PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÒNG xác ĐỊNH các đặc TRƯNG vật lý cơ học

Chơng 1
Phơng pháp trong phòng xác định các đặc trng vật lý
I. Xác định độ ẩm của đất
1. Định nghĩa
Định nghĩa:
Độ ẩm của đất, thờng ký hiệu là W, là lợng chứa của nớc trong đất. Phân biệt độ
ẩm trọng lợng và độ ẩm thể tích.
Độ ẩm trọng lợng, đợc biểu diễn bằng %, là tỷ số giữa khối lợng của nớc chứa trong đất
và khối lợng của đất khô (ví dụ là đất đợc sấy khô ở nhiệt độ 105 độ đến trọng lợng
không đổi)
W = Gw/Gđk
( %)
Trong đó:

Gw - khối lợng nớc chứa trong đất, gam;
Gđk - khối lợng đất khô, gam.
Độ ẩm thể tích, cũng đợc biểu diễn bằng %, là tỷ số giữa thể tích nớc trong đất và thể
tích của toàn bộ khối đất:
Wv = Vw/Vđ

( %)

Trong đó:
nhiên

Vw - Thể tích nớc chứa trong đất, cm3;
Vđ - Thể tích toàn bộ khối đất, cm3.
Độ ẩm tự nhiên của đất là lợng chứa của nớc trong lỗ rỗng của đất tại thế nằm tự

ý nghĩa sử dụng
Độ ẩm tự nhiên của đất là chỉ tiêu tính chất vật lý quan trọng, quyết định độ bền

và ứng xử của đất dới tải trọng công trình, đặc biệt đối với đất loại sét, khi mà tính chất
của chúng thay đổi mạnh phụ thuộc vào lợng chứa nớc trong đất.
Độ ẩm còn là chỉ tiêu trực tiếp đợc sử dụng để tính toán nhiều chỉ tiêu khác nh
khối lợng thể tích khô, độ bão hoà, độ sệt..
2. Phơng pháp xác định
Hiện nay tồn tại nhiều phơng pháp xác định độ ẩm ở trong phòng thí nghiệm và
phơng pháp phổ biến nhất, đợc xem là tiêu chuẩn là phơng pháp sấy khô, cân. Giá trị độ
ẩm đợc dùng phổ biến là độ ẩm trọng lợng.
Bản chất của phơng pháp sấy khô xác định độ ẩm của đất là làm mất toàn bộ lợng
nớc chứa trong lỗ rỗng của đất bằng cách sấy đất ở nhiệt độ và thời gian thích hợp và
sau đó xác định lợng nớc trong đất cũng nh khối lợng khô của đất bằng cân trọng lợng.
Mỗi mẫu đất thí nghiệm cần tiến hành không ít hơn hai lần xác dịnh song song,
đặc biệt cần ít nhất ba lần đối với đất bùn hoặc than bùn. Sai khác giữa các lần xác định
song song phải nhỏ hơn 10%.
Độ ẩm của đất W tính theo công thức sau
m2
,%
W =
m1 m 2
Trong đó: m1 - Khối lợng của đất ớt, g;
m2 - Khối lợng của đất khô sau khi sấy, g.
Giá trị trung bình cộng của các kết quả tính toán đợc từ các thí nghiệm song song
là độ ẩm của đất thí nghiệm. Kết quả các lần thí nghiệm song song không đợc sai khác
nhau quá 10%. Nếu không đạt đợc yêu cầu này, phải thí nghiệm thêm các lần khác.

1


Chum xác định độ ẩm trong phòng TN
3. Các tiêu chuẩn

- Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 4196 : 1995 : Đất xây dựng. Phơng pháp xác định độ ẩm
- Tiêu chuẩn ASTM 2216-71.
II. Xác định khối lợng thể tích của đất
1. Định nghĩa
Định nghĩa
Khối lợng thể tích của đất là khối lợng của một đơn vị thể tích đất có kết cấu và
độ ẩm tự nhiên, tính bằng g/cm3.
Về mặt trị số, khối lợng thể tích bằng tỷ số giữa khối lợng của mẫu đất với thể
tích của nó, đợc xác định theo công thức:
w = m/V
Trong đó:

m - khối lợng của mẫu đất, g;
V - thể tích của mẫu, cm3.

Khối lợng thể tích khô là khối lợng một đơn vị thể tích của đất khô có kết cấu tự
nhiên, tính bằng g/cm3.
Về mặt trị số, khối lợng lợng thể tích khô bằng tỷ số giữa khối lợng của mẫu đất
khô (khối lợng của cốt đất) với thể tích của mẫu đất có kết cấu tự nhiên, đợc xác định
theo công thức:
c = mk /V
Trong đó:

mk - khối lợng của mẫu đất khô, g;
V - thể tích của mẫu đất có kết cấu thiên nhiên, cm3;

Đối với đất bị co ngót mạnh khi sấy khô thì khối lợng thể tích cốt đất tính toán
theo công thức:
c = w/(1+0.01w)
Trong đó:

w - độ ẩm của đất, %.
ý nghĩa sử dụng
Khối lợng thể tích dùng để tính toán hệ số rỗng của đất, dự tính sức chịu tải của
đất nguyên trạng ...
2. Phơng pháp xác định
Để xác định khối lợng thể tích của đất, cần xác định 2 thông số là khối lợng
mẫu đất (m) và thể tích của mẫu đất đó, sau đó đem chia khối lợng mẫu đất cho thể tích
của nó.

2


Cần thí nghiệm song song với ít nhất hai mẫu đất và kết quả của hai lần thí
nghiệm song song không đợc sai khác nhau quá 0.03 g/cm3. Phải làm lại thí nghiệm nếu
yêu cầu này không đợc thoả mãn.
Tuỳ theo thành phần và trạng thái của đất có thể sử dụng các phơng pháp sau đây
để xác định khối lợng thể tích của đất.
(1) Phơng pháp dao vòng;
(2) Phơng pháp bọc paraphin.
Phơng pháp dao vòng
Trong phơng pháp này, thể tích của mẫu đất thí nghiệm đợc xác định qua các
kích thớc hình học của dao vòng và trọng lợng khối đất thí nghiệm đợc xác định bằng
cách cân trực tiếp khối đất trong dao vòng.
Khối lợng thể tích đất tự nhiên w tính nh sau:
w =

Trong đó:

m1 m2 m3
v

m1 - khối lợng dao vòng có đất và nắp đậy, gam;
m2 - khối lợng dao vòng, gam;
m3 - khối lợng nắp đậy, gam;
v - thể tích mẫu đất thí nghiệm đúng bằng thể tích bên trong của
dao vòng, cm3.
Kết quả tính toán đến độ chính xác 0.01g/cm3
Phơng pháp bọc sáp
Trong phơng pháp này, thể tích của mẫu đất thí nghiệm đợc xác định bằng cách
cân trong nớc khối đất thí nghiệm với sự sử dụng nguyên lý đấy nổi của Acsimét và
trọng lợng khối đất thí nghiệm đợc xác định bằng cách cân trực tiếp khối đất. Để khối
đất thí nghiệm không bị tan rã khi cân trong nớc, khối đất thí nghiệm đợc bao bọc bên
ngoài một màng mỏng không thấm nớc bằng cách nhúng chúng vào paraphin đang
nóng chảy.
Khối lợng thể tích đất tự nhiên w đợc tính nh sau:
w =

n.p.m
p ( m1 m 2 ) n ( m1 m)

Trong đó:

m - khối lợng mẫu đất trớc khi bọc sáp, g;
m1 - khối lợng mẫu đất đã khi bọc sáp, g;
m2 - khối lợng mẫu đất bọc sáp cân trong nớc, g;
n - khối lợng riêng của nớc, lấy bằng 1 g/cm3;
p - khối lợng riêng của sáp, lấy bằng 0.9 g/cm3.
Kết quả tính toán đến độ chính xác 0.01g/cm3

3

Cân mẫu đất trong nớc
3. Các tiêu chuẩn
- Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 4202:1995: Đất xây dựng - Phơng pháp xác định khối lợng thể tích đất trong phòng thí nghiệm.
- Tiêu chuẩn ASTM 2937-71.
III. Xác định khối lợng thể tích hạt đất
1. Định nghĩa
Khối lợng thể tích hạt đất là khối lợng của một đơn vị thể tích phần hạt cứng,
khô tuyệt đối, xếp chặt xít không lỗ rỗng.
Về mặt trị số, khối lợng thể tích hạt đất đợc tính bằng tỷ số giữa khối lợng phần
hạt cứng của mẫu đất sấy khô đến khối lợng không đổi ở nhiệt độ từ 100 ữ105oC với thể
tích của chính phần hạt cứng đó:
= mh/Vh
Trong đó:

mh - khối lợng phần hạt cứng của mẫu đất, g;
Vh - thể tích phần hạt cứng của mẫu, cm3.
ý nghĩa sử dụng
Khối lợng thể tích hạt đất dùng để tính toán hệ số rỗng của đất, trong phân tích hạt bằng
phơng pháp tỷ trọng kế, để dự tính dung trọng tự nhiên của đất nguyên trạng.
Ngoài ra nó còn dùng để dự báo thành phần khoáng vật trong đất.
2. Phơng pháp xác định
Để xác định khối lợng thể tích hạt đất, cần xác định 2 thông số là khối lợng hạt
đất (m) và thể tích của các hạt đất đó (V). Vấn đề là ở chỗ xác định thể tích của các hạt
đất.
Thể tích của khối lợng hạt đất đã biết có thể xác định đợc bằng cách dùng bình
đã biết thể tích gọi là bình tỷ trọng và phơng pháp xác định này dựa theo nguyên lý
Acsimét, hạt đất chìm trong nớc sẽ chiếm chỗ thể tích nớc bằng thể tích của hạt đất
chìm trong nớc đó.

Khối lợng riêng của đất (), tính bằng g/cm3, đợc tính toán theo công thức sau:

=
Trong đó:

mo
n
mo + m3 m2

mo - khối lợng đất khô tuyệt đối, gam;
4


m2 - khối lợng bình tỷ trọng chứa đầy nớc và đất, gam;
m3 - khối lợng bình tỷ trọng chứa đầy nớc, gam;
n khối lợng riêng của nớc ở nhiệt độ tiến hành thí nghiệm, g/cm3;
Kết quả tính toán đến độ chính xác 0.01g/cm3 .Cần tiến hành các mẫu thử song
song và kết quả thí nghiệm song song không sai khác quá 0.02 g/cm 3.

Bình xác định khối lọng riêng hạt đất
3. Các tiêu chuẩn
- Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 4195:1995: Đất xây dựng Phơng pháp xác
định khối lợng riêng trong phòng thí nghiệm;
- ASTM D854-58;
- AASHTO T100-70.
IV. Xác định độ ẩm giới hạn chảy và giới han dẻo của đất
1. Khái niệm về các độ ẩm giới hạn
Nớc có mặt trong đất dính ảnh hởng đáng kể đến tính chất cơ lý của chúng.
Mức độ ảnh hởng phụ thuộc vào hàm lợng nớc trong đất và vào các đặc trng thành phần
vật chất của đất nh thành phần hạt, thành phần khoáng vật và thành phần hoá học. Độ

ẩm của đất có thể xác định đợc ở trong phòng thí nghiệm, nhng cha đủ để mô tả bản
chất ứng xử của đất. Do vậy cần xem xét sự thay đổi các bản chất này theo sự thay đổi
độ ẩm.
A. Atterberg đã phân biệt 5 độ ẩm giới hạn tơng ứng với 5 trạng thái của đất, theo
chiều tăng dần của hàm lợng nớc có mặt trong đất nh sau:
- Giới hạn kết tụ là độ ẩm của đất, tại đó các hạt đất bắt đầu có khả năng
liên kết , kết tụ lại với nhau;
- Giới hạn bám dính là độ ẩm, tại đó đất có khả năng bám dính trên các bề
mặt kim loại nh cuốc, xẻng, ...
- Giới hạn co ngót là độ ẩm, dới nó, đất không còn khả năng giảm thể tích;
- Giới hạn dẻo là độ ẩm, tại đó đất bắt đầu thể hiện các biến dạng dẻo;
- Giới hạn chảy là độ ẩm, tại đó, đất bắt đầu có khả năng chảy.
Giới hạn chảy (WL) và giới hạn dẻo (WP) là hai độ ẩm giới hạn đợc sử dụng phổ
biến trong thực tế xây dựng và thờng đợc gọi là độ ẩm giới hạn Atterberg.
ý nghĩa sử dụng
a) Giới hạn chảy, giới hạn dẻo và độ ẩm của đất đợc sử dụng để tính toán một số
chỉ tiêu đánh giá trạng thái (số dẻo, độ sệt, hoạt tính, ...):
- Số dẻo là khoảng độ ẩm, trong đó đất thể hiện tính dẻo:
IP = WL - WP,
(1)
Trong đó: IP - số dẻo;
WL - giới hạn chảy;
WP - giới hạn dẻo.
- Độ sệt là chỉ tiêu dùng để đánh giá trạng thái của đất tơng ứng so với hai trạng
thái giới hạn chảy và dẻo:
B = (W - WP)/ (WL - WP)
(2)
Trong đó: B - độ sệt;
W - độ ẩm của đất;
WL, WP - độ ẩm giới hạn chảy và dẻo của đất.

5


- Hoạt tính của đất dính đợc dùng dể đánh giá khả năng thay đổi thể tích của đất:
A = IP / PC
(3)
Trong đó: A - hoạt tính;
IP - số dẻo;
PC - lợng chứa hạt sét của đất.
Giá trị A càng nhỏ, đất càng ít có khả năng thay đổi thể tích. A thờng trong khoảng 0.3
ữ5.5.
b) Giới hạn chảy, giới hạn dẻo của đất còn đợc sử dụng để phân loại đất:
- Theo tiêu chuẩn Nga, đất đợc phân loại theo số dẻo nh sau:
Tên đất
Số dẻo, IP
Đất sét
17
Đất sét pha
7 ữ < 17
Đất cát pha
1ữ<7
Đất cát
<1
- Theo Hệ thống phân loại Mỹ, sử dụng giản đồ dẻo để phân loại, trong đó
đờng A có phơng trình quan hệ sau giữa số dẻo và giới hạn chảy:
IP = 0.73(WL - 20)
(4)
- Theo độ sệt B, có thể đánh giá trạng thái của đất loại sét nh sau:
Trạng thái
Độ sệt, B

Cứng
<0
Nửa cứng
0 ữ <0,25
Dẻo cứng
0,25 ữ < 0,5
Dẻo mềm
0,5 ữ < 0,75
Dẻo chảy
0,75 ữ 1
Chảy
>1
2. Phơng pháp xác định giới han chảy
Hiện nay, tồn tại hai kiểu phơng pháp xác định giới hạn chảy của đất: Phơng
pháp chuỳ xuyên trong phòng và phơng pháp sử dụng dụng cụ Casagrande. Tiêu chuẩn
Việt Nam cho phép sử dụng cả hai phơng pháp này để xác định giới hạn chảy. Đối với
phơng pháp chuỳ xuyên trong phòng, tiêu chuẩn Việt Nam quy định sử dụng dụng cụ
của Vaxiliep (Nga).
2.1 Phơng pháp xác định giới hạn chảy bằng chuỳ Vaxiliep
Theo phơng pháp này, giới hạn chảy của đất tơng ứng với độ ẩm mà đất loại sét
có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái dẻo dang trạng thái chảy và đợc đặc trng
bằng độ ẩm (%) của bột đất nhào với nớc mà ở đó quả dọi thăng bằng hình nón (dụng
cụ Vaxiliep) dới tác dụng của trọng lợng bản thân sau 10 giây sẽ lún xuyên vào đất
10mm. Nh vậy, giới hạn chảy của đất xác định theo phơng pháp chuỳ Vaxiliep sẽ tơng
ứng với trạng thái của đất, tại đó ứng suất cắt trên bề mặt tiếp xúc chuỳ xuyên-đất là 80
g/cm2.

6

Chùy Vaxiliev
Giới hạn chảy của đất (WL, %) đợc tính theo công thức:
WL =

m1 m2
x 100
m2 m

(5)

m1 khối lợng đất ẩm và hộp nhôm hoặc côc thuỷ tinh có nắp, g;
m2 khối lợng đất khô và hộp nhôm hoặc cốc thuỷ có nắp, g;
m khối lợng của hộp nhôm hoặc cốc thuỷ tinh có nắp, g.
Kết quả đợc tính chính xác đến 0,1%.
Đối với mỗi mẫu đất tiến hành không ít hơn hai lần thí nghiệm song song khi xác
định giới hạn chảy. Sai số về độ ẩm giữa hai lần xác định song song phải 2%. Giới hạn
chảy của đất là trị trung bình cộng của kết quả hai lần thử song song nói trên.
Nếu hàm lợng các hạt > 1mm lớn hơn 10% , thì kết quả phải hiệu chỉnh cho phù
hợp với tính chất của đất thiên nhiên.
Để hiệu chỉnh, có thể nhân áp dụng một hệ số hiệu chỉnh (K = G/G 1) cho các giá
trị giới hạn tìm đợc từ thí nghiệm (trong đó: G1 - khối lợng toàn bộ mẫu, kể cả phần hạt
trên rây 1mm và G là khối lợng phần hạt trên rây). Kết quả nhận đợc sẽ là giới hạn chảy
của đất thiên nhiên.
2.2 Phơng pháp xác định giới hạn chảy bằng dụng cụ Casagrande
Theo phơng pháp này, giới hạn chảy của đất là độ ẩm bột đất nhào nớc, thu đợc
trên dụng cụ quay đập Casagrande, khi rãnh đất đợc khít một đoạn gần 13mm (0,5 inch
= 12,7mm) sau 25 nhát đập.
Nh vậy, giới hạn chảy của đất xác định theo phơng pháp Casagrande sẽ tơng ứng
với trạng thái của đất, tại đó sức kháng cắt 25 g/cm2.
a. Chiếu bằng

7


1 - Bát sắt chứa đất;
2 - Tay quay;
3 - Cơ cấu định vị;
4 - Đế;
5 - Chốt hãm

b, Chiếu đứng

c, Mặt cắt

Dụng cụ Casagrande

a = 2 0.25 b = 11 0.25 c = 40 0.5 d = 8 0.25 r = 51 0.5 = 1.5 0.1
Tấm gạt tạo rãnh

Tính toán kết quả
Vẽ đồ thị quan hệ về số lần đập và độ ẩm tơng ứng của đất trên toạ độ nửa
logarit. Trên đồ thị này, trục hoành biểu diễn số lần đập theo tỷ lệ logarit, trên trục tung
biểu diễn độ ẩm (%). Quan hệ của chúng đợc xem nh là một đờng thẳng trong khoảng
số lần đập đã nêu trên. Độ ẩm đặc trng cho giới hạn chảy của đất theo phơng pháp
Casagrande đợc lấy tơng ứng với số lần đập 25 trên đồ thị, với độ chính xác đến 0,1% .

8


Độ ẩm, W%

Số lần đập, N

Biểu đồ "chảy"
Nếu hàm lợng các hạt > 1mm lớn hơn 10% , thì kết quả phải hiệu chỉnh cho phù
hợp với tính chất của đất thiên nhiên tơng tự nh khi xác định bằng chuỳ Vaxiliep. Theo
đó, cần áp dụng một hệ số hiệu chỉnh (K = G/G 1) cho các giá trị giới hạn tìm đợc từ thí
nghiệm (trong đó: G1 khối lợng toàn bộ mẫu, kể cả phần hạt trên rây 1mm và G là
khối lợng phần hạt trên rây). Kết quả nhận đợc sẽ là giới hạn chảy của đất thiên nhiên.
3. Phơng pháp xác định giới hạn dẻo
Theo phơng pháp này, giới hạn dẻo của đất tơng ứng với độ ẩm mà đất loại sét
có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo và đợc đặc trng
bằng độ ẩm (%) của đất ở trạng thái có thể lăn thành que với đờng kính 3mm và que đất
bắt đầu rạ nứt và dứt thành các đoạn ngắn có chiều dài khoảng từ 3 ữ10mm.
Giới hạn dẻo của đất (WL, %) đợc tính theo công thức xác định độ ẩm:
WL =

m1 m2
x 100
m2 m

(6)

Trong đó:
m1 khối lợng đất ẩm và hộp nhôm hoặc côc thuỷ tinh có nắp, g;
m2 khối lợng đất khô và hộp nhôm hoặc cốc thuỷ có nắp, g;
m khối lợng của hộp nhôm hoặc cốc thuỷ tinh có nắp, g.
Kết quả đợc tính chính xác đến 0,1%.
Đối với mỗi mẫu đất, phải tiến hành không ít hơn 2 lần thí nghiệm song song .
Đối với mỗi mẫu đất tiến hành không ít hơn hai lần thí nghiệm song song khi xác

định giới hạn chảy. Sai số về độ ẩm giữa hai lần xác định song song phải 2%. Giới hạn
dẻo của đất là trị trung bình cộng của kết quả hai lần thử song song nói trên.
Nếu hàm lợng các hạt > 1mm lớn hơn 10% , thì kết quả phải hiệu chỉnh cho phù
hợp với tính chất của đất thiên nhiên. Để hiệu chỉnh, có thể nhân áp dụng một hệ số hiệu
chỉnh (K = G/G1) cho các giá trị giới hạn tìm đợc từ thí nghiệm (trong đó: G1 - khối lợng toàn bộ mẫu, kể cả phần hạt trên rây 1mm và G là khối lợng phần hạt trên rây). Kết
quả nhận đợc sẽ là giới hạn dẻo của đất thiên nhiên.
4. Các tiêu chuẩn
- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4197 : 1995: Đất xây dựng. Phơng pháp xác định
giới hạn chảy và giới hạn dẻo ở trong phòng thí nghiệm.
- Tiêu chuẩn Nga GOXT-5184
- Tiêu chuẩn Mỹ ASTM 423-66, AASHTO T89-68, AASHTO T90-70

9


V. Phơng pháp xác định độ chặt tiêu chuẩn
1. Các định nghĩa
Định nghĩa
- Độ chặt tiêu chuẩn của đất là độ chặt tơng ứng với trạng thái, ở đó khối lợng thể
tích khô của đất là lớn nhất tơng ứng với một công đầm nện xác định.
- Độ ẩm tốt nhất là lợng nớc thích hợp chứa trong đất mà ở đó có thể đạt đợc khối
lợng thể tích lớn nhất ở một công đầm nén xác định.
ý nghĩa và phạm vi áp dụng
- Xác định độ chặt tiêu chuẩn là xác định khối lợng thể tích khô lớn nhất và độ
ảm thích hợp tơng ứng của đất với công đầm nện tiêu chuẩn, phục vụ cho việc thi công
các công trình bằng đất.
- Các kết quả thí nghiệm đợc dùng làm cơ sở để đánh giá chất lợng khối đất đắp.
2. Phơng pháp xác định
Năm 1933, R.R. Proctor đã trình bày cơ sở của thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn
mà hiện đang còn đợc sử dụng rộng rãi gọi là thí nghiêm Proctor.

Thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn là thí nghiệm xác định mối quan hệ giữa khối lợng thể tích khô và đổ âm của đất đợc đầm lèn chặt ở một công đầm nện tiêu chuẩn xác
định. Thông qua mối quan hệ này xác định đợc khối lợng thể tích khô lớn nhất và độ ẩm
thích hợp tơng ứng.
Dụng cụ thí nghiệm là một cối đầm chặt, hình trụ tròn xoay có kích thớc tiêu
chuẩn (đờng kính và chiều cao xác định tức là có thể tích tiêu chuẩn) và cho phép đầm
chặt đất trong cối với công đầm nện tiêu chuẩn thông qua một quả tạ có trọng lợng xác
định rơi từ một độ cao xác định (tức là tạo đợc công đầm nện tiêu chuẩn xác định).
Đất khô với khối lợng vừa đủ (chừng 3 kg) đợc trộn đều với một lợng nớc xác
định (để có một độ ẩm xác định) và đợc đầm chặt trong cối đầm chặt theo một quy trình
xác định (tức là theo một công đầm nện xác định). Để khối đất có độ chặt đồng đều, đất
thờng đợc đầm chặt theo từng lớp trong cối. Thông thờng, quá trình đầm chặt đợc thực
hiện theo 3 lớp đều nhau. Biết độ ẩm của đất, thể tích của cối đầm và trọng lợng đất
trong cối, có thể tính toán đợc khối lợng thể tích khô của đất sau khi đầm nện. Chế bị
đất ở các độ ẩm khác nhau, có thể thiết lập đợc mối quan hệ Khối lợng thể tích khô - Độ
ẩm. Đờng cong quan hệ này có dạng đơng parabol với điểm cực đại tơng ứng với giá trị
khối lợng thể tích khô lớn nhất và độ ẩm thích hợp tơng ứng.
1. Vít điều chỉnh
2. Cần định hớng
3. Tạ
4. Thân cối
5. Tấm thép
6. Vít hãm
7. Đế cối

Cối đầm chặt
Các tiêu chuẩn khác nhau (Tiêu chuẩn Việt nam, BS của Anh, ASTM của Mỹ...)
quy định cho riêng mình một cối đầm (kích thớc, trọng lợng tạ, độ cao rơi tạ) và quy
trình thí nghiệm (số lớp, số lần đầm cho mỗi lớp và cách thức đầm) khác nhau. Do vậy,

10

khối lợng thể tích khô - độ ẩm thích hợp thu đợc là khác nhau khi thực hiện thí nghiệm
theo các tiêu chuẩn khác nhau.
Hệ số đầm chặt là chỉ tiêu đợc sử dụng để so sánh độ chặt của khối đất đắp đã
đầm chặt tại hiện trờng với cùng loại đất đợc đầm chặt tiêu chuẩn ở trong phòng. Hệ số
đầm chặt đợc định nghĩa nh là tỷ số giữa khối lợng thể tích khô của khối đất tại hiện tròng và khối lợng thể tích khô lớn nhất đạt đợc trong phòng thí nghiệm:
(1)
d
=
ì 100%
max
Giá trị hệ số đầm chặt thờng nhỏ hơn hoặc 100%, nhng cũng có thể lớn hơn. Đối
với từng công trình cụ thể, giá trị hệ số đầm chặt có thể đợc thiết kế quy định tuỳ theo
mục đích sử dụng của khối đắp.
Để xác định giá trị hệ số đầm chặt của đất, cần xác định khối lợng thể tích khô
tại hiện trờng và khối lợng thể tích khô lớn nhất thu đợc bằng thí nghiệm đầm chặt ở
trong phòng.
Tính toán kết quả
Vẽ biểu đồ đờng cong quan hệ giữa độ ẩm (%) và khối lợng thể tích đất khô
(g/cm3). Đỉnh cao nhất của đờng cong có toạ độ ứng với khối lợng thể tích khô lớn
nhất là độ ẩm tối u của đất.

Kmax

wO

Kmax - Khối lợng thể tích khô lớn nhất; wO - Độ ẩm tối u.
Đờng cong đầm chặt
Đối với đất có hạt lớn hơn 5mm chiếm 3% trở lên thì ta dùng công thức sau để

hiệu chỉnh khối lợng thể tích khô lớn nhất k và độ ẩm tối u w:
'k =

k '
'0.01P ( ' k )

(4)

11


w = w(1 - 0.01P)

(5)

Trong đó: k - khối lợng thể tích đất khô có hạt lớn hơn 5mm, g/cm3;
k khối lợng thể tích đất khô chỉ có hạt bé hơn 5mm, g/cm3;
- khối lợng riêng của đất hạt lớn hơn 5mm, g/cm3;
w - độ ẩm của đất chỉ chứa hạt bé hơn 5mm, %;
w - độ ẩm của đất chứa hạt lớn hơn 5mm, %;
P - hàm lợng của các hạt lớn hơn 5mm, %.
Để kiểm tra đờng đầm chặt tiêu chuẩn, cũng trên biểu đồ này, vẽ đờng cong bão
hoà. Đờng này biểu diễn khối lợng thể tích khô của đất đạt đợc khi khí trong mẫu đất
hoàn toàn thoát khỏi lỗ rỗng nhờ đầm chặt tiếp tục. Đờng bão hoà là đờng cong lý
thuyết và phụ thuộc vào khối lợng riêng của đất, đợc tính theo công thức:
kn =

Trong đó:

1 + 0.01w( n )

(6)

kn khối lợng thể tích khô của đất hoàn toàn bão hoà, g/cm3;
- khối lợng riêng của đất, g/cm3;
n - khối lợng riêng của nớc, 1g/cm3;
w - độ ẩm của đất, %.

Cối và búa đầm trong phòng TN
3. Các tiêu chuẩn
- Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 4201 : 1995 : Đất xây dựng. Phơng pháp xác định
độ chặt tiêu chuẩn của đất trong phòng thí nghiệm.
- Tiêu chuẩn AASHTO T99-90.
- Tiêu chuẩn ASTM D698 và D1557
VI. Phơng pháp xác định thành phần hạt
1. Khái niệm chung
Thành phần hạt, hoặc thành phần cơ học, là chỉ tiêu đặc tr ng cho các đất đá
về mức độ phân tán của chúng tức là đặc điểm phân bố kích thớc của các hạt hợp
thành đất. Thành phần hạt của đất đợc biểu thị bằng hoặc là tỷ lệ phần trăm tính
theo khối lợng của các nhóm hạt có ở trong đất so với toàn bộ khối đất khô tuyệt
đối hoặc là tỷ lệ phần trăm khối lợng của nhóm hạt có kích thớc nhỏ hơn một giá trị
nào đó so với toàn bộ khối đất khô tuyệt đối (hàm lợng tích luỹ). Kích thớc của các
nhóm hạt tạo nên loại đất nào đó thờng đợc tính bằng milimet.
Việc xác định thành phần hạt có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu
về địa chất công trình, cho phép chúng ta:
12


đồ...

- Phân chia đất ra thành từng loại riêng biệt ở các cột địa tầng, mặt cắt, bản

- Biết đợc đặc điểm kiến trúc của đất.
- Dự đoán đợc các đặc điểm về điều kiện thành tạo đất và thành phần khoáng
vật của chúng.
- Đánh giá đất để làm vật liệu xây dựng các đập, đê....
- Nhận xét đợc gần đúng các tính chất cơ lý của chúng.
2. Phơng pháp thí nghiệm
Muốn xác định thành phần hạt của đất thì phải phân tích hạt tức là xác định
lợng chứa các hạt có trong đất theo từng nhóm hạt.
Có hai phơng pháp chung và phổ biến để xác định thành phần hạt:
- Phân tích bằng phơng pháp rây.
- Phân tích bằng phơng pháp tỷ trọng kế.
Tuỳ theo thành phần cỡ hạt của đất phân tích mà có thể cần phải kết hợp cả
hai phơng pháp trên.
3. Phơng pháp rây
Nội dung cơ bản của phơng pháp rây là phân tách đất thành các nhóm kích
thớc khác nhau bằng dụng cụ gọi là các rây. Phơng pháp này cho phép xác định đợc
lợng chứa các cỡ hạt trong đất có đờng kính > 0,1mm theo hai cách: rây khô và rây
ớt.
Trong phòng thí nghiệm, ngời ta dùng bộ rây chuẩn gồm nhiều rây chồng lên
nhau, kích thớc lỗ rây tăng dần từ dới lên trên. Trên thành rây ghi chỉ số rây hoặc
đờng kính lỗ rây. Mỗi nớc có bộ rây tiêu chuẩn riêng.
- Bộ rây tiêu chuẩn Việt nam có cỡ rây (Hình 2.6.1):
0,1mm; 0,25; 0,5 ; 1,0; 2,0; 5,0; 10; 20 mm.
- Bộ rây của Mỹ gồm các rây:
0,075; 0,15; 0,25; 0,425; 0,85; 2; 4,75; 9,5; 19 ... mm
- Bộ rây của Anh gồm :
0,063; 0,15; 0,25; 0,425; 0,6 ; 1,18; 2; 6; 10; 20... mm

Nhóm hạt đọng lại trong mỗi rây có kích thớc hạt > đờng kính lỗ rây và đờng
kính lỗ rây kề trên. Nhờ vậy mà đất đợc phân thành các cỡ hạt riêng biệt. Sau đó sẽ
xác định khối lợng và lợng chứa phần trăm của các cỡ hạt.

Bộ rây
Hàm lợng của mỗi nhóm hạt (P), biểu diễn bằng phần trăm, đợc tính theo
công thức:

13


P=

mh
m

.100%

(2)

Trong đó:
mh - khối lợng nhóm hạt, g;
m - khối lợng của mẫu trung bình lấy để phân tích, g.
Trình bày các kết quả phân tích dới dạng bảng số lợng chứa phần trăm trong
đất của các nhóm hạt có kích thớc lớn hơn 10; 10 ữ 5, 5 ữ 2, 2 ữ 1, 1 ữ 0,5 , 0,5 ữ
0,25, 0,25 ữ 0,1mm và nhỏ hơn 0,1mm.
Vẽ đờng quan hệ biểu diễn giữa hàm lợng phần trăm tích luỹ (hàm lợng phần
trăm tích luỹ tại một đờng kính nào đó là tổng hàm lợng phần trăm của các nhóm
hạt nhỏ hơn đờng kính đó) với log của đờng kính hạt.
4. Phơng pháp phân tích hạt bằng tỉ trọng kế

Phơng pháp tỉ trọng kế cho phép xác định đợc lợng chứa các hạt có đờng
kính nhỏ hơn 0,1mm. Khi trong đất có cỡ hạt lớn hơn, kết hợp với phơng pháp rây.
Việc phân tích hạt bằng tỷ trọng kế dựa trên sự lắng chìm của hạt đất trong
nớc. Khi mẫu đất bị phân tán trong nớc, các hạt đất lắng chìm với vận tốc khác
nhau phụ thuộc vào hình dạng, kích thớc, khối lợng của chúng và độ nhớt của nớc.
Để đơn giản hoá, giả thiết rằng tất cả các hạt đất là hình cầu và vận tốc của hạt đất
đợc xác định theo công thức Stokes:
2
n D
v= 2g
(1)

9
2
Trong đó:
v - vận tốc của hạt đất trong nớc.
g - gia tốc trọng trờng, cm/s 2
- khối lợng thể tích của hạt đất, g/cm 3
n - khối lợng thể tích của nớc, g/cm 3
- hệ số nhớt của nớc, giá trị phụ thuộc vào nhiệt độ của nớc.
D - đờng kính của hạt đất, mm.
Mặt khác ta có:

v=

L
t

, với L là quãng đờng chìm lắng của hạt và t là thời

gian chìm lắng. Khi thay vào công thức (1), ta tính đợc đờng kính của hạt.
Để tính đợc vận tốc rơi của hạt đất cùng lợng chứa của chúng, ngời ta dùng tỉ
trọng kế. Đây là thiết bị đầu tiên đợc chế tạo để đo mật độ của huyền phù, bằng
cách thay đổi tỉ lệ nó có thể đợc chế tạo để đo các giá trị khác.
Trong phòng thí nghiệm, thí nghiệm tỷ trọng kế đ ợc tiến hành đo mật độ
huyền phù đất trong ống thuỷ tinh hình trụ. ống thuỷ tinh có chiều cao khoảng
45cm và đờng kính khoảng 60mm, có khắc vạch 1000ml. Huyền phù đợc tạo bằng
cách trộn một khối lợng đất với nớc và một lợng chất phân tán nhỏ để tạo một khối
lợng huyền phù là 1000ml. Khi tỷ trọng kế dợc thả vào dung dịch huyền phù tại
thời điểm t (tính từ khi bắt đầu chìm lắng), nó đo mật độ tại vùng lân cận bầu tỷ
trọng kế tại độ sâu L (khoảng cách từ bề mặt dịch thể đến trọng tâm của bầu). Mật
độ của huyền phù phụ thuộc vào khối lợng của hạt đất ở đó trên một đơn vị thể tích
dịch thể tại độ sâu này. Vì vậy, tại thời điểm t, các hạt đất trong huyền phù tại độ
sâu L sẽ có đờng kính nhỏ hơn đờng kính D đợc tính toán từ phơng trình (1). Những
hạt đất lớn hơn sẽ bị lắng dới vùng đợc đo. Tỷ trọng kế đợc chế tạo để cho phép xác
định khối lợng của của các hạt đất (tính bằng gam) có đờng kính D còn lại ở
trong huyền phù, từ đó có thể tính đợc hàm lợng phần trăm của các hạt nhỏ hơn đờng kính D xác định tại thời điểm t và độ sâu L.
Tỷ trọng kế có hai loại A và B và loại B thờng dùng hơn. Loại B có thang đo
từ 0,995 đến 1,030 và có giá trị mỗi vạch chia là 0,001. Khi phân tích hạt, các số đo
trên tỷ trọng kế sẽ đợc rút gọn bằng cách bỏ hàng đơn vị đi và dịch dấu phẩy về bên
phải 3 con số. Loại A: có thang chia từ 0 đến 60.

14


995

1030

a, Loại A

b, Loại B
Tỷ trọng kế
Tính toán phân tích hạt theo phơng pháp tỷ trọng kế nh sau:
- Tính toán đờng kính D của các hạt (mm) theo công thức
1800..H R
D=
g ( n ).t
Trong đó:
Các ký hiệu g, , , n ký hiệu nh đã dẫn;
HR - cự ly chìm lắng của các hạt kể từ bề mặt dịch thể cho đến trọng tâm của
bầu tỷ trọng kế ứng với số đọc đã hiệu chỉnh R trong thời gian t. H R đợc xác định
nh sau:
HR = L1 + (a - b)
Trong đó:
a - khoảng cách từ vạch chia cuối cùng trên thang đến trọng tâm của
khối nớc do bầu tỷ trọng kế choán chỗ, cm.
b - chiều cao dâng nớc trong ống đo khi tỷ trọng kế chìm xuống đến
trọng tâm của khối nớc bị bầu tỷ trọng kế choán chỗ, cm.
L1 - khoảng cách từ vạch chia cuối cùng trên thang tỷ trọng kế đến
các vạch chia phía trên, cm;
L1 =

N M
N

L

N - số vạch chia phần nghìn trên thang tỷ trọng kế, là trị không đổi đối
với mỗi tỷ trọng kế.

M - số đọc trên tỷ trọng kế, M chính là R.
L - chiều dài của thang khắc trên tỷ trọng kế từ vạch cuối đến vạch
1.000, cm.
- Tính lợng chứa phần trăm P' của các hạt có kích thớc nhỏ hơn đơng kính
nào đó đã cho trớc:
Với tỷ trọng kế loại B:
.R ' B
P' =
(100 K )
( n ) mo
Với tỷ trọng kế loại A:
P' =
Trong đó:

( 0 1) R' A
0 ( 1)

(100 K )

15


0 - khối lợng riêng dùng để khắc độ, lấy bằng 2,65g/cm 3
Các ký hiệu , n ,m 0, K giống nh chỉ dẫn ở các công thức trên.
R'A, R'B - số đọc đã hiệu chỉnh trên tỷ trọng kế loại A và loại B.
R'A = RA + mA + nA - CA cho tỷ trọng kế loại B,
Trong đó:
RA - số đọc tỷ trọng kế loại A.
mA - số hiệu chỉnh nhiệt độ theo tỷ trọng kế loại A.
nA - số hiệu chỉnh mặt cong và độ khắc theo tỷ trọng kế loại A.

C A - số hiệu chỉnh chất phân tán theo tỷ trọng kế loại A.
R'B = RB + mB + nB - CB
Trong đó:
RB - số đọc tỷ trọng kế loại B;
mB - số hiệu chỉnh nhiệt độ theo tỷ trọng kế loại B (đã đơn giản hoá);
nB - số hiệu chỉnh mặt cong ,độ khắc theo tỷ trọng kế loại B (đơn giản
hoá);
CB - số hiệu chỉnh chất phân tán theo tỷ trọng kế loại B.
- Vẽ đờng thành phần hạt trong hệ toạ độ nửa logarit: trên trục hoành biểu
thị logarit của đờng kính hạt và trên trục tung là lợng chứa phần trăm của các cỡ
hạt.
Theo đờng biểu diễn, xác định lợng chứa phần trăm của các nhóm hạt
- Xác định các đặc trng thành phần hạt:
+ Đờng kính hiệu quả D 10: là đờng kính mà trong đất có 10% hạt nhỏ hơn
nó.
+ Hệ số đồng đều :
CU =
+ Hệ số cấp phối:
CC =

D60
D10

( D30 ) 2
D60 D10

Hàm lợng tích luỹ, %

Trong đó:
D30: là đờng kính mà trong đất có 30% hạt nhỏ hơn nó;

D60: là đờng kính mà trong đất có 60% hạt nhỏ hơn nó.

Biểu đồ thành phần hạt

Đờng kính hạt, mm

16


Tỷ trọng kế và rây trong phòng TN

Bảng 1. Hệ số nhớt của nớc ứng với các nhiệt độ từ 10 ữ 400C
t0, 0C
10
1
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

Hệ số nhớt, Poission
0,01308
0,01272
0,01236
0,01208
0,01171
0,01140
0,01111
0,01086
0,01056
0,01050
0,01005
0,00981
0,00958
0,00936
0,00914
0,00894

t0, 0C
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

37
38
39
40

Hệ số nhớt, Poission
0,00874
0,00854
0,00836
0,00818
0,00801
0,00784
0,00768
0,00752
0,00737
0,00722
0,00718
0,00695
0,00681
0,00668
0,00656

Bảng 2. Bảng trị só hiệu chỉnh nhiệt độ
t dung
dịch, 0C
10,0
10,5
11,0
11,5
0

Số hiệu chỉnh tỷ
trọng kế loại A
-2,0
-1,9
-1,9
-1,8

Số hiệu chỉnh tỷ
trọng kế loại B
-0,0012
-0,0012
-0,0012
-0,0011

t0 dung
dịch, 0C
20,5
21,0
21,5
22,0

Số hiệu chỉnh tỷ
trọng kế loại A
+0,1
+0,3
+0,5
+0,6

Số hiệu chỉnh tỷ

trọng kế loại B
+0,0001
+0,0002
+0,0003
+0,0004

17


12,0
12,5
13,0
13,5
14,0
14,5
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
18,0
18,5
19,0
19,5
20,0

-1,8
-1,7
-1,6

-1,5
-1,4
-1,3
-1,2
-1,1
-1,0
-0,9
-0,8
-0,7
-0,5
-0,4
-0,3
-0,1
-0,0

-0,0011
-0,0010
-0,0010
-0,0009
-0,0009
-0,0008
-0,0008
-0,0007
-0,0006
-0,0006
-0,0005
-0,0004
-0,0003
-0,0003
-0,0002

-0,0001
-0,0000

22,5
23,0
23,5
24,0
24,5
25,0
25,5
26,0
26,5
27,0
27,5
28,0
28,5
29,0
29,5
30,0

+0,8
+0,9
+1,1
+1,3
+1,5
+1,7
+1,9
+2,1
+2,2
+2,5

+2,6
+2,9
+3,1
+3,3
+3,5
+3,7

+0,0005
+0,0006
+0,0007
+0,0008
+0,0009
+0,0010
+0,0011
+0,0013
+0,0014
+0,0015
+0,0016
+0,0018
+0,0019
+0,0021
+0,0022
0,0023

5. C¸c tiªu chuÈn
- Tiªu chuÈn TCVN 4198 : 1995
- Tiªu chuÈn BS 1377
- Tiªu chuÈn ASTM D422
- Tiªu chuÈn AASHTO T-88

18


Chơng 2
Phơng pháp trong phòng xác định các đặc trng cơ học
I. Xác định tính nén lún bằng nén một trục không nở hông
1. Khái niệm về tính nén lún
Khi đất chịu tác dụng của tải trọng nén mà không có khả năng nở hông, độ lỗ
rỗng của đất giảm đi và đất bị nén lún. Nếu đất bão hoà nớc, đồng thời với sự giảm độ lỗ
rỗng, nớc chứa trong lỗ rỗng bị thoát ra ngoài. Nh vậy, quá trình nén lún của đất dới tải
trọng nén chính là quá trình giảm thể tích lỗ rỗng trong đất cùng với quá trình thoát nớc
chứa trong lỗ rỗng ra ngoài và quá trình này đợc gọi là quá trình cố kết. Khi nghiên cứu
tính nén lún của đất, hai vấn đề cơ bản thờng đợc xem xét là sự phụ thuộc của biến dạng
lún vào tải trọng tác dụng và sự phụ thuộc của biến dạng lún theo thời gian tác dụng của
tải trọng không đổi.
2. Thí nghiệm nén một trục không nở hông
Thí nghiệm nén ở trong phòng xác định tính nén lún của đất thờng đợc gọi là thí
nghiệm cố kết (consolidation test) và đợc thực hiện trên thiết bị nén đặc biệt gọi là máy
nén đất một trục không nở hông (oedometer). Mẫu đất thí nghiệm đợc đặt trong dao
vòng kim loại không cho phép đất nở hông trong quá trình gia tải thí nghiệm. Độ cao
của dao vòng thờng trong khoảng 1 ữ3 cm và không nên nhỏ hơn 2 cm để tránh ảnh hởng của vùng phá hoại với độ sâu chừng 2 mm tạo ra khi gia công mẫu đất trong dao
vòng. Để giảm ma sát giữa đất và thành dao vòng, tỷ lệ đờng kính và độ cao của mẫu
đất không nhỏ hơn 3. Theo kinh nghiệm, khi tỷ lệ này bằng 3, lực ma sát có giá trị cỡ 8
ữ10% tải trọng tác dụng.
Tải trọng tác dụng lên mẫu thí nghiệm tăng theo từng bậc. Bậc tải tiếp theo chỉ
tác dụng vào mẫu đất khi độ lún của mẫu tại cấp tải trọng trớc đó đã ổn định. Thực tế
thừa nhận rằng, độ lún đợc xem là ổn định khi đạt 0.01 mm trong 24 giờ. Bậc tải trọng
tiếp theo thờng gấp đôi bậc tải kề ngay trớc nó. Ví dụ:
25 - 50 - 100 - 200 - 400 - 80 - .. . kPa
Tải trọng nén có thể tăng theo quy luật khác phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu.

Ví dụ: 25%P - 50%P - 75%P - 100%P - 150%P - 200%P - 300%P, P áp lực bản thân
của đất.
Độ lún của mẫu đất dới mỗi bậc tải trọng đợc đo bằng đồng hồ đo biến dạng với
độ chính xác tới 0.01 mm trong những khoảng thời gian càng ngày càng tha dần cho tới
khi ổn định vì độ lún giảm dần theo thời gian.
Nớc

Tấm đặt tải

Đá thấm

Dao vòng

Sơ đồ hộp nén

Đất

Đá thấm

3. Đờng cong nén lún và các đặc trng nén lún cơ bản của đất
Kết quả thí nghiệm nén cố kết đất ởtrong phòng đợc nghiên cứu và biểu diễn dới
dạng đồ thị của hai mối quan hệ: Hệ số rỗng (Biến dạng kún tơng đối) - áp lực nén gọi
là đờng cong nén lún và Hệ số rỗng (Biến dạng kún tơng đối) - Thời gian ở các cấp tải
khác nhau.

19


Hệ số rỗng e

Hệ số rỗng e

Đờng cong nén lún trên toạ độ thờng e = f (P) là đờng cong có dạng logarít nhng trong khoảng áp lực Pi-Pi+1 đủ nhỏ có thể xem là đờng thẳng tơng ứng với phơng
trình:
ei+1 = ei - tg( Pi-Pi+1) và hệ số góc của đờng thẳng
ai-i+1 = tg = (ei - ei+1 )/( Pi-Pi+1) đợc gọi là hệ số nén lún của đất (cm 2/kG)
và đặc trng cho khả năng nén lún của đất. Giá trị a càng lớn, đất có khả năng chịu nén
càng cao. Một cách tổng quát, hệ số nén lún a chính là giá trị hệ số góc của đờng tiếp
tuyến của đờng cong nén lún tại điểm đang xét và hệ số nén lún giảm dần theo áp lực
nén tăng.
Đờng cong nén lún có dạng logarít, nên quan hệ e = f (logP) là đờng thẳng
(hình 2.8.4) và độ dốc của đoạn thẳng này biểu diễn qua đại lợng Cc đợc gọi là chỉ số
nén lún đặc trng cho khả năng nén lún của đất
Cc = (ei - ei+1 )/ log( Pi/Pi+1)
Đờng nén lún càng dốc, tức là giá trị Cc càng lớn, đất càng có khả năng nén lún
lớn.
Đờng công nén lún tổng quát
Đất tại thế nằm tự nhiên của chúng, thông thờng, chịu tác dụng của tải trọng tơng
ứng với trọng lợng của các đất nằm trên nó Po (tải trọng bản thân). Tuy nhiên, trong lịch
sử tồn tại, đất có thể đã phải chịu một tải trọng lớn hơn tải trọng bản thân hiện tại (tải
trọng hoặc áp lực cố kết trớc Pc). Khi kể đến lịch sử mang tải, đờng cong nén lún tổng
quát trong toạ độ bán logarit bao gồm 3 đoạn thẳng. Đoạn thứ nhất nằm ngang song
song với trục hoành eo - Po, biểu hiện đất hoàn toàn không chịu nén dới tải trọng ngoài
(bé hơn tải trọng bản thân Po). Đoạn thứ hai Po - Pc có độ dóc nhỏ, biểu hiện đất ít chịu
nén trong khoảng tải trọng từ tải trọng bản thân Po đến áp lực cố kết trớc Pc. Đoạn thứ
ba Pc - P dốc hơn đoạn trớc, biểu thị tính nén lún nguyên bản của đất.

nén
nén
Dỡ tải

áp lực nén

Dỡ tải

áp lực nén

20


HÖ sè rçng

§êng cong nÐn theo to¹ ®é loga

§êng cong nÐn trong to¹ ®é thêng
¸p lùc nÐn

M¸y nÐn ®Êt

21


Đờng cong thí nghiệm nén

Đờng cong nén đã hiệu
chỉnh
Mẫu tốt

Mẫu
phá

hoại

Đờng cong nén lún thực tế

Trong thí nghiệm nén lún, các số liệu độ lún của mẫu đất đo đợc theo thời gian
nén lún tại mỗi cấp tải trọng là rất quan trọng, đợc sử dụng để tính toán hệ số cố kết
đứng Cv của đất. Hệ số cố kết đứng của đất là chỉ tiêu đánh giá đặc điểm quá trình lún
theo thời gian của đất và đợc sử dụng để tính toán dự báo tiến trình lún theo thời gian
của một lớp đất chịu nén. Hề số cố kết đứng Cv của đất đợc tính theo công thức sau:
Cv = TH2 / t

cm2/s hoặc m2/ năm

Trong đó: Cv - hệ số cố kết đứng của đất;
T - hệ số thời gian, giá trị lấy tuỳ thuộc vào mức độ cố kết U%,
T = 0.197 khi U = 50%
T = 0.848 khi U = 90%
H - chiều dài đờng thấm, cm hoặc m;
t - thời gian cố kết tơng ứng với mức độ cố kết U%.
Quan hệ Biến dạng kún - Thời gian ở các cấp tải khác nhau có thể đợc biểu diễn
theo hai cách: Biến dạng lún Logarit của thời gian (S Logt) hoặc Biến dạng lún Căn bậc hai của thời gian (S - t ). Khi sử dụng quan hệ S Logt, t 50 (thời gian để đất
cố kết đợc U = 50%) đợc xác định - Phơng pháp Casagrande, còn khi sử dụng quan hệ
S - t , t90 ( thời gian để đất cố kết đợc U = 90%) đợc xác định -Phơng pháp Taylor.
4. Tính toán kết quả
Tính toán hệ số rỗng
- Sự thay đổi của hệ số rỗng (en) đối với mỗi cấp áp lực, theo công thức:
hn

en = h (1 + e0 )
0

- Hệ số rỗng (en) ứng với cấp áp lực đó đợc tính theo công thức :
22


en = e0 - en
- Lợng biến đổi (giảm) hệ số rỗng ứng với cấp áp lực cuối cùng (ek), đợc tính
theo công thức:
hk

ek = h (1 + e0 )
0
và hệ số rỗng của đất ứng với cấp áp lực cuối cùng (ek) đợc tính theo công thức :
ek = e0 - ek
Trong đó:
h0 - chiều cao mẫu đất trớc khi thí nghiệm, mm;
hn - biến dạng của mẫu dới cấp áp lực thứ n, mm;
hk - biến dạng của mẫu đất dới cấp áp lực cuối cùng, mm.
- Tính toán hệ số rỗng ở cấp áp lực cuối cùng theo độ ẩm và khối lợng thể tích
của mẫu sau khi thí nghiệm để kiểm tra:
Hệ số rỗng ở cấp áp lực cuối cùng ek đợc tính theo công thức:
.(1 + 0,01Wk )
1
ek =
k
Trong đó:
ek hệ số rỗng của mẫu đất sau khi thí nghiệm;
Wk - độ ẩm của mẫu đất sau khi thí nghiệm, %;
k khối lợng thể tích của mẫu sau khi thí nghiệm, g/cm3;
- khối lợng riêng của đất, g/cm3.
Khi thí nghiệm mẫu đất hoàn toàn bão hoà nớc, hệ số rỗng của mẫu đất sau khi

thí nghiệm (ek) đợc tính theo công thức:
ek = 0,01. .Wk
- So sánh giá trị cuối cùng của hệ số rỗng tính theo biến dạng (e k) với giá trị của
hệ số rỗng tính theo độ ẩm và khối lợng thể tích của mẫu sau khi thí nghiệm (ek).
Nếu sai số giữa ek và ek nằm trong khoảng 5% (xem trị số e k là 100%) thì có
thể tiến hành vẽ đờng cong nén lún từ các giá trị tính toán theo biến dạng của mẫu. Nếu
sai số giữa chúng > 5% thì hoặc phải làm lại thí nghiệm, hoặc vẽ đờng congnén lún từ
các hệ số rỗng theo độ ẩm và độ chặt trớc và sau khi thí nghiệm, còn các hệ số rỗng
trung gian đợc xác định theo công thức:
en = .en
Trong đó:
- hệ số điều chỉnh, đợc tính bằng
e'n

= e
n
en hệ số rỗng ở cấp trung gian thứ n đã đợc hiệu chỉnh;
en hệ số rỗng ở cấp trung gian thứ n tính theo biến dạng.
Tính toán các đặc trng biến dạng lún
- Vẽ các đờng cong nén lún
Vẽ các đờng cong nén lún trong hệ toạ độ thờng Hệ số rỗng (e) - áp lực nén (P)
và trong toạ độ nửa loga Hệ số rỗng (e) - Logarit của áp lực nén (LogP).
- Tính toán hệ số nén lún a (m2/N hay cm2/daN), theo công thức:
an-1n =

en 1 en
Pn Pn 1

Trong đó:
en-1 - hệ số rỗng ở cấp tải trọng n-1;

en - hệ số rỗng ở cấp tải trọng thứ n;
Pn-1 - áp lực nén thẳng đứng cấp n-1, N/m2;
Pn - áp lực nén thẳng đứng cấp n, N/m2.
23


Kết quả tính toán đợc biểu diễn với độ chính xác đến 1 x 108 m2/N (0,001 cm2/daN)
- Tính toán chỉ số nén lún Cc theo công thức:
Cc =

en 1 en
LogPn LogPn 1

Các ký hiệu nh trên
- Tính toán mô đun biến dạng E n-1n(N/m2 hay daN/cm2) theo kết quả thí nghiệm
nén không nở hông, tính theo công thức :
En-1n =

1 + en1
a n1,n

Để chuyển sang trạng thái ứng suất biến dạng có nở hông, phải xét tới hệ số
(có quan hệ với hệ số nở hông à và hệ số áp lực hông ). Sau khi hiệu chỉnh cho , cần
nhân với hệ số mk (theo TCXD 45 : 1978) để có giá trị mô đun tổng biến dạng tơng ứng
với khi thí nghiệm bằng tấm nén tại hiện trờng.
- Tính toán hế số cố kết đứng Cv:
Phơng pháp D. Taylor
Vẽ đờng cong cố kết trong toạ độ Biến dạng nén (h, mm) - Căn bậc hai của thời
gian ( t , ph) từ các kết quả đo biến dạng nén lún của mẫu đất dới các cấp áp lực ở các
thời gian khác nhau. Đờng cong có dạng một đờng cong lõm với đoạn đầu đợc xem là

thẳng (hình 2.8.6). Kéo dài đoạn thẳng này lên phía trên, cắt trục tung tại điểm A. Đây
đợc xem là điểm gốc của giai đoạn cố kết thấm, ứng với mức độ cố kết U = 0 theo lý
thuyết. Từ điểm A vẽ đờng thẳng thứ hai có hoành độ mọi điểm đều bằng 1,15 hoành độ
của các điểm tơng ứng trên đờng thẳng thứ nhất. Điểm B, giao điểm giữa đờng thẳng thứ
hai và đờng cong, là điểm ứng với mức độ cố kế thấm U = 90%.
Hệ số cố kết đứng Cv ( cm2/s) đợc tính theo công thức:
Cv =

0,848.(0,5.H ) 2
t 90 .60

Độ lún, mm

Trong đó:
0,848 yếu tố thời gian (thờng vẫn đợc ký hiệu la t90) ứng với mức độ cố
kết thấm U = 90%;
H chiều cao của mẫu, cm;
t90 thời gian ứng với 90% cố kết thấm, xác định đợc nh trên

1.15 x độ lún ban đầu

Độ lún ban đầu

24


Đờng cong cố kết theo phơng pháp Taylor
Phơng pháp A. Casagrande
Lập biểu đồ liên hệ Biến dạng nén (h, mm) Logarit của thời gian (Logt, ph)
từ các kết quả đo biến dạng nén lún của mẫu đất dới các cấp áp lực ở các thời gian khác

nhau. Đờng cong có dạng chữ S với hai điểm uốn (hình 2.8.7). Giao điểm của phần dới
đờng cố kết thấm (đợc coi là thẳng) với đoạn thẳng ứng với cố kết thứ cấp sẽ ứng với
thời điểm t100. Sau khi xác định đợc t0 và t100, có thể suy ra các thời điểm tơng ứng với
mức độ cố kết bất kỳ, chẳng hạn t 50, t80,.... đối chiếu với t90 đã xác định đợc theo phơng
pháp D. Taylor.
Hệ số cố kết đứng Cv ( cm2/s) đợc tính theo công thức
Cv =

0,197 yếu tố thời gian (thờng vẫn đợc ký hiệu la t50) ứng với mức độ cố
kết thấm U=50%;
H chiều cao của mẫu, cm;
T50 thời gian ứng với 50% cố kết thấm, xác định đợc nh trên

Số đo độ lún, mm

Trong đó:

0,197.(0,5.H ) 2
t50 .60

Đờng cong cố kết theo phơng pháp Casagranda
- Tính toán hệ số thấm
Hệ số thấm của đất dới mỗi cấp áp lực, Kp (cm/s), đợc tính theo công thức :
C . .a
Kp = v n
1 + etb

Trong đó:
n khối lợng riêng của nớc, lấy bằng 0,001kg/cm3;
a hệ số nén lún của đất trong khoảng áp lực thí nghiệm, cm2/daN

etb hệ số rỗng trung bình trong khoảng áp lực thí nghiệm.
etb =

en 1 + en
2

25