Bài báo cáo -thí nghiệm phân tích thành phần cỡ hạt

Bài 1: THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN
CỠ HẠT
PHƯƠNG PHÁP RÂY SÀNG (d ≥ 0,074mm - ≠ 200)
PHƯƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG (d < 0,074mm)
I.

Mục đích:

-Thí nghiệm phân tích thành phần cỡ hạt (cỡ hạt): xác định tỉ lệ tương đối tính theo
phần trăm các nhóm hạt khác nhau trong đất.
-Dựa vào thành phần hạt và đường cấp phối hạt để đánh giá mức độ đồng đều và
cấp phối; tính thấm nước; chọn vật liệu xây dựng; dự đoán sự biến đổi tính chất cơ lý
xác định độ lớn nhóm các cỡ hạt; sự phân bố và phân loại đất.
II. Dụng cụ thí nghiêm:
1. Dùng cho phương pháp rây sàng:
-Bộ rây: nắp rây, rây, đáy rây.

Rây khô

Rây rửa

Cỡ rây / Số hiệu
4” (cỡ rây)
2”
1”
3/4”
1/2”
3/8”
#4 (số hiệu)
#6
#10
#20
#40
#60
#100
#200

Đường kính d (mm)
101,6
50,8
25,4
19,1
12,7
9,51
4,76
3,36
2,00
0,84
0,42
0,25
0,149
0,074

-Cân (độ chính xác 1g đối với cân lớn, 0,1g đối với cân tiểu).
-Dụng cụ chia đất, muỗng xúc đất, chày cao su, lò sấy (105oC), máy rây…

Page 1

2. Dùng cho phương pháp lắng đọng
-Tỷ trọng kế (Hydrometer): dùng để đo tỷ trọng dung dịch.
-Hai bình hình trụ
+Bình 1 đựng mẫu + nước (huyền phù): 1 lít
+Bình 2 đựng nước dùng để rửa tỷ trọng kế

Page 2

-Máy khuấy, que khuấy

-Nhiệt kế: dùng để đo nhiệt độ thay đổi để hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm khi nhiệt
độ thay đổi  độ nhớt hỗn hợp thay đổi  vận tốc rơi thay đổi  phải hiệu chỉnh.
-Đồng hồ bấm giây, chén đựng mẫu đất, bình cao su hút nước, hóa chất Na4P2O7
để làm phân tán đám hạt, rây N10.

Page 3

III.

Thí nghiệm:
1. Phương pháp rây sàng:
-Lấy 1 lượng đất vừa đủ đã sấy khô. Lấy đất bằng phương pháp chia đôi hay

chia tư. Khối lượng đất được lấy như sau:
Đất hạt mịn:

100 – 200g

Đất cát pha:

300 – 500g

Đất hạt lớn nhất 3/8”:

1000g

Đất hạt lớn nhất 1/2”:

3kg

Đất hạt lớn nhất 3/4”:

5kg

Đất hạt lớn nhất 1”:

10kg

-Dùng chày cao su để tách rời hạt
-Xếp bộ rây thứ tự từ lớn đến nhỏ (lật ngược rây)
-Đổ mẫu đất vào bộ rây, đặt lên máy rây khoảng 10 phút (chú ý rây sao cho rây
nằm trên mặt phẳng ngang, không làm rơi rải đất ra ngoài)
-Cân đất cộng dồn (cân khối lượng đất từ rây lớn, cân dồn tiếp đến rây nhỏ),
hàm lượng thất thoát <1%.
2. Phương pháp lắng đọng:
-Dựa vào đặc tính phân bố các hạt đất trong dung dich nước để xác định thành
phần hạt
-Khi mẫu đất được tạo thành huyền phù trong bình thì các hạt có đường kính
khác nhau sẽ lắng khác nhau; hạt lớn sẽ chìm nhanh hơn các hạt nhỏ.
-Phương pháp lắng đọng là phương pháp tỷ trọng kết dựa vào định luật Stockes
về vận tốc giới hàn của vật thể hình cầu rơi trong chất lỏng, phụ thuộc vào đường kính
hạt, tỷ trọng hạt, tỷ trọng của dung dịch và độ nhớt của dung dịch.

Page 4

IV.

Tính toán kết quả thí nghiêm:

1. Bảng số liệu thí nghiệm rây sàn:
Khối lượng tổng cộng A = 748.5g
Trọng lượn giữ
Cỡ rây
Kích thước rây
lại cộng dồn
Số hiệu rây
(mm)
(g)
3/4’’
19.00
12
1/2’’
12.50
51.5
3/8’’
9.51
66
#4
4.76
114.5
#10
2.00
179.5
ĐÁY RÂY
568.5
Hàm lượng đất thất thoát =

. (

.

% trọng lượng
giữ lại

% trọng lượng
lọt qua

1.6
6.88
8.82
15.3
23.98
75.95

98.40
93.12
91.18
84.70
76.02

. )

.

= 0.067% < 1% (chấp nhận

số liệu thí nghiệm).
2. Bảng số liệu thí nghiệm rây rửa:
Khối lượng đất rây rửa B = 50g

Số hiệu rây

Kích thước
rây (mm)

Trọng lượng
giữ lại cộng
dồn (g)

#20
#40
#100
#200

0.841
0.420
0.149
0.074

0.81
2.2
8.1
14.0

% trọng
lượng giữ
lại đ/v B

% trọng
lượng lọt
qua đ/v B

1.62
4.40
16.20
28.00

98.38
95.60
83.80
72.00

% trọng
lượng lọt
qua đối với
toàn mẫu
74.79
72.67
63.70
54.73

Page 5

3. Bảng số liệu thí nghiệm lắng đọng:
GS = 2.65 g/cm3

(%) =

(

Thời
gian
đọc t

Số đọc
R

Nhiệt
độ T
(oC)

30’’
45’’
1’
2’
4’
8’
15’
30’
1h
2h
4h
8h
12h
24h

16.5
15.5
14.6
13.9
12.8
11.2
9.8
8.6
7.5
6.6
5.5
5
4
3.5

28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1
28.1

)

×

× 100%

Số đọc
Số hiệu đã hiệu
chỉnh c chỉnh
Rc
2.2
2.2
2.2
2.2
2.2
2.2
2.2
2.2
2.2
2.2
2.2
2.2
2.2
2.2

18.7
17.7
16.8
16.1
15.0
12.4
12.0
10.8
9.7
8.8
7.7
7.2
6.2
5.7

m (g) = 50 g

Cự ly
chìm
lắng
Hr

Đường
kính d
(mm)

11.31
11.57
11.81
12.00
12.29
12.72
13.09
13.41
13.71
13.95
14.24
14.37
14.64
14.77

0.059
0.049
0.043
0.030
0.022
0.016
0.012
0.008
0.006
0.004
0.003
0.002
0.002
0.001

% Khối
lượng
% Khối
mịn
lượng
hơn đối
mịn
với
hơn (P)
toàn
mẫu
60.07
45.66
56.85
43.22
53.96
41.02
51.72
39.31
48.18
36.63
43.04
32.72
38.55
29.30
34.69
26.37
31.16
23.69
28.27
21.49
24.73
18.80
23.13
17.58
19.92
15.14
18.31
13.92

Page 6

BIỂU ĐỒ CẤP PHỐI HẠT

Page 7

V.

Nhận xét:

-Từ thí nghiệm phân tích cỡ hạt, chúng ta xác định được tương đối chính xác tỉ
lệ phần trăm phần trăm tương đối của cỡ hạt, từ đó ta vẽ được đường cong cấp phối
của hạt để đánh giá mức độ đồng đều và tính thấm nước, dự đoán được sự biến đổi
tính chất cơ lý…
- Nhận thấy trên đường cấp phối hạt đã thể hiện trên biểu đồ có dạng
tương đối thoai thoải, ta có thể kết luận mẫu đất đã cho có cấp phối tương đối tốt.

Page 8

Bài 2: THÍ NGHIỆM GIỚI HẠN ATTERBERG
I.

Mục đích:

Xác định giới hạn Atterberg là xác định các giới hạn dẻo và giới hạn nhão; tức
xác định các giá trị độ ẩm ở các giới hạn dẻo và nhão, từ đó xác định được trạng thái
và tên của đất dính.
: độ ẩm giới hạn dẻo (từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo).
: độ ẩm giới hạn nhão hay chảy (từ trạng thái dẻo sang trạng thái nhão).
+ Chỉ số nhão/chảy (Độ sệt):
−
=
−
+ Chỉ số dẻo:
=
II.

−

Dụng cụ thí nghiệm:

(Dùng cho thí nghiệm giới hạn nhão)
- Dụng cụ Casagrande (chiều cao nâng
chỏm cầu là 1 cm)
- Dao cắt rảnh
- Dao trộn, kính trộn, muỗng xúc đất,
rây N40 (đk hạt 0,42mm), bình nước,
lon đựng mẫu, cân (độ chính xác
0,1g), lò sấy…
III. Thí nghiệm:
 TN giới hạn nhão:
-Dùng khoảng 100g đất lọt qua rây N40, trộn với nước vừa đủ nhão

Page 9

-Lấy đất vừa trộn trét vào khoảng 2/3 chỏm cầu (tránh bọt khí)
-Dùng dao cắt rãnh, chia đất trong chỏm cầu thành 2 phần bằng nhau (khoảng
cách khe hở 2mm, dày 8mm)

-Cho chỏm cầu nâng lên và rơi xuốn hr = 1cm, vận tốc v = 2 lần/sec, đếm số
lần rơi N cho đến khi đất ở 2 phần chỏm cầu khép lại.
-Lấy đất nới khép lại trong chỏm cầu bỏ vào lon, cân, đem mẫu sấy khô (24h),
câm mẫu đất khô; xác định độ ẩm.

Page 10

-Lấy đất trong chỏm cầu ra, trộn đều cho bốc hết hơi nước, làm lại TN như
trên.
-Làm thí nghiệm tương tự khoảng 3-4 lần, xác định số lần rơi
< 25 <
 TN giới hạn dẻo:
-Lấy phần đất dư từ TN giới hạn nhão, trộn đều, để cho bốc hết hơi nước
-Sau đó dùng tay ve tròn thành những con lăn (dùng 4 lần ngón tay để lăn). Khi
thấy những que đất d = 3mm và bắt đầu nứt thì đem những mẫu đất đó cân, sấy
khô để xác định độ ẩm (nếu d > 3mm, nứt thì thêm nước; chưa nứt thì gấp lại
xe tiếp).

-Đối với TN dẻo thì làm 2 lần song song và lấy kết quả trung bình; sai số 2 lần
TN < 2%

Page 11

IV. Tính toán kết quả thí nghiệm: Độ ẩm không khí W=35%
Bảng số liệu thí nghiệm:
DD

Đơn
vị
Số hiệu lon
Số lần rơi (N)

N44

N1CT

N2

Lần

13

20

35

g

25.15

30.42

g

19.30

g
%

A-trọng lượng đất ẩm +
lon
B-trọng lượng đất khô+
lon
C-trọng lượng lon
Độ ẩm W =

Kết quả:

GIỚI HẠN NHÃO

x 100%

GIỚI HẠN DẺO
12

18/04

33.24

30.50

32.85

24.79

26.72

25.52

27.26

6.57

11.79

11.44

11.27

11.69

45.95

43.31

42.67

34.95

35.90

Giới hạn nhão:

WL = 43.67%

Giới hạn dẻo:

WP = (34.95+35.90)/2 = 35.42 %

Chỉ số dẻo:

IL =

Chỉ số nhão:

IP= WL – WP = 8.25




= -0.05

Page 12

Kết luận:

V.

7
 Đất sét pha cát

IL = -0.05 <0

 Đất cứng

Nhận xét:
Bằng thí nghiệm xác định giới hạn Atterberg, ta thu được các giá trị giới hạn
dẻo WP, giới hạn nhão WL, từ đó có thể kết luận được loại đất và trạng thái đất
Dựa vào các giá trị IL và IP , ta có thể kết luận mẫu đất đã cho là đất sét pha cát,
ở trạng thái cứng.

Page 13

Bài 3: THÍ NGHIỆM ĐẦM CHẶT
I.

Mục đích:

-Những công trình như: đắp nền đường, nền nhà, đê, đập, sân bay, công trình san lắp,
hay những công trình tương tự cần phải lu lèn hay đầm chặt thì trước khi thiết kế cần
phải xác định dung trọng khô γmax và wopt để tối ưu hóa cho công trình công tác lu lèn.
-Những công trình đã thi công (đã lu lèn) cần phải kiểm tra chất lượng và độ chặt nền;
cần phải TN đầm chặt để xác định hệ số đầm chặt k.
-Mục đích chính của việc đầm chặt:
+Làm giảm độ lún của nền công trình trong tương lai
+Làm tăng khả năng chịu tải của đất nền
+Làm tăng sức chống cắt của đất
+Làm giảm độ thấm nước qua công trình.
II.

Dụng cụ thí nghiệm:
-Cân kỹ thuật có độ chính xác đến 0,01g
-Khuôn Proctor tiêu chuẩn V = 944cm3
-Búa dầm (độ rơi h = 30,48cm = 12in, Q
= 2,5kg)
-Rây N4 (4,76mm)
-Cân lớn (cân kl đất + khuôn), cân nhỏ
(xác định độ ẩm)
-Dụng cụ chia đất, muỗng xúc đất, dao gạt
đất, dụng cụ xác định độ ẩm,…

Page 14

III.

Thí nghiệm

-Làm khô mẫu đất hoặc sấy khô t < 50oC, dùng chày để làm tơi đất, cho lọt qua rây
N14, lấy khoảng 3kg đất.
-Sau đó thêm nước vào rồi trộn đều
Cách thêm nước:
q =

0,01
1+0,01

Trong đó:

(

−

)

q: lượng nước phun thêm (g)
ws: độ ẩm yêu cầu (%)
wt: độ ẩm của đất trước khi phun thêm nước (%)
m: trong lượng nước trước khi phun thêm nước (đất khô)
(ws – wt): độ tăng độ ẩm (khoảng 2-3%)

-Cân trọng lượng khuôn, dùng muỗng xúc đất đổ vào khuôn, chia thành 3 lớp, mỗi lớp
đầm n chày phân bố đều trong khuôn.
+Đất cát và cát pha sét:

n = 25

+Đất sét pha cát và đất sét có Ip < 30 :

n = 30 - 40

+Đất set có Ip < 30 :

n = 40 – 50

-Công đầm: (N.cm/cm3)

=
Trong đó:

. . .
.

10
n: số lần đầm mỗi lớp
m: khối lượng búa đầm (2,5kg)
g = 981cm/s2
h: chiều cao rơi = 30,48cm
f: diện tích mặt cắt ngang khuôn (cm2)
a: chiều dày lớp đất đầm (cm)

Page 15

-Dùng dao gọt phần phía trên, cân trọng lượng khuôn và đất (G)
-Lấy mẫu đất ra khỏi khuôn
-Lấy mẫu đất ở 3 lớp đầm để xác định độ ẩm để xác định độ ẩm (cân trọng lượng lon
và mẫu, sấy khô, cân lại trọng lượng lon và mẫu khô => xác định được độ ẩm)

-Làm tơi mẫu đất và thêm nước vào (độ tăng độ ẩm 2-3% đối với cát, 5% đối với sét)
và lập lại thí nghiệm như trên.

Page 16

IV.

Tính toán kết quả:

BẢNG KẾT QUẢ TN ĐẦM CHẶT PROCTOR TIÊU CHUẨN
Loại đất:
Các chỉ tiêu thí nghiệm
A-Trọng lượng đất ẩm + khuôn
B-Trọng lượng khuôn
C-Thể tích khuôn
Dung trọng ẩm
Ký hiệu lon chứa
A-Trọng lượng đất ẩm + lon
B-Trọng lượng đất khô + lon
C-Trọng lượng lon
Độ ẩm
Dung trọng khô

Đơn vị
đo

Số thứ tự lần đầm
1
3590.5

g
g

2
3
4
5
3662.0 3702.0 3707.0 3626.0

1941

1941

1941

1941

1941

g
g

944
1.747
N02
63.0
59.7

944
1.823
N14
74.45
68.03

944
1.865
N4
71.46
64.14

944
1.871
N6
44.96
39.34

944
1.785
N49
66.09
56.88

g

11.68

11.29

11.40

6.58

11.54

6.87

11.31

13.88

17.16

20.31

1.635

1.638

1.638

1.597

1.484

3

cm
g/cm3

%
3

g/cm

 Kết quả:
Dung trọng khô lớn nhất:
γdmaxc ≈

(g/cm3)

Độ ẩm tốt nhất:
Wopt ≈

%

Page 17

V.

Nhận xét:

- Từ độ ẩm tối thuận Wopt ta xác định đươc lượng nước cần tưới thêm cho đất
hoặc làm khô bớt đi khi thi công đầm nện đất
- Nếu lượng nước quá nhiều vượt qua độ ẩm tối thuận thì thể tích nước bao
quanh hạt lúc này sẽ vượt qua thể tích lỗ rỗng làm cho khoảng cách các hạt xa nhau
hơn và phần nước sẽ hấp thu năng lượng đầm chứ không phải các hạt
- Do đó việc thêm nước và bớt nước càng gần độ ẩm tối thuận thi càng hợp lí.
-Chúng ta cũng có thể ứng dụng phương pháp thí nghiệm này để làm giảm độ
lún của công trình, tăng khả năng chịu tải cho đất nền, làm tăng sức chống cắt của đất,
làm giảm độ thấm nước qua công trình.

Page 18

Bài 4: THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP
I.

Mục đích

-Thí nghiệm cắt trực tiếp để xác định các đặc trưng cơ bản của đất (tính chất cơ học; c,
φ), từ đó đánh giá:
Sức chống cắt của đất:
S = σtanφ + c
Khả năng chịu tải của đất nền:
RII =

.

(

+ Df γ* + Dc)

Trong đó A, B, C là các hệ số phụ thuộc vào c, φ.
-Ngoài ra c, φ còn có thể xác định bằng những thí nghiệm khác:
+Nén đơn (Unconfined compression test): áp dụng cho đất dính, đơn giản, cho
kết quả trực tiếp, mặt phá hoại sẽ là mặt yếu nhất.
+Cắt trực tiếp (Direct shear test): áp dụng cho cả đất dính và đất rời, đơn giản,
cho kết quả trực tiếp, mặt phá hoại là mặt ngang giữa 2 thớt của hộp cắt được ấn định
trước.
+Nén 3 trục (Triaxial compression test): áp dụng cho tất cả các loại đất, thí
nghiệm phức tạp nhưng cho đầy đủ các chỉ tiêu, có 3 phương pháp thí nghiệm;
Undrained – Unconsolidated (UU), Undrained – Consolidated (CU), Drained –
Consolidated (CD).
II.

Dụng cụ thí nghiệm:

-Máy cắt trực tiếp
-Dao vòng để tạo mẫu đất thí nghiệm: đường
kính 6,3cm (A = 31,17 cm2), chiều cao 2cm.
-Đồng hồ đo chuyển vị ngang, đồng hồ đo ứng
lực ngang; 2/1000mm:1 vạch = 0,01mm – đồng
hồ đo chuyển vị ngang.
-Dao, bình nước, các quả cân để tạo áp lực
-Mẫu đất nguyên dạng hoặc chế bị.

Page 19

Thí nghiệm
-Cắt 3 mẫu đất (dày 30cm) cho 3 lần thí nghiệm với 3 cấp tải trọng khác nhau
-Bôi trơn nhớt vành trong hộp cắt
-Dùng dao vòng ấn vào mẫu đất và gạt bằng hai mặt

-Đặt mẫu đất vào hộp cắt ở giữa 2 tấm đá bọt và khóa chốt cẩn thận
-Đặt hộp vào máy cắt, điều chỉnh đồng hồ về 0, lấy các chốt ở hộp cắt ra.
-Đặt tải trọng đứng theo đúng với cấp tải
-Cho máy cắt với tốc độ 1mm/min đến khi nào mẫu bị phá hoại; ghi lại giá trị (τ) ứng
với lúc đồng hồ đo ứng lực ngang đạt giá trị max.

Page 20