Bài giảng Địa kỹ thuật - Chương 2: Tính chất cơ học của đất (Tiết 2)

1/23/2018
1
Geotechnical Engineering
THUYLOI UNIVERSITY
Division of Geotechnical Engineering 
Hanoi 6 - 2017
GV : TRẦN THẾ VIỆT
ADD : P 416 - A1 – ĐHTL
MOBI :
EMAIL : trantheviet@tlu.edu.vn
CHƯƠNG IV: TÍNH CHẤT CƠ 
HỌC CỦA ĐẤT
(mechanical properties of soil)
I never learn anything talking. I only learn things when I ask questions
Lou Holtz
T1. Tính thấm nước của đất
Nội Dung Chương IV:
T3. Tính ép co và biến dạng của đất
T4. Cường độ chống cắt của đất
T2. Tính đầm chặt của đất
3
1/23/2018
2
T4. TÍNH ĐẦM CHẶT CỦA ĐẤT 
(Compaction of soil)
4
I. Khái niệm về tính đầm chặt của đất
5
T4: Tính đầm chặt của đất
1.1 Tại sao phải nghiên cứu về tính đầm chặt
Thực tế thường dùng đất làm:
+ Vật liệu xây dựng VD: đập đất,
+ Môi trường xây dựng VD, nền đập, đường..
Cải thiện đặc tính xây dựng của đất
- Tăng cường độ
- Giảm tính ép co
- Giảm tính thấm
6
1/23/2018
3
Làm chặt đất bằng cách ép khí ra khỏi các lỗ rỗng
trong đất. Thường áp dụng với đất chưa bão hòa
+ water = 
“Compactive
effort”
Đất xốp Đất chặt
7
1.2 Đầm chặt đất như thế nào
Đất xốp Đất đầm chặt
8
1.2 Đầm chặt đất như thế nào
Trong quá trình đầm chặt, lỗ rỗng trong đất giảm do
sự thoát ra của khí, các hạt bị nén chặt lại, do đó
khối lượng riêng của đất tăng lên.
Thể tích nước trong đất bị thay đổi ko đáng kể do
quá trình đầm.
9
1.2 Đầm chặt đất như thế nào
1/23/2018
4
1.3. Mục đích của đầm chặt đất?
✓ Ngăn ngừa hoặc giảm thiểu độ lún
✓ Làm tăng cường độ chịu lực & ổn định của đất
đầm
✓ Tăng sức chịu tải của nền đất đầm
✓ Kiểm soát được quá trình thay đổi thể tích đất
được gây ra bởi các hiện tượng: VD đóng băng,
trương nở & co ngót
10
1
1
1.4. Biến dạng của đất khi chịu tác dụng tải trọng xung
kích lặp đi lặp lại nhiều lần
Khi tác dụng một tải trọng xung
kích nhất định lặp đi lặp lại nhiều
lần, biến dạng dư giảm dần đến 0, 
chỉ còn biến dạng phục hồi, lúc này
đất đã đạt đến giới hạn đầm chặt.
Dưới tác dụng tải trọng biến dạng
của đất gồm 2 phần:
S = Sd + Sph
II. Nguyên lý đầm chặt đất
12
T4: Tính đầm chặt của đất
1/23/2018
5
Protor(1933) đã chứng tỏ rằng, đầm chặt là hàm của 4
tham số:
(1) Dung trọng khô
(2) Độ ẩm
(3) Công đầm
(4) Loại đất (cấp phối hạt & sự có mặt của các
khoáng vật sét)
Công đầm được đánh giá bằng năng lượng cơ học tác
dụng lên khối đất
2.1. Nguyên lý đầm chặt đất
13
2.1. Nguyên lý đầm chặt đất
1.Ở hiện trường, công đầm đc đánh giá = số lần di chuyển của
con lăn /1 thể tích đất xác định.
2.Trong phòng TN, công đầm liên quan tới K.lượng quả đầm,
chiều cao rơi tự do, số lần đầm, số lớp đất đầm & V cối đầm.
14
2.1. Nguyên lý đầm chặt đất
Hiệu quả của đầm chặt đất đc đánh giá thông qua trong
lượng riêng khô γdry ~ độ ẩm tối ưu Wopt của đất sau khi đầm
“Đường cong đầm nén”
15
1/23/2018
6
2.2 Trường hợp
Đầm riêng rẽ:
 Đầm đất hạt mịn (bụi & sét)
 Đầm đất hạt thô (cát & cuội sỏi)
16
2.3. TN nén tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm
TN đầm chặt t.chuẩn trong phòng dựa theo các
nguyên lý của Proctor (1933) - TN Proctor để XĐ
đường cong đầm nén, từ đó tính độ ẩm tối ưu &
dung trọng khô max của đất ứng với 1 công đầm
nhất định
17
Dụng cụ TN
• 2.7 kg hammer
• 300 mm drop
Proctor tiêu chuẩn: Proctor cải tiến:
• 3 lớp
• 25 đập / lớp
• 5 lớp
• 25 đập cho mỗi lớp
• KL búa 2.495 kg 
• Chiều cao rơi búa: 
304.88 mm
• KL búa 4.536 kg
• Chiều cao rơi búa:
457 mm
Chày
cối đầm (1000 ml)
a. Dụng cụ thí nghiệm
18
1/23/2018
7
• 2.7 kg hammer
• 300 mm drop
a. Dụng cụ thí nghiệm
19
Standard proctor test equipment
- Chiều cao hạ chày,
- Trọng lượng chày,
- Số lần đầm
- Số lớp đất chia
Kiểm soát năng
lượng đầm
“Năng lượng chính là sự khác nhau giữa thí nghiệm
đầm tiêu chuẩn & TN đầm cải tiến. TN đầm cải tiến
dùng năng lượng đầm lớn hơn”
a. Dụng cụ thí nghiệm
Chú ý:
20
Tiến hành TN cho 1 số mẫu đất cùng loại nhưng
có độ ẩm khác nhau. Sau đó XĐ dung trọng ướt &
độ ẩm thực tế của các mẫu đất đã đc đầm chặt,
rồi T” dung trọng khô của mỗi mẫu đất đó.
Khi XĐ được dung trọng khô & độ ẩm tương ứng
của các mẫu đất sau khi đầm, biểu diễn chúng lên
cùng hệ trục toạ độ & vẽ đường cong đầm nén.
b. Trình tự TN
21
1/23/2018
8
b. Trình tự thí nghiệm
22
a. Kết quả thí nghiệm với đất dính
c. Kết quả TN
23
Kết quả thí nghiệm với đất hạt thô
Độ ẩm w(%)
D
u
n
g
 t
rọ
n
g
k
h
ô
(
d
)
Phương pháp đầm thông thường có phù hợp với đất
hạt thô?
c. Kết quả TN
2
4
1/23/2018
9
Điểm đỉnh của đường cong ứng với giá trị ρdmax và wopt (lượng
chứa nc tối ưu). Nhưng đó chỉ là ρdmax cho 1 công đầm & 1 PP
đầm cụ thể chứ ko phải là ρdmax có thể đạt đc ngoài thực tế.
d. Phân tích kết quả TN
𝛾𝑑 = 1.6 − 2 𝑇/𝑚
3
𝑤𝑜𝑝𝑡 = 10 − 20%
25
➢Hai thông số đặc trưng của đường cong đầm nén
▪ gd(ρd) → (gdmax)
▪ w(%)→ Độ ẩm tối ưu
➢ Đường cong đầm nén = F(năng lượng đầm)
➢ Với một công đầm nào đó → một giá trị của ɣd
➢ Đường cong đầm nén sẽ càng chính xác nếu
càng nhiều điểm TN được dùng (4-5 điểm)
d. Phân tích kết quả TN
26
Đường cong đầm nén điển hình của các loại đất khác nhau
(After Johnson & Sallberg, 1960)
1/23/2018
10
Zero Air Void Curve- Đường bão hòa
Tất cả các điểm đầm
nén phải nằm ở bên
trái đường bão hòa
- Ứng với S = 1
Độ ẩm w (%)
T
rọ
n
g
lư
ợ
n
g
ri
ê
n
g
k
h
ô
(
d
) Đường bão hòa (S=100%)
s
w
d
GSw
S
/
*
 :Eq




S<100%
S>100% (Không xảy ra)
(S = 1)
28
Làm như quy trình trên, nhưng với công đầm lớn hơn (E2 
> E1), đường cong đầm nén sẽ thay đổi ntn?
Ảnh hưởng của công đầm
Độ ẩm w (%)
T
rọ
n
g
lư
ợ
n
g
ri
ê
n
g
k
h
ô
(
d
)
Đường bão hòa (S=100%)
S>100% (không xảy ra)
29
30
Hình 2: Kết quả TN đầm nén của một số loại thí nghiệm
1/23/2018
11
w (%)
D
u
n
g
 t
rọ
n
g
k
h
ô
(
d
)
Đường bão hòa
S>100% 
Tăng công đầm sẽ có
tác dụng?
➢ Độ ẩm tối ưu giảm
➢ Dụng trọng khô lớn
nhất tăng
Năng
lượng thấp
Năng lượng
lớn hơn
Làm như quy trình trên, nhưng với công đầm lớn hơn (E2 > 
E1), đường cong đầm nén sẽ thay đổi ntn?
Ảnh hưởng của công đầm
31
Đường tối ưu
Đường cong đầm nén với các công đầm khác nhau
Độ ẩm
D
u
n
g
 t
rọ
n
g
k
h
ô
(
d
)
Đường tối ưu
“ Đường tối ưu gần như
// với đường bão hòa”
32
Độ chính xác
1. K.quả phụ thuộc vào người TN & người vẽ đường cong
2. Nối các điểm bằng một đường cong bậc 3 (trong Excel)
33
1/23/2018
12
Vậy tại sao các đường cong đầm nén lại có hình
dạng đặc trưng như trên?
?
???
34
TH độ ẩm trong đất nhỏ, khi cho thêm nc vào đất thì
kích thước lớp màng nc bao quanh hạt đất tăng dần
⇒ kích thước hạt đất ↑, do có màng nc bôi trơn nên các
hạt đất dễ dàng di chuyển & sắp xếp lại ⇒ mẫu đất chặt
hơn. Tuy nhiên, tới 1 độ ẩm nào đó thì 𝜌 của đất ko thể
tăng nữa, & nc bắt đầu thay thế vị trí của đất trong cối
đầm. Do ρw << ρs nên đường cong đầm nén bắt đầu đi
xuống.
4. Quy luật chung về tính đầm nện
35
Đất ko bao giờ đạt tới t.thái bão hoà trong quá trình
đầm chặt cho dù có cho thêm bao nhiêu nc đi nữa.
H.dạng & vị trí các đường cong đầm nén có thể
thay đổi nhưng xu thế chung thì chúng luôn gần
như nhau.
Chú ý
36
1/23/2018
13
Kết cấu & tính chất của đất dính đầm chặt phụ thuộc
chủ yếu vào PP đầm, công đầm, loại đất & độ ẩm đất.
Thông thường “w” của đất đầm chặt liên hệ mật thiết
với wopt tương ứng với 1 kiểu đầm chặt nào đó.
Với cùng 1 công đầm, nếu ↑w thì k.cấu của đất càng
phân tán. Đất ở t.thái khô tối ưu thì luôn có xu hướng
kết tụ trong khi ở t.thái ướt tối ưu lại dễ dàng phân tán.
4. Quy luật chung về tính đầm nện
37
Cùng 1 công đầm, khả năng thấm của đất ↓ khi wđất ↑ và
đạt tới giá trị min khi đất có wopt. Nếu công đầm ↑ thì k sẽ
↓ xuống do e giảm .
Khi ƯS tương đối nhỏ thì đất dính có khả năng nén lún
lớn hơn khi độ ẩm lớn, điều này xảy ra ngược lại đối với
ƯS lớn.
Đất sét đầm chặt có tính trương nở lớn hơn khi ở trạng
thái khô tối ưu. Vì khi đó đất thiếu nước nhiều hơn nên
có xu thế hút bám nước nhiều hơn và tính trương nở sẽ
cao hơn.
4. Quy luật chung về tính đầm nện
38
Cường độ của đất sét đầm chặt khá phức tạp. Cường độ
ở t.thái khô tối ưu tốt hơn ướt tối ưu. Cường độ ở t.thái
ướt tối ưu còn phụ thuộc vào kiểu đầm do có sự ≠ về
k.cấu của đất. Nếu ngâm mẫu đất vào nc, hình dạng của
đất sẽ thay đổi do tính trương nở, đặc biệt khi đất ở t.thái
khô tối ưu. Cường độ của đất hầu như ko đổi khi đất ở
t.thái ướt tối ưu & tăng lên đáng kể khi đất ở t.thái khô tối
ưu.
4. Quy luật chung về tính đầm nện
39
1/23/2018
14
5. Đánh giá hiệu quả đầm ở hiện trường
Đất đầm
d,đầm = ?
wđầm = ?
Đặc trưng TN
So sánh!
w
d
Đất vật liệu
RC
(Hệ số đầm)
40
Với đất hạt mịn
Chú ý:
- Rc < 0.95 → đất đầm quá xốp, chưa đủ cường độ
- Rc ≥ 0.98 → Rất khó đạt
- Giá trị Rc yêu cầu càng cao thì càng tốn kém
5. Đánh giá hiệu quả đầm ở hiện trường
𝑅𝑐 =
𝛾𝑑(𝑓𝑖𝑒𝑙𝑑)
𝛾𝑑𝑚𝑎𝑥(𝑙𝑎𝑏)
41
Thực tế: (Wopt -2%) ≤ Whiện trường ≤ (Wopt +2%)
w(%)
(
d
)
Wopt
d, max
100%
95 %
2% 2%
Vùng an toàn
Độ ẩm chấp
nhận được
Có thể xảy ra:
Ɣdfield > ɣdmax
?
5. Đánh giá hiệu quả đầm ở hiện trường
42
1/23/2018
15
Dùng công thức sau để tính độ chặt tương đối cho đất
rời
Trong đó:
emax: Hệ số rỗng của đất ở trạng thái xốp nhất
emin: Hệ số rỗng của đất ở trạng thái chặt nhất
eo : Hệ số rỗng của đất ở điều kiện tự nhiên
(Dr = 0 – 1; Dr ≥ 95 %)
5. Đánh giá hiệu quả đầm ở hiện trường
𝐷𝑟 =
𝑒𝑚𝑎𝑥 − 𝑒0
𝑒𝑚𝑎𝑥 − 𝑒𝑚𝑖𝑛
43
Ví dụ 1
Độ ẩm tự nhiên của đất ở bãi vật liệu là 10%. Giả
thiết 6000 g đất ướt được dùng trong thí nghiệm
đầm chặt trong phòng. Tính lượng nước cần thêm
vào mẫu để làm độ ẩm của mẫu tăng thành 13%;
20%, 28%
44
II. Các nhân tố ảnh hưởng tới tính
đầm chặt của đất
45
1/23/2018
16
III. Các nhân tố ảh tới tính đầm chặt của đất:
- Đặc tính của máy đầm:
+ Khối lượng, kích thước
+ Tần số làm việc và phạm vi thay đổi của tần số
- Đặc tính của đất đầm chặt:
+ Dung trọng ban đầu
+ Kích thước và hình dạng hạt
+ Độ ẩm
- Quy trình thi công:
+ Số lần đầm
+ Chiều dày lớp đất
+ Tần suất lv của động cơ
+ Tốc độ di chuyển
46
Chú ý.
Các đặc tính của máy đầm ah tới độ lớn ứs & chiều
sâu phạm vi làm việc của lực rung, dung trọng ban
đầu cũng tác động lớn tới hiệu quả đầm chặt. Sau
khi đã chọn đc máy đầm, thì quy trình thi công là
nhân tố quyết định hiệu quả đầm chặt. (BS7)
47
III. Các nhân tố ảh tới tính đầm chặt của đất: