69 trang
| Chia sẻ : hoang10
| Lượt xem: 237
| Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Kỹ thuật xây dựng – Các phương pháp xác định các thành phần hạt trong phòng thí nghiệm, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
1G iảng Viên : NCS. Ngô Tấn Dược ThS. Trần Minh Tùng 2T hành phần hạt của đất là gì ? Các chiêu thức thí nghiệm được thực thi theo tiêu chuẩn TCVN-4198-1995 Thành phần hạt của đất là hàm lượng các nhóm hạt có độ lớn khác nhau ở trong đất được màn biểu diễn bằng tỷ suất % so với k. lượng mẫu đất khô tuyệt đối đã lấy nghiên cứu và phân tích 3R ây khô để phân loại các hạt có kích cỡ đến 2 mm ( No. 10 ) Rây có rửa nước để phân loại các hạt có size đến 0,074 mm ( No. 200 ) Đối với các nhóm hạt có kích cỡ < 0,074 mm thì thành phần hạt được xác lập bằng chiêu thức tỉ trọng kế Tùy theo size của các hạt, thành phần hạt của đất hạt thô được xác lập bằng chiêu thức rây sàng theo 2 cách : Rây khô và rây rửa 4C ân kỹ thuật có độ đúng mực từ 1 g đến 0.01 g 5B ộ rây có nắp, đáy và Máy lắt sàng 6C ối sứ và chày bọc cao su đặc Tủ sấy Đồng hồ bấm giây. Que khuấy và Nhiệt kế 7T ỷ trọng kế ( 151H đến 152H ) Bình ngọt ngào bằng thủy tinh ( ống đo ) dung tích 1000 ml để thí nghiệm thành phần hạt. 8 a ) Phương pháp rây sàng Lắp đặt rây theo thứ tự tăng dần size lỗ từ dưới lên trên, bên dưới là đáy rây và trên cùng là nắp rây. Mẫu đất sau khi sấy khô được lấy bằng p. pháp chia tư Khối lượng đất lấy làm thí nghiệm được ước đạt như sau : 100 - 200 g so với đất không chứa các hạt có kích cỡ hơn 2 mm. 300 - 900 g so với đất chứa đến 10 % các hạt có kích thước1ớn hơn 2 mm. 1000 - 2000 g so với đất chứa 10 đến 30 % các hạt có kích thước1ớn hơn 2 mm và 2000 - 5000 g so với đất chứa trên 30 % các hạt có kích cỡ lớn hơn 2 mm. 9C ân xác lập khối lượng mẫu đất thí nghiệm. Cho hàng loạt đất lên rây trên cùng và thực thi rây trong khoảng chừng 10 phút. Cân cộng dồn các nhóm hạt từ nhỏ đến lớn ta được khối lượng đất giữ lại cộng dồn ( ghi vào biểu mẫu thí nghiệm ). Chú ý : Khi tách các hạt bằng chày và cối tránh làm cho các hạt bị vỡ. Sau khi cân kiểm tra lượng thất thoát không quá 1 %. 10 Sau khi rây khô lấy từ dưới đáy rây ( N010 ) một lượng đất từ 100 - 200 g để thí nghiệm rây có rửa nước. Rây có rửa nước được thực thi tương tự như, đất trên rây được cộng dồn sau khi sấy khô. 11 b ) Phương pháp tỷ trọng kế Lấy mẫu đất lọt qua rây No10 ( khoảng chừng 20 g so với đất sét ; 30 g so với đất sét pha và 40 g so với cát pha ). Cho mẫu đất và nước cất vào trong chén sứ và nghiền bằng chày có bọc cao su đặc để tách rời các hạt mịn. Cho huyền phù vào trong bình thủy tinh và thêm nước cho đến khi được 1000 ml Cho thêm 25 ml pirophốtphat natri ( Na4P2O7 ) có nồng độ 4 % hoặc 6.7 % so với pirophốtphat natri ngậm nước và ngâm dung dịch trên. 12 Dùng que để khuấy huyền phù 1 phút. Sau khi thôi khuấy 20 giây thả trọng kế vào trong huyền phù. Đọc và ghi nhận các số đọc trên tỷ trong kế ở các thời gian 1 phút, 2 phút, 4 phút, 8 phút. Dùng nhiệt kế để kiểm tra to của huyền phù. Khuấy lại huyền phù và liên tục ghi nhận các số đọc trên tỷ trọng kế sau 15 phút, 30 phút, 24 giờ. 13 a ) Phương pháp rây sàng Gọi A : tổng khối lượng đất làm thí nghiệm xi ( % ) Tỷ Lệ giữ lại cộng dồn ai : khối lượng giữ lại cộng dồn của đất trên rây yi ( % ) Tỷ Lệ khối lượng lọt qua. Ta có xi = ( ai / A ) * 100 % Do đó yi = 100 % - xi Các tác dụng thống kê giám sát ghi vào bảng số liệu. 14 Bảng số liệu thí nghiệm rây sàng Trọng lượng tổng số A = Kích thöôùc raây ( mm ) Troïng löôïng giöõa coïng doàn ( g ) % Troïng löôïng giöõa laïi % Troïng löôïng loït qua Ghi chuù 50.0 37.5 25.4 19.0 12.5 9.51 4.76 2.00 Ñaùy raây 15 Chú ý : Đối với p. pháp TN rây có rửa nước khối lượng đất lấy làm TN lọt qua rây N010 đã tính được Phần Trăm lọt qua cộng dồn là B ( chiêu thức rây khô ). Do đó Phần Trăm khối lượng lọt qua so với toàn mẫu sẽ bằng Tỷ Lệ khối lượng lọt qua của mẫu đất rây có rửa nước nhân với B. 16 Tỷ trọng kế là 1 lọai dụng cụ bằng thủy tinh để xác lập tỷ trọng của chất lõng. Các vạch ghi trên tỷ trọng kế có độ đúng chuẩn tới 0.001. Số đọc trên tỷ trọng kế sẽ được rút gọn bằng cách bỏ hàng đơn vị chức năng đi và dịch dấu phẩy về bên phải 3 số. Ví dụ số đọc là 24 thì tỷ trọng của dung dịch là 1.024. b ) Phương pháp tỷ trọng kế 17 Hiệu chỉnh nhiệt độ : Khi triển khai thí nghiệm ở nhiệt độ khác 20 oC cần phải hiệu chỉnh lại số đọc trên tỷ trọng kế theo bảng tra sau : 18 Hiệu chỉnh mặt cong Có thể lấy số hiệu chỉnh mặt khum là 0.0004 cho tỷ trọng kế thường dùng. Ví dụ : Số đọc trên tỷ trọng kế là 24 Lượng hiệu chỉnh chiều cao mặt khum là 0.0004. Thí nghiệm được triển khai ở nhiệt độ là 280 C nên có số hiệu chỉnh là 0.0018 ( tra bảng ). Số đo ở đầu cuối theo tỷ trọng kế là : Rc = 1 + 0.001 * 24 + 0.0018 + 0.0004 = 1.0262 19 Tính đường kính hạt đất lớn nhất d của nhóm hạt tích góp nằm gần tâm bầu tỷ trọng kế tương ứng số đọc R : d = Trị số ( a-V0 / 2F ) = 10.2 cm 20 m : là khối lượng mẫu đất khô đem TN tỷ trọng kế Phần trăm tích góp y của nhóm hạt có đường kính nhỏ hơn d là : y = VẼ BIỂU ĐỒ ĐƯỜNG CONG CẤP PHỐI HẠT VÀ XÁC ĐỊNH : Hệ số giống hệt Tên đất 21 22 Phương pháp thí nghiệm được triển khai theo TCVN 4197 - 1995 Giới hạn nhão của đất ? Giới hạn dẻo của đất ? 23 Trạng thái của đất ứng với những giá trị nhiệt độ 24 Dụng cụ Casagrande ( hoặc chùy Vaxiliev ) Dao khía raõnh Kính môø ( kính maøi nhaùm ) Raây No 40 hoaëc raây coù ñöôøng kính 1 mm Loø saáy Caùc thieát bò lieân quan khaùc. 25 a ) Thí nghiệm xác lập số lượng giới hạn nhão WL Hiện nay cĩ 2 P.pháp xác lập số lượng giới hạn nhão chính Phương pháp bán cầu rơi Casagrande Phương pháp dùng chùy Vaxiliev 26 Cho đất vào đĩa khum ( tránh tạo bọt khí trong đất ) cách phần trên chỗ tiếp xúc với móc treo chừng 1/3 đ. kính đĩa, bảo vệ độ dày của lớp đất ko nhỏ hơn 10 mm Dùng dao cắt rãnh chia đất ra làm 2 phần theo phương vuông góc với trục quay. Dùng khoản 100 g đất đã được sấy khô, nghiền nhỏ qua rây No40. Trộn đất với nước vừa đủ nhão trên kính phẳng ( hoặc trong chén sứ ) và ủ đất toái thieåu trong 2 giôø. 27 Quay đều cần quay với tốc độ khoảng chừng 2 vòng / s cho đến khi đất trong đĩa khép lại thành một đoạn daì 12.7 mm ( 50% inch ), đếm số lần rơi N. Lặp lại TN trên khoản 3 lần sao cho số lần rơi của lần TN thứ nhất khoảng chừng 10-20 lần, lần 2 khoảng chừng 20-30, lần 3 khoảng chừng 30-40 Lấy đất ở vùng xung quanh rãnh khép để xác lập nhiệt độ ( khoaûng 10 g ). 28 Kết quả thí nghiệm số lượng giới hạn nhão được bộc lộ trên biểu đồ quan hệ W-logN. Qua các điểm này vẽ đường thẳng trung bình Giá trị nhiệt độ tại điểm N = 25 là số lượng giới hạn nhão của đất Các hiệu quả thí nghiệm được đo lường và thống kê màn biểu diễn theo bảng. 29 Bảng số liệu thí nghiệm Yêu Cầu : Tính toán tác dụng thí nghiệm và xác lập giá trị Ip, IL. Gọi tên đất 30 b ) Thí nghiệm xác lập số lượng giới hạn dẻo WP : Mẫu đất được chọn hoàn toàn có thể lấy từ đất dư ở TN xác lập số lượng giới hạn nhão. Mẫu được để khô cho tới gần số lượng giới hạn dẻo ( cầm nắm không dính tay nhưng vẫn còn tính dẻo ). Dùng tay lăn đất trên kính mờ cho đến khi trên thân các dây đất có đường kính khoản 3 mm và Open các vết nứt. Lấy những dây đất đạt được những điều kiện kèm theo như trên đem xác lập nhiệt độ. Độ ẩm này chính là số lượng giới hạn dẻo của đất. 31 Giới hạn dẻo Wp là độ chứa nước của một que đất có đướng kính 3 mm bị rạn nứt khi se đất bằng tay trên mặt kính. Chỉ Số Dẻo Ip = WL - Wp Ip < 1 đất cát 1 < Ip < 7 đất á cát 7 17 đất sét PL P L WW WW I Độ sệt IL < 0 Đất ở trạng thái cứng 0 < IL < 1 Đất ở trạng thái dẻo IL > 1 Đất ở trạng thái lỏng 32 Phương pháp thí nghiệm được thực thi theo tiêu chuẩn TCVN 4201 – 1995 Độ chặt tiêu chuẩn ( tc ) ? Độ ẩm tốt nhất ( Wopt ) ? Độ chặt của đất nền được xác lập trải qua thông số đầm chặt g tck k htK maxg 33 Cân kỹ thuật có độ đúng chuẩn đến 0.01 g. Rây No. 4 ( D = 4,76 mm ). Khuôn đầm có thể tích 944 cm3 Búa đầm có khối lượng 2.5 kg Chiều cao rơi của búa 30,48 cm. Tủ sấy và bình phun nước 34 Dùng khoảng chừng 5 kg đất đã sấy hoặc phơi khô, nghiền tơi bằng vồ gỗ và cho qua rây No. 4 Cho nước vào đất khô để tạo nhiệt độ khởi đầu cho mẫu đất. Lượng phun nước vào đất để dự chế độ ẩm tính theo công thức : ) WW ( W01. 01 m01. 0 q ts t + q : lượng nước phun thêm ( g ). Ws : nhiệt độ của đất cần chế bị. Wt : nhiệt độ của đất trước khi làm ẩm thêm. m : khối lượng đất trước khi làm ẩm thêm ( g ). 35 Cho đất vào khuôn và thực thi đầm làm 3 lớp. Tùy theo từng loại đất mà số búa đầm trên mỗi lớp sẽ là 25, 40, 50 ứng với các loại đất cát hoặc á cát, đất á sét, đất sét. Sau đó Tháo cổ khuôn và dùng dao gọt bằng mặt. Cân đất ướt và khuôn để xác lập khối lượng riêng của đất ẩm. Lấy một chút ít đất trong khuôn sau khi cân để xác lập nhiệt độ. Lặp lại thí nghiệm 4 đến 6 lần ứng với nhiệt độ chế bị của mẫu tăng lên Chú ý : Khi đầm lớp thứ 3 cố gắng nỗ lực sao cho sau khi đầm thì đất nhô cao hơn mặt khuôn từ 2 đến 5 mm 36 Kết quả TN được biểu lộ trên biểu đồ quan hệ W – gk Xác định giá trị dung trọng khô lớn nhất gkmax và nhiệt độ tốt nhất Wopt Xác định khoảng chừng nhiệt độ để độ chặt có giá trị lớn hơn 0.95 Khối lượng thể tích ẩm : gw = P / V ( g / cm3 ) Khối lượng thể tích khô : gk = gw / ( 1 + 0.01 W ) ( g / cm3 ) 37 BIỂU ĐỒ QUAN HỆ W – gk 38 THÍ NGHIỆM ĐẦM CHẶT KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM g / cm3Dung trọng khô g k = g w / ( 1 + 0.01 W ) % Độ ẩm W = { ( A-B ) / ( B-C ) } * 100 gC – khối lượng lon gB – khối lượng đất khô + lon gA – khối lượng đất ẩm + lon Ký hiệu lon chứa g / cm3Dung trọng ẩm g w = ( A B ) / C cm3C – thể tích khuôn gB – khối lượng khuôn gA – khối lượng đất ẩm + khuôn 54321 Số thứ tự lần đầmĐơn vị đo Các chỉ tiêu thí nghiệm 39 Kết Quả : Dung trọng khô lớn nhất : gkmax = ? Độ ẩm tốt nhất Wopt = ? Biểu đồ thí nghiệm đầm chặt Độ ẩm W ( % ) D un g tr ọn g kh ô ( g / c m 2 ) 40 Phương pháp thí nghiệm được thực thi theo tiêu chuẩn TCVN 4199 – 1995 Sức chống cắt của đất là phản lực của nó so với ngoại lực ứng với lúc đất khởi đầu bị phá hoại và trượt lên nhau theo một mặt phẳng nhất định 41 THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP ( DIRECT SHEAR TEST ) 42 Trong đó : – cường độ chống cắt của đất – áp lực đè nén thẳng đứng tg – thông số ma sát ; – góc ma sát trong c – lực dính ctg + . Sức chống cắt của đất gồm có lực ma sát và lực dính do link giữa các hạt. Theo Coulomb, sức chống cắt của đất được xác lập như sau : 43 44 Phương pháp U-U : Unconsolidation – Undrained. Phương pháp C-U : Consolidation – Undrained. Phương pháp C-D : Consolidation – Drained. 45 Vòng đo lực ( vòng ứng biến ). Dao vòng hình tròn trụ đường kính trong D = 6.3 cm, chiều cao h = 2 cm. Đá thấm Hộp cắt Các quả cân 46 Đồng hồ đo chuyển vị 47 1. Dùng dao vòng ấn vào mẫu đất để tạo mẫu chuẩn bị sẵn sàng đưa vào hộp cắt. 2. Cho mẫu đất vào hộp cắt. 3. Đặt hộp cắt chứa mẫu đất lên máy và kiểm soát và điều chỉnh vị trí 4. Đặt tải trọng thẳng đứng 5. Quay tay quay để tạo chuyển vị trượt trên hai mặt phẳng của hộp cắt có chứa mẫu đất. 6. Ghi lại số đọc của đồng hồ đeo tay trên vòng ứng biến sau mỗi biến dạng cắt 0.25 mm ( sau 15 s ). 48 Lưu ý : Tỷ lệ các tay đòn của hệ đòn kích bẩy tạo tải trọng thẳng đứng là l1 / l2 = 12 Tốc độ chuyển vị ngang của hộp cắt khoảng chừng 1 mm / phút Số đọc giảm hoặc không tăng thì ngừng máy. Số đọc lớn nhất Dial Readingmax được ghi nhận để giám sát hiệu quả. Thực hiện các bước trên cho tối thiểu là 3 mẫu đất của cùng một loại đất. 49 Ứng suất cắt được xác lập như sau : = Dial Reading x R R – thông số vòng của vòng ứng biến, ( với vòng ứng biến hiện có ở PTN thì R = 0.03 kg / cm2 / vạch ) Tính các giá trị của sức chống cắt theo số liệu TN thu được. Việc đo lường và thống kê này dựa vào nguyên tắc bình phương cực tiểu ) ( 1 111 D F n i i n i i n i ii tc ppntg ) ( 1 111 2 1 D n i ii n i i n i i n i i tc pppc 2 11 2 ) ( D n i i n i i ppn 50 Có thể xác lập các giá trị sức chống cắt của đất bằng cách vẽ trực tiếp trên biểu đồ. 51 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM L ự c cắ t ( K g / cm 2 ) Áp lực thẳng đứng ( Kg / cm2 ) s Ứ ng s uấ t c ắt ( K G / c m 2 ) Biến dạng ( % ) e 0 1 2 4 5 6 7 8 9 10 52 Phương pháp thí nghiệm được thực thi theo tiêu chuẩn TCVN 4200 – 199 e5 Quá trình nén lún của đất dưới công dụng của tải trọng ngoài thực ra là quy trình nén chặt đất. Vì dưới tính năng của tải trọng ngoài, các hạt rắn được sắp xếp lại làm cho thể tích lỗ rỗng của đất giảm xuống và độ chặt của đất tăng lên. Tính nén lún của đất là năng lực giảm thể tích của nó ( do giảm độ rỗng ) dưới công dụng của tải trọng ngoài. 53 54 Đối với đất sét thì vận tốc thoát nước chậm nên khu công trình có thời hạn lún lâu. Đối vơi đất cát thì vận tốc thoát nước nhanh nên khu công trình sẽ bị lún trong thời hạn ngắn. Khi khu công trình được thiết kế xây dựng trên đất bão hòa nước, tải trọng khu công trình xem như truyền lên nước trong các lỗ rỗng của đất thứ nhất. Vì chịu tải nên nước sẽ bị ép thoát ra từ các lỗ rỗng trong đất. Do vậy thể tích của đất giảm xuống và khu công trình bị lún. 55 Hiện tượng nén chặt do sự thoát nước từ các lỗ rỗng của đất dưới công dụng của tải trọng nén ép được gọi là hiện tượng kỳ lạ cố kết ( Consolidation ). 56 57 58 59 Từ thí nghiệm cố kết các thông số kỹ thuật cần xác lập là : Hệ số nén a. Mô đun biến dạng tổng quát E. Hệ số cố kết Cv .. Hệ số thấm cố kết K. Các thông số kỹ thuật này dùng để dự trù độ lún của khu công trình và độ lún theo thời hạn của khu công trình. 60 Máy nén cố kết. 61 Cho mẫu đất vào hộp nén, ở trên và dưới mẫu phủ bằng giấy lọc và đá thấm. Lắp đặt hộp nén vào máy và hiệu chỉnh kim đồng hồ đeo tay chuyển vị về vị trí 0. Đặt áp lực đè nén theo từng cấp áp lực đè nén 0.25 ; 0.50 ; 1.0 ; 2.0 ; 4.0 Kg / cm2. Ứng với mỗi cấp tải phải triển khai ghi nhận độ biến dạng nén của mẫu ở từng thời gian 6 ’ ’, 15 ’ ’, 45 ’ ’, 1 ’, 2 ’, 3 ’, 5 ’, 7 ’, 10 ’, 15 ’, 30 ’, 1 h, 2 h, 3 h, 5 h, 8 h, 24 h kể từ khi đặt tải. 62 Lưu ý : Ứng với mỗi cấp áp lực đè nén mẫu được giữ cho đến khi đạt độ biến dạng nén không thay đổi ( không vượt quá 0.01 mm / 30 phút so với đất cát ; 3 h so với đất cát pha và 12 h so với đất sét pha và sét 63 ) 1 ( o o n n eh h e + D D ho – chiều cao bắt đầu của mẫu. Dhn – biến dạng không thay đổi của mẫu ứng với cấp tải thứ n Mẫu đất trước khi đem thí nghiệm cần phải biết trước các đặc trưng vật lý, từ các chỉ tiêu này ta tính được thông số rỗng khởi đầu eo. Sự biến hóa thông số rỗng Den so với từng cấp tải trọng được tính theo công thức : 64 Dựa vào các số liệu thí nghiệm để đo lường và thống kê hiệu quả và thiết lập các đường cong nén lún e – ; e-log ( p ). Tính thông số nén lún a ( cm2 / KG ) : Mô đun biến dạng E ( KG / cm2 ) : onn o nn aa eE bb + , 1, 1 1 1 1, 1 nn nn nn ee a 65 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 e v ( Kg / cm2 ) BIỂU ĐỒ e-p 66 67H ệ số = Hệ số rỗng khởi đầu eo = 8.0 4.0 2.0 1.0 0.50 0.25 0.0 Mô đun biến dạng Eo ( Kg / cm2 ) Hệ số nén a ( cm2 / Kg ) Hệ số rỗng e Số đọc ( 0.01 mm ) Áp lực nén ( Kg / cm2 ) KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT 68 H ệ số r ỗn g e Áp lực thẳng đứng ( Kg / cm2 ) 69
