tích của mẫu đất được tính bằng g/cm3 theo
công thức sau:


XLVI

XLVII Trong đó:
XLVIII + m là khối lượng mẫu đất trước khi bọc sáp (g);
XLIX

+ m1 là khối lượng mẫu đất đã bọc sáp (g);

L + m2 là khối lượng mẫu đất bọc sáp cân trong nước (g);
LI + ρn là khối lượng riêng của nước, lấy bằng 1 g/cm³.
+ ρp là khối lượng riêng của sáp, ρp = 0,9 g/cm³ (hoặc xác định

LII

Hình 2.3 Dụng cụ thí nghiệm theo phương pháp bọc sáp

trước).
a Phương pháp đo thể tích bằng dầu hỏa
LIII 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 cm 3, có gắn ống thủy tinh
thông nhau có đường kính không quá 5 mm (xem Error:
Reference source not found).
o Lưới thép tạo hình giỏ xách (xem Error: Reference source not
found) 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 Error: Reference source not found).
LIV Chú ý: trước khi làm thí nghiệm phải chia vạch thể tích ống thủy tinh như
sau:
LV Đổ nước vào bình sao cho mực nước dâng đến khoảng 1/3 ống thủy tinh
nhỏ, cân bình nước (m1).
LVI Đổ nước thêm vào đến khi mực nước gần bằng chiều cao ống thủy tinh thì

cân lại bình và nước (m2).


LVII 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.
LVIIITrình tự thí nghiệm:
LIX
Bước 1: thả lưới thép vào bình đựng nước để xác định thể tích lưới
thép (Vlưới).
LX Bước 2: dùng dao gọt mẫu sao cho thể tích không nhỏ hơn 50 cm 3, 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).
LXI
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
Hình 2.2 Dụng cụ thí nghiệm đo thể tích bằng dầu hỏa

hòa bằng dầu hỏa. Sau đó lấy mẫu ra để bên ngoài cho dầu hỏa thừa chảy ra hết.
LXII
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).
LXIII
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).
LXIV
Bước 6: lấy mẫu ra khỏi lưới thép, đặt vào cốc đã biết trước khối
lượng, đem sấy khô để xác định độ ẩm.

LXV
thức:
LXVI

Bước 7: xác định thể tích mẫu và khối lượng riêng mẫu đất theo công
Vmẫu = Vlưới+mẫu – Vlưới

;

LXVII 2.2.1.2 Các phương pháp thí nghiệm hiện trường
LXVIII 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.
LXIX Phương pháp nón cát
LXX Theo ASTM D1556 [2] trình tự thí nghiệm như sau:


LXXIĐào hố thí nghiệm.
LXXII
Cân mẫu đất đào lên (M).
LXXIII
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.
LXXIV
Dùng thí nghiệm đổ cát từ bình vào hố. Dựa vào thể tích cát còn lại
→ Vhố = Vđất.
LXXV

Khối lượng riêng mẫu đất được tính ρ = M/Vđất
LXXVI

1

Hình 2.4 Dụng cụ và thí nghiệm nón cát tại hiện trường


LXXVII
2.2.2 Xác định khối lượng riêng khô
LXXVIII 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.

LXXIX
LXXX
LXXXI

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

LXXXII

PHẠM VI ỨNG DỤNG

LXXXIII

Phương pháp dùng nước cất

LXXXIV

Đất không chứa muối

LXXXV

Phương pháp dùng dầu hỏa

LXXXVI

Đất chứa muối

LXXXVII
LXXXVIII 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.
LXXXIX

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.

XC Phương pháp dùng nước cất:
XCI 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 105 0C đến khối lượng không đổi. Sau
đó đem 15g bột đất cho vào bình tỷ trọng.


XCII 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.
XCIII

Khối lượng khô tuyệt đối m0:

XCIV

;

XCV

: 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 .
• 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 .
• Bước 5: Xác định khối lượng riêng khô:

XCVI
XCVII

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

XCVIII
XCIX Phương pháp dùng dầu hỏa:
C 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 105 0C đến khối lượng không đổi. Sau
đó đem 15g bột đất cho vào bình tỷ trọng.
CI 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.
CII

Khối lượng khô tuyệt đối m0:


CIII
CIV

;
: 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 .
• 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 .
• Bước 5: Xác định khối lượng riêng khô:

CV
CVI

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

CVII
CVIII2.2.3 Xác định khối lượng riêng hạt
CIX 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.

CX
CXI 2.2.4 Xác định độ ẩm
CXIITheo TCVN 4196:2012 - Đất xây dựng - Phương pháp xác định độ
ẩm, độ hút ẩm trong phòng thí nghiệm. [4]
CXIII
- Nguyên lý thí nghiệm:
CXIVMẫu thí nghiệm được đem sấy ở nhiệt độ 110˚ ± 5˚C.
CXV Khối lượng mất đi trong khi sấy được xem là khối lượng nước.

CXVIĐộ ẩm được tính dựa vào % khối lượng nước và khối lượng mẫu.


CXVII
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
CXVIII
- Dụng cụ thí nghiệm:
CXIXCân 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.
CXX Hộp nhôm, tủ sấy.
CXXI
- Mẫu thí nghiệm:
CXXII
Mẫu đem thí nghiệm trong điều kiện tự nhiên phải có các thành phần
khoáng không hoà tan trong nước.
CXXIII
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.
CXXIV
Mẫu được bảo quản trong kho chứa ở nhiệt độ xấp xỉ 3ºC ÷ 30ºC.
Tránh tiếp xúc mẫu với ánh sáng.
CXXV
- Trình tự thí nghiệm:
CXXVI
Cân hộp nhôm, được M1.
CXXVII Lấy mẫu đất thí nghiệm cho vào hộp cân, được M2.
CXXVIII 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).
CXXIX
Độ ẩm được tính theo công thức sau:

CXXX
CXXXI
2.2.5 Xác định tỉ trọng hạt
CXXXII 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].
CXXXIII Có 2 phương pháp tiến hành phân tích tỉ trọng hạt:
CXXXIV Phương pháp A: phân tích theo mẫu được đã sấy khô.
CXXXV
Phương pháp B: phân tích theo mẫu ẩm, thường dùng cho đất hữu cơ,
đất có tính nén lún cao, đất hạt mịn...


- Dụng cụ thí nghiệm:
CXXXVI Bình tỉ trọng, thông dụng là V=500ml.
CXXXVII Cân kĩ thuật độ chính xác 0.01g.
CXXXVIII Nhiệt kế.
CXXXIX Bơm chân không.
CXL Sàng N04, N010.
CXLICối sứ, chày sứ.
CXLII
Hình 2.5 Dụng cụ thí nghiệm tỷ trọng hạt

- Mẫu thí nghiệm:
CXLIII

Khối lượng mẫu cần để thí nghiệm:
CXLIV
100% hạt lọt qua sàng N010 (2mm): 20g
CXLV
100% hạt lọt qua sàng N04 (4.75mm):100g
CXLVI
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.
- 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:

CXLVII

o Tỉ trọng hạt ở nhiệt độ 20˚C là:


CXLVIII
CXLIX
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:
- Cách xác định Mpws, Mpw, Gs tương tự như phương pháp A
CL


CLI
CLII

Bảng 2.3 Bảng tra hệ số điều chỉnh K theo nhiệt độ
S CLIII

TT

Nhiệt độ
(oC)

CLIV Khối lượng riêng

CLV

của nước (g/ml)

Hệ số điều
chỉnh K

CCXL
CCXLI

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

CCXLII

Loại đất

CCXLIII

Gs

CCXLIV

Cát (Sand)

CCXLV

2.65-2.67

CCXLVI

Á cát (Silty sand)

CCXLVII 2.67-2.70

CCXLVIII Sét (Inorganic clay)

CCXLIX

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

CCLI
2.75-3.00

CCLII

CCLIII
Khác nhau, nhưng có thể
dưới 2.00

CCLIV
CCLV

Đất hữu cơ (Organic soil)

2.70-2.80


CHƯƠNG 3
CÁC GIỚI HẠN ATTERBERG

CCLVI
Đất rời và đất dính có những trạng thái cơ bản khác nhau. Đất
dính thường là đất hạt mịn và có một hàm lượng hạt sét lớn hơn 3%, nó thay đổi
trạng thái theo độ chứa nước và thể hiện tính dẻo. Ngoài ra, tính dẻo của đất phụ
thuộc vào hàm lượng hạt sét mà nó chứa nên các giá trị giới hạn Atterberg thường
được sử dụng để phân loại đất

CCLVII 3.1 Các chỉ tiêu trạng thái đất dính
CCLVIII
Tính chất xây dựng của đất dính phụ thuộc đáng kể vào độ ẩm
(độ chứa nước) mà cụ thể là các lớp nước liên kết vật lý thuộc phần vò nước bao
quanh các hạt đất. Có thể tạm chia các trạng thái thường gặp trong đất dính như
sau:
- Trạng thái cứng: Khi đất hoàn toàn khô, độ ẩm bằng không.
- Trạng thái nửa cứng và trạng thái dẻo: Độ ẩm tăng dần ứng với lớp nước
hút bám mạnh, lúc này thể tích mẫu đất chưa thay đổi, Tuy nhiên đến một
giai đoạn mà lớp nước hút bám đạt đầy đủ, độ dày các vỏ nước tăng lên đẩy
các hạt đất ra xa nhau  thể tích đất tăng dần, đất chuyển sang trạng thái
nửa cứng. Nếu tiếp tục tăng độ ẩm, đất chuyển sang trạng thái dẻo.
- Trạng thái lỏng: Việc tăng độ ẩm đến khi làm xuất hiện nước tự do trong
đất, đất sẽ chuyển sang trạng thái lỏng.
- Trạng thái huyền phù: Nếu khi quá nhiều nước, đất sang trạng thái huyền
phù.
CCLIX

Trạng thái đất dính theo độ ẩm được thể hiện trong Hình 3.6

Hình 3.6 Trạng thái đất dính theo độ ẩm

CCLX Các giới hạn Atterberg được nhà khoa học người Thụy Điển Albert
Atterberg đưa ra vào năm 1911. Hiện nay, trong lĩnh vực Địa kỹ thuật, hiện có 3
giới hạn đặc trưng, đó là:
- Giới hạn nhão (Liquid limit)
- Giới hạn dẻo (Plastic limit)
- Giới hạn co (Shrinkage limit)
CCLXI
Các giới hạn này bản chất là độ ẩm của mẫu đất ở vùng biên giới
chuyển tiếp từ trạng thái này sang trạng thái khác của đất dính. Cụ thể:
- Giới hạn chảy (Liquid limit): tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết
cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng chảy. Ký hiệu: W L hoặc
LL
- Giới hạn dẻo (Plastic limit): tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết cấu
bị phá hoại chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo. Ký hiệu: W P hoặc
PL
- Giới hạn co (Shrinkage Limit): là độ chứa nước ứng với biên giới giữa trạng
thái cứng và nửa cứng. Ký hiệu: WS hoặc SL
CCLXII
Việc đi tìm các giới hạn này được thực hiện thông qua các thí nghiệm
trình bày tiếp sau đây.

CCLXIII 3.2 Các phương pháp thí nghiệm xác định Giới hạn
Atterberg:
CCLXIV
CCLXV

3.2.1 Thí nghiệm xác định Giới hạn chảy (WL hoặc LL):
Việc xác định giới hạn chảy cho đến nay có 3 phương pháp phổ biến:

- Thí nghiệm chùy xuyên Vaxiliev

- Thí nghiệm côn rơi (Cone penetrometer)
- Thí nghiệm chỏm cầu Casagrande.