CHƯƠNG 3
TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT
1.1 Các thành phầnvậtchấttạothànhđấtvà
các định nghĩacơbản
1.1.1. Các thành phần tạo thành đất (Pha, thể).
Đất gồm 3 thành phần vật chất:
Hạt đất.
Nước.
Không khí.
1.1.2. Các định nghĩa cơ bản và quan hệ
giữa các pha tạo thành đất.
Vt = Vs + Vv
Tồntại trong lỗ
rỗng củađất
Vt: Thểtích tổng của đất.
VS: Thểtích phần hạt rắn.
Vv: Thểtích rỗng ; Vv= Va+ Vw
Va: Thểtích khí.
Vw : Thểtích nước.
Hệsốrỗng (2-1).
Độ rỗng (2-2).
Độ bảo hoà
(2-3).
s
v
V
V
e=
t
v
V
V
n=
%100.
V
V
s
v
w
=
Độ ẩm (2-4).
Khối lượng riêng tổng
(2-5).
Khối lượng riêng hạt
(2-6).
Khối lượng riêng nước
(2-7).
(Thường lấy bằng 1T/m3)
%100.
M
M
s
w
=w
t
t
V
M
=
ρ
w
w
V
Mw
=
ρ
s
s
V
M
=s
ρ
Khối lượng riêng khô
(2-8).
Khối lượng riêng bãohoà
(2-9).
(Va= 0, S=100%)
Khối lượng riêng đẩy nổi
(2-10).
t
s
V
Mw
sat
M+
=
ρ
t
s
V
M
=
d
ρ
wsat
ρ
ρ
ρ
−='
Bảng 2-1 Các giá trịkhốilượng riêng củamộtsốloại
đấtthôngthường
0.3 – 0.80.5 – 1.51.3 – 1.8 Bùn sét hữu
cơ
0.0 – 0.10.1 – 0.31.0 – 1.1Than bùn
0.9 – 1.21.5 – 2.0 1.9 – 2.2 Đádăm
1.1 – 1.41.7 – 2.32.1 – 2.4 Sét tảng do
băng
0.4 – 1.10.6 – 1.81.4 – 2.1Bụisét
1.0 – 1.31.5 – 2.3 1.9 – 2.4Cát và cuội
sỏi
ρ’ρd
ρsat
Khốilượng riêng (Mg/m3)Loạiđất
1.1.3 Giảiquyết các bài toán giữa các thể.
Ví dụ2.2
Cho ρ= 1.76 Mg/m3 (khối lượng riêng tổng)
W = 10% ( Độ ẩm)
Yêu cầu: Xác định ρd(khối lượng riêng khô), e (hệ
sốrỗng), n (độ rỗng), S (độ bão hoà) và ρsat (khối
lượng riêng bão hoà).
(Vẽ sơ đồ 3 thểvà dựa vào công thức định
nghĩa để giải)
1.2 Kếtcấuđất, xác định thành phầnhạt.
1.2.1 Kếtcấucủađất.
Kếtcấucủađất là các biểuhiện bên ngoài của
đất, phụthuộc vào kích thướctương đốivàhình
dạng hạtcũng nhưđộlớn hay sựphân bốcủacác
hạt.
Kếtcấuđất, đặcbiệtlàcủakếtcấuđấthạtthô,
có một vài liên quan đếntínhchất xây dựng của
nó.
Theo kếtcấu, đấtđượcchiathànhđấthạtthô
và đấthạtmịn. ( Hạtthôlànhững hạtcóthểnhìn
thấybằng mắtthường d>0.05 mm)
Kết cấu và các đặc tính khác của các loại đất
được trình bày trong bảng 2-2
Bảng 2-2 Kếtcấuvàcácđặctínhkháccủa các loạiđất
Tương đối
không quan
trọng
Tương đối
không quan
trọng
Quan trọngẢnh hưởng của
kích thướchạt
đếntínhchất
xây dựng
RấtquantrọngQuan trọngKhông quan
trọng
(Trừtrường hợp
vậtliệurờibão
hoà chịutác
dụng tảitrọng
động)
Ảnh hưởng của
nướcđếncác
tính chấtxây
dựng
Dính
Dẻo
Không dính
Không dẻo
Rờirạc
Không dính
Không dẻo
Rờirạc
Đặctính
Hạtnhỏ, mịn
không thểphân
biệtbằng mắt
thường
Hạtnhỏ, mịn
khó phân biệt
bằng mắt
thường
Hạtthô, cóthể
nhìn các hạt
bằng mắt
thường
Kích thướchạt
Sét
BụiCuộisỏi, cátTên đất1.2.2 Kích thước hạt và phân bốkích thước hạt
Kích thước hạt (đặc biệt là hạt thô) ⇒ảnh
hưởng nhiều đến tính chất của đất.
Kích cỡhạt phân bốtrong phạm vi rất lớn.
Xác định thành phần hạt (phân tích cơ học)
để có phân bốkích cỡhạt.
Dùng phương pháp rây
(Với hạt có d > 0,05).
Đường kính hạt ⇒ Đường kính tương
đương.
Các hạt có đường kính nhỏ hơn và bằng
0,05 dùng phương pháp tỷtrọng kế.
Hình 2-3 Phạmvi kíchcỡhạt theo mộtsốhệphân loạiđấtkỹthuật(cảibiến theoAl-Husaini, 1977)
s
v
V
V
e=
t
v
V
V
n=
ASTM – Hiệphội Thí nghiệmvàVậtliệuHoaKỳ(1980)
AASHTO – Hiệphội Giao thông và Đường bộLiên bang (1978)
USCS – Hệthống phân loạiđấtthống nhất(Cụccảitạo Hoa Kì, 1974, Hộikĩthuật
quân đội Hoa Kì, 1960 )
M.I.T – Viện Công nghệMasachusett (Taylor, 1948) Bảng 2-3 Các cỡrây tiêu chuẩnMỹvà kích cỡlỗtương ứng
0.075200
0.106140
0.15100
0.2560
0.42540
0.8520
2.0010
4.754
(mm)Sốrây
LỗrâyTiêu chuẩnMỹ
Hình 2.4 Phân bốkích cỡhạttiêuchuẩn
1.2.3 Hệsố đồng đều
•Cunhỏ⇒ Đất cấp phối xấu (Cu= 1).
•Culớn (Tối đa 15 hoặc lớn hơn)
1.2.4 Hệsốcấp phối
?D?;D
D
D
C1060
10
60
u⇒=
()
()()
6010
2
30
cDD
D
C=
Ví dụ2.7
Đường cong thành phầnhạt cho trên Hình 2.4.
Yêu cầu:
Xác định D10, Cu, và Cccho mỗiđường cong thành
phầnhạt.
1.2.5 Hình dạng hạtđất
Đấthạt thô, hình dạng củatừng hạtđấtảnh
hưởng đến tính chấtxâydựng củađấtcũng nhưsự
phân bốkích thướchạt. Đấthạt thô nói chung được
phân loạitheohìnhdạng nhưtrên Hình 2.5.
Đấthạtmịn, hình dạng hạtítảnh hưởng đến tính
chấtxâydựng củađấtmàđường kính hạt và thành
phầnkhoángvậtvủahạtmớiquyếtđịnh thính chất
củanó.
Hình 2.5: Hình dạng đặcthùcủa các hạtthôlớn(Hình
chụpcủa M. Surendra)
1.2.6. Giới hạn Atterberq và chỉsố độ chặt
Nước trong đất có ảnh hưởng đặc biệt đến
ứng xửcủa đất trong hạt mịn.
Atterberq là nhầthổ nhưỡng người Thụy
Điển – Phát hiện ra ít nhất hai tham số để xác
định độ dẻo của đất dính.
Giới hạn chảy (LL – Liquid Limit).
Giới hạn dẻo (PL – Plastic Limit).
Chỉsốdẻo – Là phạm vi độ ẩm khi đất ởtrạng
thái dẻo – Dùng để phân loại đất dính.
Giải thích hình 2-6
Cách xác định LL
(Theo casagrande).
Phương pháp thả
chùy vaxiliep.
Cách xác định giới hạn dẻo
Lăn đất thành dây có đường kính 3mm và
nứt đều.
Dây đất đứt thành từng đoạn có độ dài từ
3mm →10mm.
Nếu dây nhỏ hơn →Đất quá ướt.
Nếu dây đứt trước khi d = 3mm →Đất quá
khô
(Giải thích hình 2-8d)
Chỉsốdẻo PI
(Dùng phân loại đất hạt mịn)
Chỉsốchảy LI
LI ≤0 →Đất ởtrạng thái giòn.
0 < LI < 1 →Đất ởtrạng thái dẻo.
LI ≥1 →Đất ởtrạng thái chảy.
PI
PLW
LI n−
=
PLLLPI −=