Tài liệu Báo cáo thực hành thí nghiệm cơ học đất

THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT I. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Đất là sản phẩm phong hóa từ đá gốc( đá mác ma, đá trầm tích, đá biến chất), do đó đất tồn tại rất phổ biến trong thiên nhiên, tồn tại khắp nơi trên mặt vỏ quả đất. - Đất gồm các hạt đất (hạt khoáng vật) tổ hợp thành, giữa các hạt hình thành lỗ rỗng, trong lỗ rỗng thường chứa nước và các hạt khí. Chỗ tiếp xúc giữa các hạt đất hoặc không có liên kết ( đất rời) hoặc có liên kết ( đất dính) nhưng cường độ liên kết rất bé so với cường độ bản thân của đất. Như vậy đất có đặc tính rõ ràng là vật thể rời rạc, phân tán và có nhiều lỗ rỗng, do đó đất có tính thấm nước, tính co ép và tính nén lún, tính ma sát và chống cắt và có khả năng đầm chặt. Đó là đặc điểm đặc biệt so với các vật liệu khác. - Trong xây dựng lớp đất được sử dụng là lớp đất nằm dưới cách mặt đất khoảng 0,5 – 1m, hoặc sâu hơn nữa. - Đất xây dựng thường dùng để: + Làm nền công trình. + Đắp đê đập, nền đường. + Đào đường ngầm, xây dựng cống ngầm trong đất – đất trở thành môi trường xây dựng. - Tính chất và độ bền của đất xây dựng ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến chất lượng và quy mô công trình, do đó nghiên cứu đất xây dựng là vấn đề trọng yếu, có quan hệ mật thiết đến kinh tế kỹ thuật của công trình. Vì vậy nghiên cứu đất xây dựng là nhiệm vụ của cơ học đất. Đối tượng nghiên cứu của cơ học đất cũng chính là đất xây dựng. II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG Cơ học đất tập trung giải quyết các nhiệm vụ và nội dung cơ bản: - Xác định độ lún của công trình và đê đập. - Xác định tải trọng giới hạn và sức chịu tải của nền - Xác định được độ ẩm, dung trọng của đất. - Xác định được thành phần cỡ hạt. - Xác định được giới hạn nhão, giới hạn dẽo. - Xác định được các chỉ tiêu chống cắt. III. Ý NGHĨA - Thí nghiệm cơ học đất nhằm nghiên cứu các đặc tính cơ lý của đất. Mặt khác thí nghiệm cơ học đất còn cung cấp các số liệu cơ bản để thực hiện công tác thiết kế. - Nắm vững được các kiến thức và tính chất của đất chúng ta có thể thực hiện được các công việc thiết kế, khảo sát hoặc quản lý trong xây dựng mọi công trình. SVTH: Đặng Ngọc Trung 1 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT Chẳng hạn khi ta đã có kết quả thí nghiệm của mẫu đất thì ta có thể ước tính được độ lún cũng như sự chênh lệch độ lún lớn nhất của nền, mức độ biến dạng và nứt nẻ của khối đất đắp, biến dạng thấm và mức độ gây mất ổn định của nền… Ngoài ra có thể còn dự báo được mức độ và quy luật suy giảm độ bền của đất do biến đổi hoàn cảnh và môi trường sau khi xây dựng công trình để đề ra phương pháp gia cố dự phòng. Cũng như có thể thay đổi phương án thiết kế, thi công và khai thác công trình để thích ứng với quy luật và mức độ suy giảm chất lượng đất trong tương lai nhằm đảm bảo công trình an toàn.  CÁC THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG + Thí nghiệm xác định độ ẫm, dung trọng. + Thí nghiệm xác định thành phần cỡ hạt. + Thí nghiệm ATTERBERG ( giới hạn nhão, giới hạn dẽo) + Thí nghiệm cắt trực tiếp. Thí Nghiệm 1 : XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CỠ HẠT SVTH: Đặng Ngọc Trung 2 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT I. Mục Đích - Thí nghiệm phân tích của cỡ hạt đất bằng phương pháp rây sàng dùng để tách rời của cỡ hạt của đất qua những mắt lưới để: - Xác định độ lớn cỡ hạt. - Tính được sự phân bố cỡ hạt. - Xếp hạng đất theo cỡ hạt. - Từ thành phần cỡ hạt để đánh giá được đất( khả năng chịu lực, chịu cắt). - Phương pháp này chỉ dùng cho các loại đất hạt cát và lớn hơn. II. Dụng Cụ Thí Nghiệm - Phương pháp này dùng bộ rây tiêu chuẩn có đường kính rây 4.76, 2 , 0.84, 0.52, 0.42, 0.297, 0.25, 0.149 , 0.074. - Cân điện tử độ chính xác ( 0,01 – 0, 1) g. - Thau đựng mẫu đất. Thau đựng mẫu đất Bộ rây Cân điện tử III. Trình Tự Thí Nghiệm. Ta đem cân bộ rây trên cân điện tử để xác định được trọng lượng của từng rây. Sau đó sắp xếp các rây chồng lên nhau theo thứ tự lỗ rây nhỏ dần từ trên xuống dưới, dưới cùng là đáy rây. Mẫu đất làm thí nghiệm sẽ được phơi khô ngoài trời.  Ta cân thau chứa đất để xác định khối lượng.  Ta cho đất vào thau => đem cân đất trên cân điện tử. SVTH: Đặng Ngọc Trung 3 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT  Lấy 500g cát pha.  Cho đất vào ngăn rây rồi đậy nắp rây lại => tiến hành rây sàng bằng tay với động tác lắc tròn ngang trong 10 phút.  Sau khi rây xong ta đem từng rây đi cân lại bằng cân điện tử, để xác định lại trọng lượng của các hạt đọng lại trên từng rây. Quá trình rây Chú ý khi cân rây ta trên cân điện tử ta cần hết sức nhẹ tay để cho đất trong rây không bị rơi ra ngoài, cũng như để có được độ chính xác cao. Sau khi cân lại rây ta sẽ xác định được khối lượng của đất bám trên từng rây. Từ đó có sẽ có số liệu để thực hiện vẽ biểu đồ. Đường kính rây (mm) 20 10 5 2 1 0.5 Trọng lượng rây trước khi cân (g) 523.9 458.9 425.7 457.3 384.2 377.3 SVTH: Đặng Ngọc Trung 4 Trọng lượng rây sau khi cân (g) 523.9 458.9 428.1 482.8 419.6 462.8 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT 0.25 0.1 0.075 Đáy rây 376 367.3 362 277.6 580.3 583.2 370.2 277.9 IV. Kết quả thí nghiệm  Số phần trăm giữ lại cộng dồn = tổng các số phần trăm trọng lượng giữ riêng trên rây đó với các rây có mắt rây lớn hơn hoặc tính như sau: Trọng lượng đất trên rây cộng dồn x 100% Trọng lượng tổng cộng  Số phần trăm trọng lượng lọt qua rây = 100% - số phần trăm trọng lượng giữ lại cộng dồn. Tính hệ số đồng đều và hệ số hạng cấp  Hệ số đồng đều Cu  D60 D10  Hệ số hạng cấp Cg  D30 2 D60  D10 Trong đó: D60 : đường kính mà các hạt có đường kính nhỏ hơn chiếm 60% mẫu phân tích. D30 : đường kính mà các hạt có đường kính nhỏ hơn chiếm 30% mẫu phân tích. D10: đường kính mà các hạt có đường kính nhỏ hơn chiếm 10% mẫu phân tích. Đường kính cỡ hạt D60, D30, D10 nhận được từ đường biễu diễn phân bố cỡ hạt. Số hiệu rây 4 10 20 30 40 50 60 100 200 Đáy rây Đường kính rây (mm) 4.76 2.00 0.84 0.52 0.42 0.297 0.25 0.149 0.074 Trọng lượng giữ lại cộng dồn (g) % Trọng lượng giữ lại cộng dồn % Trọng lượng lọt qua rây 0 0.63 1 8.8 15.49 65.94 316.88 481.29 495.76 500 0 0.126 0.2 1.76 3.098 13.188 63.376 96.258 99.152 100 100 99.874 99.8 98.24 96.902 86.812 36.624 3.742 0.848 0 SVTH: Đặng Ngọc Trung 5 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT ĐƯỜNG CONG CẤP PHỐI CỠ HẠT Phần trăm hạt lọt qua sàng (%) Sạn Bụi Cát 120 100 99.874 99.8098.24 96.90 86.81 80 60 40 36.62 20 3.74 0 10 1 0.1 0.85 0.01 Đường kính hạt (mm) Thí Nghiệm 2: THÍ NGHIỆM ATTERBERG ( GIỚI HẠN NHÃO, GIỚI HẠN DẺO) I. Mục Đích - Tùy theo độ chứa nước và tùy theo loại đất đó, đất sẽ ở trong các trạng thái cơ bản sau: - Trạng thái cứng. - Trạng thái nữa cứng. - Trạng thái dẻo. - Trạng thái nhão. - Độ chứa nước trung gian giữa các trạng thái này cho ta các giới hạn được gọi là giới hạn Atterberg. - Giới hạn dẻo (Wp) : độ chứa nước trung gian giữa trạng thái nữa cứng và trạng thái dẻo. - Giới hạn nhão ( Wt) : độ chứa nước trung gian giữa trạng thái dẻo và trạng thái nhão ( lỏng). II. Dụng Cụ Thí Nghiệm - Dụng cụ giới hạn nhão ( còn gọi là dụng cụ casagrande). - Bộ phận cắt rãnh hay dao cắt rãnh. SVTH: Đặng Ngọc Trung 6 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT - Cân điện tử độ chính xác ( 0,01 – 0,1)g. Tủ sấy có điều chỉnh nhiệt độ đến 3000c, Dao trộn đất ( lớn và nhỏ). Lon đựng mẫu đất thí nghiệm. Lon chứa đất Dao cắt rảnh Dụng cụ casagrande Cân điện tử Dao trộn đất Tủ sấy III. Trình Tự Tiến Hành Thí Nghiệm  Chuẩn bị đất làm thí nghiệm. Đất được lấy làm thí nghiệm là mẫu đất được sấy khô, và có dạng hình sắt lát.  Dùng tay bẻ nhỏ từng mẫu đất sau đó dùng chày sắt giã đất ra => đất sau khi giã xong ta đem đi rây sàng với rây có đường kính 0,5mm. SVTH: Đặng Ngọc Trung 7 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT Đất dùng làm thí nghiệm Công tác giã đất bằng chày 0.5  Sau khi rây xong ta cho đất rây vào thau chứa => dùng cân điện tử để chia đất ra thành 2 phần, mổi phần 150g.  Tiến hành cho nước vào thau chứa đất đã cân SVTH: Đặng Ngọc Trung 8 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT Lần thứ nhất  Cho 70ml nước vào thau đất đã được cân => dùng dao trộn để trộn đất. Cần phải trộn thật kỹ và ủ để đất hoàn toàn bão hòa.  Sử dụng dụng cụ casagrande dùng để xác định giới hạn nhão bằng cách quay một cần nhỏ để đưa chỏm cầu lên cao 1cm và rơi tự do xuống mặt đế bằng cao su cứng. Để đảm bảo độ rơi của chỏm cầu là 1cm, ta cần điều chỉnh độ rơi này trước khi thí nghiệm.  Sau khi trộn xong ta trét đất đầy vào chỏm cầu. Khi trét, tránh không để bọt khí hiện diện trong đất, bề dày lớp đất ngay đáy chỏm cầu khoảng 1cm.  Dùng dao cắt rãnh vạch một đường thẳng từ trên xuống. Khi vạch luôn luôn phải giữ dao vạch thẳng góc với mặt chỏm cầu. Dao cắt rảnh này chia đất làm hai phần cách xa nhau dưới đáy là 2mm và bề dày ở hai bên rãnh là 8mm. SVTH: Đặng Ngọc Trung 9 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT  Sau khi dùng dao cắt rảnh xong ta tiến hành quay. Chú ý phải quay thật đều cần quay.  Sau 61 lần quay ta thấy sự va chạm giữa chỏm cầu và đế làm cho phần đất hai bên sụp xuống và từ từ khép lại, và chiều dài rảnh khép kín này khoảng 1,27cm => ta dùng dao lấy một phần đất ngay chỗ khép kín bỏ vào lon 1( lon mẫu đã được xác định khối lượng bằng cân điện tử) để xác định độ chứa nước tương ứng. Lon số 1 có khối lượng trước khi bỏ mẫu đất thí nghiệm vào là: 18.638g.  Sau khi bỏ mẫu đất vào lon 1 thì ta đem cân lon 1 để xác định trọng lượng :32.291g  Sau khi cân xong ta đem lon 1 có chứa mẫu đất bỏ vào tủ sấy và sấy ở nhiệt độ cao. Lần thứ hai  Tiếp tục cho thêm 25ml nước vào thau đựng đất lúc đầu và tiếp tục dùng dao trộn đất. - SVTH: Đặng Ngọc Trung 10 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT  Sau một thời gian trộn ta bắt đầu trét đất đầy vào chỏm cầu và thực hiện tương tự như lần đầu.  Sau 56 lần quay ta thấy phần đất hai bên đã khép lại => dùng dao lấy một phần ngay chỗ khép kín bỏ vào lon 2( lon mẫu đã được xác định khối lượng bằng cân điện tử). - Khối lượng lon 2 trước khi bỏ mẫu đất thí nghiệm vào là:19.017g.  Sau khi bỏ mẫu đất vào lon 2, thì ta đem cân lon 2 để xác định khối lượng: 26.976g.  Sau khi cân xong ta đem lon 2 có chứa mẫu đất vào tủ sấy và sấy ở nhiệt độ cao. Lần thứ ba  Ta cho thêm 5ml nước vào thau đất và dùng dao trộn tiếp tục trộn đều đất.  Thực hiện các thao tác tương tự như lần 1 và lần 2.  Sau 46 vòng quay ta thấy phần đất hai bên đã khép lại => dùng dao lấy một phần đất ngay chỗ khép kín bỏ vào lon 3 ( lon mẫu đã được xác định khối lượng bằng cân điện tử). - Khối lượng lon 3 trước khi bỏ mẫu đất thí nghiệm vào là:17.290g. SVTH: Đặng Ngọc Trung 11 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT  Sau khi bỏ đất vào lon 3, ta đem lon 3 đi cân để xác định khối lượng :31.436g.  Cân xong ta đem lom L2 bỏ vào tủ sấy và sấy ở nhiệt độ cao. Sau 4 giờ sấy ở nhiệt độ cao trong tủ sấy ta lấy các lon ra và lần lượt cân các lon lại. Ta thấy khối lượng: Lon 1:28.542g. Lon 2: 24.725g. Lon 3:27.221g. Các mẫu đất sau khi được sấy Cân đất sau khi sấy SVTH: Đặng Ngọc Trung 12 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT Trong thí nghiệm xác định giới hạn nhão, ta phải thực hiện tối thiểu 3 lần. Dựa vào các số liệu trên ta vẽ được biểu đồ. 43 Độ chứa nước W(%) 42.44 42 41 40 39.44 39 38 37.85 37 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Số lần rơi của chõm cầu Series1 XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN DẼO I. Dụng Cụ Thí Nghiệm - Thau đựng đất - Dao trộn đất SVTH: Đặng Ngọc Trung 13 50 55 60 65 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT - Nước Cân điện tử độ chính xác( 0,01 – 0,1)g Lon đựng mẫu đất thí nghiệm. Kính thủy tinh dùng để se đất. Kính se đất dày 5mm 5mm Lon chứa đất Dao trộn đất Cân điện tử và thau chứa đất II. Trình Tự Tiến Hành  Tiến hành cân lon để chứa mẫu đất thí nghiệm. Lon 1:27.073g. Lon 2: 17.109g. SVTH: Đặng Ngọc Trung 14 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT  Lấy thau cân trên cân điện tử : 79,42g  Cho đất vào thau( chú ý: đất làm thí nghiệm là đất khô đã được sấy và đã được rây sàng qua rây 0,5mm).  Lấy nước bỏ vào thau đựng đất làm thí nghiệm và dùng dao trộn để trộn đều cho đất vừa đủ dẽo.  Sau khi trộn cho đất dẽo ta dùng dao trộn lấy ra một ít đất => bỏ lên tấm kính và se đất trên tấm kính phẳng bằng 4 ngón tay, se đến khi nào đất đạt được đường kính 3mm và xuất hiện nhiều vết nứt thì dừng lại và dùng dao trộn cắt một phần mẫu đất bỏ vào lon 1.  Sau khi bỏ mẫu đất vào lon 1 ta tiến hành cân lon 1 để xác định khối lượng của lon. - Khối lượng của lon 1 có chứa mẫu đất: 32.672g.  Sau khi cân xong ta đem lon 1 có chứa mẫu đất vào tủ sấy và sấy ở nhiệt độ cao.  Tiến hành lấy mẫu lần 2.  Sau khi đất đã đạt tới độ dẽo dùng dao trộn lấy một ít đất ra bỏ trên tấm kính => tiến hành se đất trên tấm kính phẳng bằng 4 ngón tay. Thực hiện tương tự như lần 1.  Ta dùng lon 2 để chứa mẫu đất sau khi se => cân lon 2 có chứa mẫu đất. - Khối lượng của lon 2 có chứa mẫu đất: 20.338g.  Sau khi cân xong ta cho lon 2 có chứa mẫu đất bỏ vào tủ sấy và sấy ở nhiệt độ cao. Chú ý trong quá trình se đất, nếu đất còn dẻo thì đất sẽ không nứt khi đạt đến đường kính 3mm. Ta nhập đôi lại và tiếp tục se. Nếu đất cứng thì đất sẽ không nứt khi đạt đến đường kính 3mm, ta cần thêm nước vào và se lại. Sau 12 giờ sấy ở nhiệt độ cao ta lấy 2 mẫu đất ra và đem cân lại. Ta thấy: SVTH: Đặng Ngọc Trung 15 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT - Khối lượng của lon 1:31.583g. Khối lượng của lon 2: 19.696g. III. Kết quả thí nghiệm  Giới hạn nhão - Giới hạn nhão WL được đo và gióng từ đường cong chảy là độ chứa nước ứng với số lần rơi của chỏm cầu là 25 lần. - Ở 25 lần quay ứng với độ ẩm 24%. N WL  W    25  0.121  50   40.2   25  0.121  43.72 0 0 SVTH: Đặng Ngọc Trung 16 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT Độ ẩm của lần 1: Wt  Wh 31.87  23.78 .100%  .100%  37.85% Wh 9.904 WL1  Độ ẩm lần 2: WL 2  Wt  Wh 26.976  24.725 .100%  .100%  39.44% Wh 5.708 Độ ẩm lần 3: WL3  Wt  Wh 31.436  27.221 .100%  .100%  42.44% Wh 9.931 Giới hạn dẽo: Độ ẫm của lần 1: Wt  Wh 32.672  31.583 .100%  .100%  24.15% Wh 4.51 WP1  Độ ẩm lần 2: WP 2  Wt  Wh 20.338  19.696 .100%  .100%  24.82% Wh 2.587 Độ ẩm trung bình là: WP  W1  W2  24.49% 2 Chỉ số atterberg I P  WL  WP  43.72  24.49  19.23 Độ sệt B W  WP 40.2  24.49   0.82 WL  WP 43.72  24.49 Kết luận Đất làm thí nghiệm là đất sét, và đất là đất dẻo chảy. SVTH: Đặng Ngọc Trung 17 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT Thí nghiệm 3: THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP I. Mục Đích - Thí nghiệm cắt trực tiếp dùng để xác định các chỉ tiêu sức chống cắt là góc nội ma sát φ và lực dính c của đất. Thí nghiệm này có thể thực hiện trên cả hai loại đất có lực dính và đất không có lực dính. - Thí nghiệm thực hiện theo cách không thoát nước – không cố kết, có nghĩa là sau khi đặt áp lực thẳng đứng, sức cắt được đặt nhanh để cho nước trong mẫu đất không có thời gian thoát ra. II. Dụng Cụ Thí Nghiệm - Máy cắt trực tiếp kiểu truyền lực qua vòng ứng biến và cánh tay đòn. - Hộp casagrande (hộp cắt) chứa mẫu đất. - Dao vòng cắt đất bằng kim loại không gỉ. - Dao cắt gọt đất. - Đá nhám. - Vòng đo áp lực. SVTH: Đặng Ngọc Trung 18 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT Dao vòng cắt đất bằng kim loại không gỉ. Các bộ phận của hộp casagrande Máy cắt trực tiếp kiểu truyền lực III. Trình Tự Thí Nghiệm  Lấy đất mẫu từ ống lấy mẫu đất.(đất được bảo quản trong ống sắt có bọc nilong)  Dùng bay cắt đất mẫu ra => dùng dao vòng ấn ngập vào mẫu đất mà ta dùng bay cắt ra.  Sau khi ấn ngập dao vòng vào hết mẫu đất, ta dùng dao gọt đất xung quanh dao vòng và cắt bỏ phần đất dư trên mặt cũng như phía dưới dao vòng. Ta gọt sao cho dao vòng ngang với cạnh dao.  Sau đó ta niết chặt ở phần trên và dưới dao cắt. SVTH: Đặng Ngọc Trung 19 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ HỌC ĐẤT  Cho khuôn vào hộp cắt (hộp casagrande) => bỏ đá nhám vào dưới hộp cắt.  Cho mẫu đất vào hộp cắt bằng cách để dao vòng trên miệng hộp cắt và dùng đá nhám ấn nhẹ mẫu đất vào trong hộp => cho mũ trượt lên và khóa hộp cắt lại bằng hai chốt khóa. Chú ý ta phải giữ cho phần trên và dưới hộp cắt thẳng trục và không xê dịch.  Đặt hộp cắt vào sàn trượt của máy cắt trực tiếp, kiểm tra sự tiếp xúc giữa hộp cắt và vòng đo áp lực => Dùng tay điều chỉnh cánh tay đòn. SVTH: Đặng Ngọc Trung 20