Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
208
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CẢI TẠO CƯỜNG ĐỘ ĐẤT
TRƯƠNG NỞ KHU VỰC TÂY NGUYÊN BẰNG SỢI NYLON
Hoàng Thị Lụa, Tô Thị Thu Thảo, Đỗ Văn Quyết, Kiều Khánh Linh
Trường Đại học Thủy lợi, email: hoangthilua@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Đất trương nở là một loại đất có khả năng
thay đổi thể tích lớn liên quan trực tiếp đến
sự thay đổi hàm lượng nước. Khi hàm lượng
nước giảm, thì thể tích cũng giảm theo hay
co lại. Thông thường các loại đất sét và đất
bụi mà có khoáng vật sét chủ yếu là
hidromica và monmorilonit là những thành
phần gây trương nở cho đất; độ trương nở
phụ thuộc vào trạng thái độ ẩm và độ chặt
của đất. Đất trương nở khi bị làm khô thì bị
co ngót, nứt nẻ. Ở trạng thái bão hòa nước,
đất trương nở có độ bền chống cắt nhỏ, do
đó đất kém ổn định.
Khi xây dựng công trình trên đất trương
nở, có thể gây ra sự thay đổi về kích thước,
hình dạng của công trình xây dựng do khả
năng thay đổi thể tích lớn khi hấp thụ nước
của đất, có thể gây ra sự chuyển động, biến
dạng, sụt lún, thiệt hại cho công trình.
Hiện tại khi xây dựng công trình trên đất
trương nở hai giải pháp chính thường được
sử dụng là bóc bỏ và thay thế lớp đất trương
nở hoặc cải tạo tính chất của đất bằng các
chất kết dính như vôi, xi măng [1]... Để đảm
bảo về kinh tế, tận dụng đất trương nở ngay
tại địa phương thì việc mở rộng nghiên cứu
cải tạo đất là rất cần thiết. Hiện nay, sợi
nylon đã được nghiên cứu sử dụng trong lĩnh
vực xây dựng ở nhiều nước trên thế giới [2];
đặc biệt với mục đích chống co ngót, nứt nẻ
đất. Trong nghiên cứu này, khả năng cải tạo
cường độ của đất trương nở khu vực Tây
Nguyên bằng sợi nylon sẽ được trình bày.
2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
2.1. Đất nghiên cứu
Đất sử dụng trong nghiên cứu này là đất
bazan xám, phân bố tại địa phận tỉnh Đăk
Nông - Tây nam Tây Nguyên. Theo báo cáo
khảo sát địa chất, đất thuộc loại á sét nặng-
vừa. Tính chất cơ lý của đất được thể hiện
trong bảng 1.
Bảng 1. Tính chất vật lý và cơ học
của đất nghiên cứu ở trạng thái tự nhiên
STT Chỉ tiêu và Đơn vị Giá trị
1 Thành phần hạt
Nhóm hạt cuội sỏi 6.5 (%)
Nhóm hạt cát 36.5 (%)
Nhóm hạt bụi 31.7 (%)
Nhóm hạt sét 25.3 (%)
2 Độ ẩm tự nhiên w 34.70 (%)
3 Khối lượng thể tích tự nhiên
1.77 (T/m3)
4 Khối lượng thể tích khô
d 1.34 (T/m3)
5 Độ rỗng n 50.59 (%)
6 Hệ số rỗng e 1.025
7 Tỷ trọng Gs 2.70
8 Giới hạn chảy LL 53.03
9 Giới hạn dẻo PL 37.00
10 Chỉ số dẻo PI 16.03
11 Độ ẩm tối ưu wotm 31.97 (%)
12 Khối lượng thể tích khô
lớn nhất
dmax 1.38 (T/m3)
13 Độ ẩm mẫu chế bị wo 31.97 (%)
14 Khối lượng thể tích khô chế bị
do 1.34 (T/m3)
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
209
2.2. Sợi nylon sử dụng trong nghiên cứu
Sợi nylon sử dụng trong nghiên cứu này là
loại sợi có khả năng thấm và dẫn nước, được
sản xuất bởi công ty Nycontech với mục đích
làm cốt gia cố đất chuyên dụng. Bảng 2 thể
hiện các đặc trưng cơ lý của sợi.
Bảng 2. Tính chất cơ lý của sợi nylon
STT Đặc trưng mô tả Giá trị
1 Trọng lượng riêng 1.13～1.16 (g/cm3)
2 Đường kính sợi 18.9 (m)
3 Chiều dài sợi 6 (mm)
4 Cường độ chịu kéo < 800 (MPa)
5 Mô-đun đàn hồi < 3.5 (GPa)
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để đánh giá được tác dụng của sợi nylon
trong cải tạo cường độ của đất, thí nghiệm cắt
trực tiếp (còn gọi là thí nghiệm cắt phẳng)
được sử dụng trong nghiên cứu này. Quy trình
thí nghiệm được thực hiện theo hướng dẫn chi
tiết tại “TCVN4199-2012: Đất xây dựng -
phương pháp xác định sức chống cắt của đất
trong phòng thí nghiệm trên máy cắt phẳng”.
Các thí nghiệm trước hết sẽ được thực hiện
trong các điều kiện mẫu đất trước trương nở
và sau khi trương nở không trộn nylon với
mục đích đánh giá ảnh hưởng của quá trình
trương nở đến cường độ của đất. Sau đó là
thực hiện loạt thí nghiệm với các mẫu trong
điều kiện sau trương nở với các tỉ lệ trộn
nylon là 0.5%; 1.0% và 2.0% (tính theo tỷ lệ
khối lượng khô). Các thí nghiệm này sẽ đánh
giá khả năng cải thiện cường độ của đất với
các hàm lượng nylon trộn khác nhau.
Các mẫu sử dụng cho thí nghiệm được
chuẩn bị với trạng thái mẫu ban đầu ở độ ẩm
tối ưu và độ đầm chặt đạt 95-97% độ chặt tốt
nhất (các giá độ ẩm tối ưu và khối lượng đơn
vị thể tích mẫu chế bị đã thể hiện ở Bảng 1).
Sau đó các mẫu được đưa vào hộp đo trương
nở để mẫu hấp thụ nước và trương nở. Sau
khi hoàn thành quá trình trương nở, các mẫu
đất được lấy ra và đem đi làm thí nghiệm cắt
trực tiếp.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Cường độ của đất khi chưa có cốt
gia cố
Hình 1 biểu diễn quan hệ cường độ - biến
dạng thu được từ thí nghiệm trên các mẫu
không trộn nylon dưới các cấp áp lực đứng
khác nhau. Kết quả cho thấy với đất ở trạng
thái trước trương nở thì cường độ kháng cắt
của đất
tăng khi áp lực đứng
v tăng, trong
khi đó với đất sau trương nở, cường độ kháng
cắt
của đất xấp xỉ bằng nhau với tất cả các
cấp áp lực đứng
v. Các mẫu đất đạt cường độ
đỉnh ở biến dạng khoảng 2% đường kính mẫu.
02468101214
0
10
20
30
Cường độ
(kPa)
Biến
d
ạn
g
(
%
D
)
v
= 50 kPa
v
= 100 kPa
v
= 200 kPa
v
= 150 kPa
(a) Trước trương nở
02468101214
0
10
20
30
v = 150kPa
v = 200kPa
v = 50kPa
v = 100kPa
Biến
d
ạn
g
(
%
D
)
Cường độ,
(kPa)
(b) Sau trương nở
Hình 1. Quan hệ cường độ - biến dạng
trên các mẫu không trộn nylon
Hình 2 so sánh cường độ chống cắt (thu
được từ quan hệ cường độ - biến dạng ở Hình
1) của đất trước và sau trương nở để thấy ảnh
hưởng của quá trình trương nở đến tính chất
cơ học của đất. Kết quả cho thấy lực dính
của đất tăng cao hơn sau quá trình trương nở,
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
210
tuy nhiên góc ma sát trong của đất lại suy
giảm mạnh về 1.36 - gần như mất ma sát. Vì
lý do đó, khi
v lớn hơn 100kPa, đất sau
trương nở có cường độ kém hơn so với đất
trước trương nở và không có khả năng chịu
tải khi tăng tải.
0 50 100 150 200
0
10
20
30
40
Cường độ,
(kPa)
Áp lực đứng,
v
(kPa)
Trước:

v
.tan(8,5
0
) + 5.44 (kPa)
Sau:

v
.tan(1,4
0
) + 19.58 (kPa)
Truớc trương nở, không cốt
Sau trương nở, không cốt
Hình 2. Cường độ chống cắt của đất
trước và sau trương nở
3.2. Cường độ của đất khi có cốt gia cố
Hình 3 so sánh kết quả thí nghiệm cắt trực
tiếp đất sau trương nở trong các trường hợp
không trộn cốt và có trộn cốt nylon với các tỷ
lệ khác nhau. Lưu ý rằng các đường quan hệ
v -
ở Hình 3 được thành lập dựa trên quan
hệ biến dạng - cường độ từ thí nghiệm, tương
tự trường hợp không cốt ở phần a.
0 50 100 150 200
0
10
20
30
40
Cuờng độ,
(kPa)
Á
p
lực đứn
g
,
v
kPa
Không trương nở
0% Nylon
Trương nở,0% Nylon
Trương nở, 2% Nylon
Trương nở, 1% Nylon
Trương nở, 0.5% Nylon
Hình 3. Cường độ chống cắt của đất sau
trương nở với các tỷ lệ trộn nylon khác nhau
Hình 3 cho thấy, trong trường hợp tải trọng
đứng tác dụng nhỏ (
v < 63 kPa, 60 kPa và 30
kPa lần lượt với các trường hợp trộn 0.5%,
1.0% và 2% nylon), việc trộn cốt không giúp
cải tạo cường độ đất. Nguyên nhân là do
cường độ của đất sau trương nở chủ yếu dựa
vào lực dính của đất, việc có mặt của sợi
nylon đã giảm bớt tính dính kết liên tục của
đất, thay vào đó là tăng cường lực ma sát, ở
cấp áp lực nhỏ, lực ma sát chưa đủ để bù lại
phần lực dính bị suy giảm. Trong trường hợp
áp lực đứng lớn hơn, việc trộn cốt cải thiện
tính chất của đất rõ rệt. Việc có mặt của sợi
nylon đã giúp tăng góc ma sát trong của đất,
thậm chí sau trương nở, cường độ của đất có
trộn nylon không chỉ tốt hơn so với trường
hợp đất trương nở không trộn cốt mà còn tốt
hơn so với cả cường độ của đất không cốt
trước trương nở (đường nét đứt trên hình).
Hình 4 là ví dụ so sánh cường độ chống cắt
của đất ở cấp tải
v = 200 kPa. Nói chung
cường độ của đất tăng gấp đôi khi được trộn
2% nylon, so với trường hợp không trộn.
02468101214
0
10
20
30
40
Biến dạng (%D)
v
= 200 kPa
Cuờng độ
(kPa)
Không trương nở, 0% Nylon
Trương nở, 0% Nylon
Trương nở, 1% Nylon
Trương nở, 0.5% Nylon
Trương nở, 2% Nylon
Hình 4. Quan hệ cường độ - biến dạng
trên các mẫu ở cấp áp lực
v = 200 kPa
4. KẾT LUẬN
Đất sau trương nở bị suy giảm mạnh về ma
sát. Sợi nylon có khả năng làm tăng cường độ
chống cắt đáng kể, cụ thể là tăng góc ma sát
trong cho đất nghiên cứu.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Thành Công, Nguyễn Huy Vượng
(2016). Cải tạo tính trương nở của đất
phong hoá từ đá Magma axit trên địa bàn
Tây Nguyên bằng vôi. Tạp chí KH&CN
Thuỷ lợi số 33.
[2] Veerubhotla Seshasai, M. Ramakrishna
M.E, B.V. Sasi Kumar (2016), Stabilization
of expansive soil using fibers. Int. Journal
for Technological research in engineering
4(4), 694-699.