Cơ học đất - Chương 8

Chương 8. Các thí nghiệm đất ở hiện trường


8.1
Chương 8.
CÁC THÍ NGHIỆM ĐẤT Ở HIỆN TRƯỜNG
(CHƯƠNG GIỚI THIỆU THAM KHẢO)
8.1. Thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn và đầm chặt cải tiến
8.1.1.Dụng cụ thử.
Bộ dụng cụ đầm tiêu chuẩn, sàng đường kính lỗ d = 5mm, cối sứ, chày đầu bịt cao
su, cân đĩa, hộp nhôm, bình định lượng, tủ sấy, khay nhôm, …
Hinh 8_ 1 Bộ đầm chày tiêu chuẩn

Hinh 8_ 2 Bộ đầm chày cải tiến

8.1.2.Trình tự thí nghiệm.
Chọn khoảng 15kg đất đã qua sàng 5mm chia ra thành 5 phần, hoặc lớn hơn, mỗi
phần 2,5kg cho vào các khay rồi phun các lượng nước q khác nhau để có độ ẩm từ 5 -
30%. Lượng nước phun vào đất để có các độ ẩm tính theo công thức :
)(
,
,
1
0101
010
WW
W
m
q −
+
=

(8.1)
Trong đó :
q - Lượng nước phun thêm (g);
W - Độ ẩm của đất dự chế (%);
W
1
- Độ ẩm của đất trước khi làm ẩm thêm (%);
m – Khối lượng đất trước khi làm ẩm thêm (g).
Khi lượng đất để thử bị hạn chế có thể sử dụng lại đất sau một lần thử đầu tiên để
dự chế cho các pheps thử tiếp theo. Đất bazan, đất sét có tính dẻo cao không được dùng
đất đã đầm để thử lại. Mỗi loại đất khi thử cần xác định giá trị
I
P
γ
S
và thành phần hạt
toàn bộ mẫu đất.
- Đất cát : lần thử đầu từ độ ẩm 5%, các lần tiếp theo tăng thêm 1-2% cho mỗi lần
thử và xác định độ ẩm của đất trước khi đầm nện. Mẫu đất phải được trộn kỹ
dều, sau đó ủ trong bình kín 1h. Các lần thử tiếp theo sau, sau khi cho thêm nước
cũng trộn kỹ đều và ủ trong bình kín quá 15’ rồi lấy ra thử.
- Đất loại sét : Lần thử đầu lấy W = 10%, các lần tiếp theo tăng thêm 2% (sét pha,
cát pha) đến 5% (đất sét). Thêm nước, trộn kỹ đều, ủ đất trong bình kín t ≥ 15h
Chương 8. Các thí nghiệm đất ở hiện trường


8.2
rồi đem ra đầm nện. Mẫu thử lân sau phải đảm bảo thêm nước trộn đều ủ kín ít
nhất 15’.
Đặt cối đầm trên nền phẳng, cứng. Lấy đất đã chuẩn bị ở mỗi khay cho vào cối, mỗi

lần chiếm khoảng trên 1/3 thể tích cối đầm. Dùng chày nặng 2,5kg cho rơi tự do ở độ cao
30cm để đầm cho từng lớp đất. Số lần đậ
p cho mỗi lớp quy định :
Đất cát, cát pha : 25 chày,
Sét pha và sét có I
P
≤ 30 : 40 chày,
Đất sét có I
P
> 30 : 50 chày.
Phải phân bố đều số chày trên lớp đất. Đầm xong lớp nào phải dùng dao khía trên
mặt lớp để các lớp tiếp xúc nhau tốt. Sau khi nện đủ số chày ở lớp thứ 3 thì mẫu thử chỉ
được phép cao hơn mép cốc ≤ 0,5cm.
Tháo phần vòng đệm bên trên, dùng dao gọt bỏ phần thừa cho thật phẳng không
được để lồi lõm.
Tháo cối ra khỏi đế, đem cân đất cùng với cối lấy chính xác đến 1g. Xác
định khối
lượng thể tích của đất ẩm :
V
mm
V
m
w
W
34
−
==
γ
(8.2)
Trong đó :

W
γ
- Khối lượng thể tích của đất có độ ẩm W (g/cm
3
);
w
m
- Khối lượng đất ở độ ẩm W (g);
V - Thể tích cối đầm (cm
3
).
Sau khi cân xong lấy đất ở giữa cối để xác định độ ẩm W của mỗi lần thử.
Tiếp tục thử như trên với ít nhất 5 cối đất đã chuẩn bị. Nếu thấy
W
γ
của đất tăng
dần và sau đó giảm đần thì thôi. Nếu không phải làm thêm hoặc làm lại từ đầu. Kết quả
thử ghi theo biểu 1-1.
8.1.3.Xử lý kết quả
Bảng 8_ 1 Bảng kết quả thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn
Độ ẩm W (%) Khối lượng thể tích khô (g/cm3)
Độ ẩm từng
mẫu
Công
đầm
A
kgm
Số lần
thí
nghiệm

N
0

Số
hiệu
hộp
nhôm
N
0

Khối
lượng
hộp
nhôm
m
0
(g)
Khối
lượng
hộp
và đất
ướt
m
1
(g)
Khối
lượng
hộp
và đất
khô

m
2
(g)
Từng
mẫu
(%)
Trung
bình
từng
mẫu
(%)
Khối
lượng
cối
đầm
m
3

(kg)
Khối
lượng
cối và
đất m
4

(kg)
Khối
lượng
thể tích
đất ẩm

Khối
lượng
thể tích
khô
(g/cm3)




Tính hàm lượng % hạt đất có đường kính d > 5mm theo công thức
Chương 8. Các thí nghiệm đất ở hiện trường


8.3
(%).
),(
),(
100
0101
0101
0
P
p
WM
Wm
P
+
+
=
(8.3)

Trong đó :
m
p
– Khối lượng đất hạt có d > 5mm (kg);
M – Khối lượng toàn bộ mẫu đất đem thử (kg);
W
0
- Độ ẩm của toàn bộ mẫu đất dem thử (%);
W
P
- Độ ẩm của đất hạt có d > 5mm (%).
Tính khối lượng thể tích đất khô.
)/(
,
3
0101
cmg
W
w
c
+
=
γ
γ
(8.4)
Trong đó :
W
γ
- Khối lượng thể tích đất ẩm đang thử (g/cm
3

);
W - Độ ẩm của đất đang thử (%).
Tính công đầm nện A (Ncm/cm
3
)
10.
.
...
a
F
hgmn
A =
(8.5)
Trong đó :
n – Số lần đầm nện mỗi lớp;
m – Khối lượng của búa đầm nện (kg);
g – Gia tốc trọng trường (9,81 m/s
2
);
h – Chiều cao rơi búa (cm);
F – Diện tích tiết diện cối đầm (cm
2
);
a – Chiều dầy lớp đất đầm nện (cm).
Nếu hàm lượng của nhóm hạt có d > 5mm chiếm trên 3% ta dùng công thức hiệu
chỉnh :
)(,'
'
css
sc

c
P
γγγ
γγ
γ
−−
=
010
(8.6)
Trong đó :
'
c
γ
- Khối lượng thể tích đất khô có chứa hạt d > 5mm (g/cm
3
);
c
γ
- Khối lượng thể tích đất khô có chứa hạt d ≤ 5mm (g/cm
3
);
'
s
γ
- Khối lượng riêng phần hạt có d > 5mm (g/cm
3
)
Dùng kết quả tính toán được vẽ đồ thị quan hệ giữa độ chặt và độ ẩm của đất, quan
hệ giữa độ chặt và công đầm chặt. Qua đay xác định được
max

c
γ
, độ ẩm thích hợp W
th
và
công đầm chặt hợp lý A.
Xác định chỉ số đầm chặt :
Chương 8. Các thí nghiệm đất ở hiện trường


8.4
maxc
c
K
γ
γ
=
(8.7)

Trong đó :
c
γ
- Khối lượng thể tích khô của đất tại hiện trường (g/cm
3
);
maxc
γ
- Khối lượng thể tích khô của đất xác định qua thí nghiệm đầm chặt tiêu
chuẩn.
8.2.Thí nghiệm xác định độ ẩm nhanh bằng dụng cụ thử ẩm bột Cacbua-

canxi
8.2.1.Dụng cụ thử.


Hinh 8_ 3 Máy thử độ ẩm nhanh
8.2.2.Trình tự thí nghiệm.
1. Làm sạch bình bằng chổi lông
2. Cân một lượng mẫu vật cần đo bằng cân 13gr
3. Đặt bình nằm ngang quay miệng về bên phải
4. Bỏ 2 viên bi vào trong bình
5. Đổ mẫu đã cân vào trong bình
6. Lấy gáo múc 2 miệng gáo đất đèn đã nghiền từ hộp, tương đương 25gr đổ vào
bình
7. Đậy nắp bình nằm ngang thẳng hàng với miệng bình, từ từ đẩy nắo bình dọc
theo hướng đậy tới miệng bình
8. Kéo quai bình thẳng hàng trong lúc bình nằm ngang, xiết ốc hãm vào nắp bình
đến khi cảm thấy chặt tay.
9. Nghiêng bình để đất đèn bắt đầu tiếp xúc với mẫu, lắc bình tròn sao cho 2 viên
bi lăn quanh vách bình từ miệng tới đáy và ngược lại trong thời gian 1 phút
10. Sau đó đọc kết quả từ đồng hồ tại đáy bình
8.3. Thí nghiệm cắt cánh hiện trường.
8.3.1.Giới thiệu chung.
Như ta đã biết đường Coulomb biểu diễn sức kháng cắt của đất có dạng

ctg. +ϕσ=τ

Chương 8. Các thí nghiệm đất ở hiện trường


8.5

Với điều kiện đất dính thuần túy, bão hòa nước mà cắt nhanh, không cố kết, không
thoát nước gọi là (UU) và khi đó ta có.

0
u
=ϕ


u
c=τ

Ta đã biết, khả năng thoát nước lỗ rỗng của đất dính rất chậm nên một số trường
hợp tính toán nền móng, đặc biệt nghiên cứu đất đắp trên nền đất yếu thì thí nghiệm UU
là thích hợp.
Xuất phát từ những vấn đền trên người ta đã đề ra một loại thí nghiệm, không cần
tiến hành lấy mẫu nguyên dạng, có thể xác định nhanh sức kháng cắt của đấ
t trên nền đất
yếu.
Một thiết bị được gọi là Thí nghiệm cắt cánh hiện trường lần đầu tiên xuất hiện ở
nước Anh và Thụy Điển vào năm 1948
8.3.2.Dụng cụ thử.

Hình 8_4 Bộ thí nghiệm cắt cánh hiện trường
Bộ thí nghiệm cắt cánh này là một trong những thiết bị được mua theo dự án của
ngân hàng thế giới. Về cách vận hành thiết bị này được nêu rõ trong muc “HƯỚNG DẪN
SỬ DỤNG THIẾT BỊ”
8.3.3.Trình tự thí nghiệm.
Thí nghiệm cắt cánh trong hố khoan.
1) Khoan tạo lỗ đến độ sâu cần thí nghiệm, có thể chống ống hoặc không tùy theo khả
năng giữ thành của hố khoan. Vét sạch bùn đáy hố và không được làm xáo trộn đất

dưới đáy hố khoan.
Án sâu cánh cắt vào trong đất dưới đáy hố khoan ít nhất một khoảng bằng 2 lần chiều dài
cánh cắt.
Vừa quay tay quay vừa đọc ngẫu lực trên đồng hồ l
ực và chỉ số vạch trên đồng hồ
Quay tiếp cánh cắt khoảng 10 vòng để đất bị cắt hoàn toàn
8.3.4.Xử lý kết quả.
Kết quả tính toán được tiến hành theo nguyên tắc sau:
Nếu gọi lực quay là F cánh tay đòng là d ta có momen quay M=F.d
Sức kháng cắt trong trường hợp đất dính bão hòa nước ta có τ=C
u
được xác định
theo công thức sau
Chương 8. Các thí nghiệm đất ở hiện trường


8.6
K
M
)H.3D.(D
M.6
2
=
+π
=τ
(8.8)
Trong đó:
K: Được gọi là hệ số cắt cánh
Kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường thường được trình bày dưới dạng biểu đồ,
dưới hai dạng.

Biểu đồ thí nghiệm cắt cánh là biểu đồ thể hiện mối quan hệ sức kháng cắt theo góc
quay cánh cắt trong đất. Giá trị cực đại là sức kháng cắt của đất ở trạng thái tự nhiên và
giá trị cực tiêu thể
hiện sức kháng cắt đất ở trạng thái phá hỏng
Trụ thí nghiệm cắt cánh thể hiện cột địa tầng và bên cánh là biểu đồ chỉ sức kháng
cắt theo từng độ sâu thí nghiệm.
8.4.Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)
8.4.1.Giới thiệu khái quát
Thí nghiệm xuyên tĩnh là thí nghiệm hiện trường phát triển rộng rãi trên thể giới,
đặc biệt là các nước Trung Âu.
Xuyên tính có nguồn gốc từ Mỹ (1929), song thực sự phát triển mạnh mẽ ở phòng
thí nghiệm Cơ học đất Delft (Hà Lan). Thiết bị xuyên tĩnh phát triển rất đa dạng trong
một nước cũng như các quốc gia trên thể giới. Do đó ở Châu Âu đã diễn ra nhiều hội nghị
nhằm chu
ẩn hóa thống nhất các thí nghiệm xuyên nói chung.
Về cơ bản có thể phân thành hai loại xuyên tĩnh trên cơ sở phương thức di chuyển
mũi côn
- Xuyên tĩnh mũi côn di động gồm các thiết bị Guoda, Pilcon, Maurice, Haefeli,
Fehlmann, Franki, Soletance v.v..
- Xuyên tĩnh mũi côn cố định gồm các thiết bị PVS
Chú ý: Do hai phương thức di chuyển mũi côn khác nhau dẫn đến kết quả thí
nghiệm khác nhau ở một số loại đất.
8.4.2.Nguyên lý thí nghiệm xuyên tĩnh
Nguyên lý thí nghiệm xuyên tĩnh là do sức kháng của đất khi ẩn một mũi côn có
hình dạng kích thước quy định vào trong đất. Nếu P là phản lực của đất, B là đường kình
mũi côn thì sức kháng của mũi côn được thể hiện qua biểu thức

2
c
B.

P.4
q
π
=

Việc ấn mũi côn xuống đất thường được tiến hành liên tục qua hệ thống cần ti, chịu
tác động của nguồn tạo lực và có các thiết bị dùng để đo lực ấn đó.
8.4.3.Thiết bị thí nghiệm.
Thiết bị dùng trong thí nghiệm xuyên tĩnh mũi côn hiện nay Bộ môn Công trình
Cảng có một máy xuyên tĩnh PAGANI TG63-100 của Italy
Về cấu tạo cơ bản của một thiết bị xuyên tĩnh có thể khái quát như sau:
Chương 8. Các thí nghiệm đất ở hiện trường


8.7
Hệ thống tháp xuyên-khung đỡ-đối tải: đây là hệ thống khung tháp gắn máy móc,
thiết bị xuyên và hệ neo đối tải. Thiết bị xuyên tĩnh có thể phân thành các loại
- Xuyên tay dùng neo đối tải đến 2,5 tấn
- Xuyên máy dùng neo đối tải đến 10tấn
- Xuyên máy, tự hành (đặt trên xe kéo và dùng tự trọng làm đối tải đến 10tấn)
Hệ thống lực ấn: có hai loại cơ bản.
- T
ạo lực thủ công là hệ thống truyền lực quay tay để ấn hệ thống cần mũi xuyên
xuống đất
- Động cơ thủy lực gắn liền với hệ thống kích thủy lực để ấn mũi và cần xuyên
xuống đất.
Hệ thống xuyên: bao gồm hai loại
- Cần ngoài: bằng thép đặc biệt cứng, rỗng giữa, có đường kính 35,7mm và chiều
dài 1000mm. Một s
ố loại xuyên tĩnh sâu có thể sử dụng cần ngoài có đường kính

45mm. Cần ngoài có chức năng ấn mũi xuyên xuống đất vào bảo vệ cần ty trong
thí nghiệm đo hoặc cáp điện của xuyên điện
- Cần trong: Bằng thép đặc biệt cứng, có đường kính 20mm, dài 1000mm. Cần
trong có chức năng truyền lực từ mũi xuyên lên hệ thống đo sức kháng. Với
xuyên điện không sử
dụng cần trong và được thay bằng cáp điện để truyền tín
hiệu cảm biến điện-lực lên mặt đất.
- Mũi xuyên: Theo cơ cấu vạn hành mũi xuyên được phân thành hai loại
Hệ thống đo ghi số liệu: có hai phương thức thể hiện số liệu sức kháng xuyên và đo
ghi
- Hiển thị tự động lên băng ghi hoặc màn hình: Hiển thị sức kháng xuyên kiể
u này
thường áp dụng cho xuyên điện. Mũi xuyên được gắn bộ cảm biến điện áp lực
truyền qua dây cáp điện lên bộ phận tự ghi vẽ biểu đồ hoặc hiển thị trên màn
hình.

Hình 8_ 5 Máy xuyên tĩnh PAGANI