Bài giảng Cơ học đất - Chương 1: Tính chất vật lý của đất

CHƯƠNG I. TÍNH CHẤT VẬT
LÝ CỦA ĐẤT


Nội Dung:
1. Các thể hợp thành đất và tác dụng
tương hỗ giữa chúng
2. Kết cấu, liên kết kết cấu và cấu
tạo của đất
3. Các chỉ tiêu tính chất vật lý của
đất
4. Phân loại đất


II.1. Các pha hợp thành đất & tác dụng tương hỗ giữa chúng
Đất thường là sản phẩm của quá trình phong hóa đá
gốc, gồm 3 thành phần vật chất:
1) Pha rắn (hạt đất)
2) Pha lỏng (nước trong đất)
3) Pha khí (khí trong đất)

Hình 1: Ba thể hợp thành đất



I.1.1. PHA RẮN (HẠT ĐẤT)
Gồm các hạt đất có kích thước khác nhau,
chiếm phần lớn thể tích khối đất tạo thành khung
cốt đất. Có 3 yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của
đất là:
 Thành phần khống vật của hạt đất

 Kích thước hạt đất
 Hình dạng hạt đất


1. THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT HẠT ĐẤT (TPKV)
TPKV phụ thuộc chủ yếu vào TPKV tạo đá & hình
thức phong hóa đá. Các hình thức phong hóa khác nhau 
sản sinh các khoáng vật khác nhau
a) Khoáng vật nguyên sinh: felspar; thạch anh & mica. Đất có
TPKV nguyên sinh thường có kích thước > 0.005 mm.
b) Khống vật thứ sinh: chia ra 2 loại
Khống vật khơng hịa tan trong nước: kaolinite; ilite…chúng
là thành phần chủ yếu của các hạt sét trong đất → gọi là
khống vật sét
Khống vật hịa tan trong nước, VD: canxite; dolomit;
muscovite, ..
Các khoáng vật thứ sinh thường có kích thước < 0.005mm
c) Chất hóa hợp hữu cơ là sản phẩm được tạo ra từ di tích
động, thực vật ở giai đoạn phá hủy hoàn toàn (mùn hữu cơ)


TPKV là yếu tố quan trọng khi đánh giá tính chất
đất. Kích thước hạt đất có quan hệ mật thiết với
TPKV
Hạt đất > hạt cát (2mm) có TPKV tương tự đá gốc
Hạt cát (2- 0.05mm) do khoáng vật nguyên sinh tạo
thành
Hạt bụi (0.05 – 0.005mm) chủ yếu do khoáng vật
nguyên sinh đã ổn định về hóa học như thạch anh,
felspar…tạo thành

Hạt sét (< 0.005mm) chủ yếu do khoáng vật thứ sinh
tạo thành


2. THÀNH PHẦN CẤP PHỐI HẠT CỦA ĐẤT
Đất trong thiên nhiên gồm vơ số hạt đất có kích
thước khác nhau tổ hợp thành → khơng thể xác định
được kích thước riêng biệt của từng hạt→ phân thành
các nhóm hạt → “cấp phối hạt” của đất
+ Nhóm hạt: Tập hợp các hạt trong đất có kích thước
nằm trong một phạm vi nhất định.
+ Cấp phối hạt: Lượng chứa tương đối của các nhóm
hạt trong đất (% tổng lượng đất khơ).
+ Quan hệ đường kính hạt ~ lượng chứa tương đối
→ đường cong cấp phối hạt
Xác định đường cong cấp phối hạt như thế nào?



Xác định đường cong cấp phối hạt
Phân chia nhóm hạt & tính lượng chứa % của mỗi
nhóm trong mẫu đất dùng thí nghiệm phân tích hạt.
+ Phương pháp sàng (rây): dùng với đất hạt thô (d > 0.1mm)
+ Phương pháp tỷ trọng kế (phương pháp lắng): dùng cho đất
hạt mịn (d ≤0.1mm)


a. Phương pháp rây (sàng)
Dùng với hạt có đường kính d > 0.1 mm,
phương pháp này dùng hệ thống sàng có kích thước

mắt sàng khác nhau “bộ rây tiêu chuẩn”
Sấy khơ đất/ giã
tơi/ đổ vào rây/
lắc đều/ cân
lượng sót trên
các sàng và tính
%.


b. Phương pháp tỷ trọng kế
Dùng với hạt có đường
kính d ≤ 0.1 mm, phương pháp
này dựa trên nguyên lý lắng
chìm Stokes: các hạt có đường
kính khác nhau khi lắng chìm
trong nước sẽ lắng đọng với tốc
độ khác nhau
Từ giá trị đo khoảng cách chìm
lắng, thời gian chìm lắng, tính
được đường kính tương ứng d
của nhóm hạt & lượng chứa
của các hạt < d tính = % trọng
lượng mẫu đất


Phương pháp tỷ trọng kế

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG CONG CẤP PHỐI HẠT
Đường cong cấp phối hạt thoải hay dốc thì tốt?
Để đánh giá mức độ không đều hạt của đất, trong xây dựng
dùng hệ số không đều hạt Cu & hệ số đường cong cấp phối Cc

Cu = D60/D10

D302
& Cc 
D60 .D10

D60: đường kính cỡ hạt mà trọng lượng của tất cả các hạt nhỏ hơn và
bằng đường kính đó chiếm 60% trọng lượng mẫu đất khơ.
D10 gọi là đường kính hiệu quả, D60 gọi là đường kính chi phối
Cu càng lớn thì đường cong cấp phối càng thoải, đất không đều hạt,
ngược lại Cu càng nhỏ thì đất càng đều hạt (cấp phối xấu).
Đất được gọi là có cấp phối tốt với Cu > 4 – 6; Cc = 1 - 3. Nếu Cu = 1
thì đất được gọi là cấp phối xấu


Đánh giá chất lượng đường cong cấp phối hạt

Cấp phối tốt

Cấp phối trung bình Cấp phối kém


ĐƯỜNG CONG CẤP PHỐI HẠT DÙNG ĐỂ LÀM GÌ?

Ứng dụng của đường cong cấp phối:

Xác định được cấp phối của đất (TCXD 45 –
78)
Xác định tên đất rời (TCXD 45 – 78)
Xác định Cu và Cc


3. HÌNH DẠNG HẠT ĐẤT
Hình dạng các hạt đất khác nhau có ảnh hưởng
nhất định đến tính chất của đất

Nhóm hạt có kích thước nhỏ từ hạt sét trở
xuống thường có dạng phiến mỏng hoặc dạng hình
kim mảnh. Trường hợp này hình dạng hạt đất khơng
ảnh hưởng gì rõ rệt đến tính chất của đất.
Nhóm hạt có kích thước lớn từ hạt lớn (cát,
cuội, sỏi), thường các hạt có dạng hình khối cầu trơn
nhẵn, hình góc cạnh. Các hình dạng này có ảnh
hưởng lớn tới tính chất của đất, đặc biệt là tính
chống cắt.


Hạt có tính góc cạnh lớn → ma sát giữa các hạt cao
Hạt tròn → ma sát bé


II.1.2. PHA LỎNG (NƯỚC TRONG ĐẤT)
Đất trong tự nhiên luôn tồn tại 1 lượng nước nhất
định & ở những dạng khác nhau. Nước tác dụng mạnh với

các hạt khoáng vật, đặc biệt là những hạt nhỏ có kích
thước hạt keo để tạo nên hoạt tính bề mặt hạt đất. Theo
quan điểm xây dựng


1. NƯỚC TRONG CÁC HẠT KHOÁNG VẬT

Là nước trong mạng tinh thể của khống
vật, nó tồn tại dưới dạng phân tử nước H2O
hoặc dạng ion H+, OH-. Loại nước này chỉ
tách ra khỏi khoáng vật khi ở to cao ( >
105oC). Trong xây dựng, coi nó là 1 bộ phận
của hạt khống vật & khơng ảnh hưởng gì tới
tính chất xây dựng của đất.


2. NƯỚC KẾT HỢP MẶT NGOÀI HẠT ĐẤT

Thực nghiệm cho thấy, các hạt khống vật của
đất thường mang điện tích âm, trong khi đó, nước là
phân tử lưỡng cực → những lực tác dụng tương hỗ
điện phân tử xuất hiện khi các hạt đất tiếp xúc với
nước→ hút các phân tử nước lưỡng cực bằng 1 lực rất
lớn. Lượng nước kết hợp mặt ngồi do 3 yếu tố quyết
định:
1.Tính ưa nước của khống vật
2.Độ lớn của tỷ diện tích mặt ngồi hữu hiệu (là tổng
diện tích bề mặt của các hạt đất/1g đất)
3.Thành phần của nước trong đất, ion trong nước

Căn cứ cường độ lực hút điện phân tử của bề mặt
hạt khống vật, chia nước kết hợp mặt ngồi thành 3 lớp:
1)Nước hút bám: lớp nước bám chặt vào mặt ngoài hạt
do sức hút điện phân tử rất mạnh gây ra. Đất sét chứa
nước hút bám sẽ ở trạng thái rắn
2)Nước kết hợp mạnh: lớp nước liền kề nước hút bám
do lực hút điện phân tử tương đối mạnh tạo nên. Đất sét
chứa nước kết hợp mạnh sẽ ở trạng thái nửa rắn
3)Nước kết hợp yếu: lớp nước ngoài cùng do lực hút
điện phân tử tương đối yếu tạo thành, đất sét chứa nước
kết hợp yếu & kết cấu đất bị phá hoại thì nó thể hiện tính
dẻo.