Lưu trữ nội dung chuyên nghiệp: bài viết lưu giữ tổng quan lịch sử về các khái niệm, công thức và quy trình thí nghiệm địa kỹ thuật. Đây không phải là nghiên cứu địa kỹ thuật, thiết kế nền đắp, đặc điểm kỹ thuật đầm nén, kế hoạch kiểm soát chất lượng hoặc thay thế cho tiêu chuẩn hiện hành. Các thông số đất, thiết bị, năng lượng nén, tiêu chí chấp nhận và phương pháp làm việc an toàn được xác định bởi kỹ sư địa kỹ thuật được ủy quyền và phòng thí nghiệm được công nhận dựa trên loại đất và đối tượng cụ thể.
Savo Kusić ngày nay tập trung vào cửa sổ gỗ, cửa sổ nhôm-gỗ, cửa sổ tùy chỉnh, cửa ra vào và yêu cầu báo giá. Bài viết này vẫn là một kho lưu trữ kỹ thuật và không đại diện cho việc cung cấp thiết kế địa kỹ thuật, thử nghiệm hoặc thi công công trình đất.
Nén đất lỏng lẻo
Độ nén của đất rời phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của các hạt rắn cũng như cấu trúc của nó. Trong trường hợp đất không bị ràng buộc, có một số giới hạn nhất định trong đó các giá trị độ xốp n và hệ số độ xốp e đối với sự dịch chuyển của cấu trúc hiếm nhất và dày đặc nhất.
Nếu vật liệu không liên kết được sấy khô và đổ từ từ vào cốc thủy tinh để nó không bị nén trong quá trình rót thì sẽ thu được cấu trúc hiếm nhất. Cấu trúc này tương ứng với hệ số xốp emax, giá trị của cát trong văn bản gốc nằm trong giới hạn:
emax = 0,7–1,0.
Nếu cùng một vật liệu được đổ vào cốc theo từng lớp mỏng và mỗi lớp được đập bằng vồ gỗ cho đến khi thể tích không đổi, tức là cho đến khi nó ngừng lắng xuống khi bị xáo trộn, thì sẽ thu được cấu trúc dày đặc nhất. Nó tương ứng với hệ số xốp emin, có giá trị đối với cát là:
emin = 0,45–0,65.
Độ nén của đất không liên kết được biểu thị bằng độ nén tương đối ID, hệ số biểu thị mức độ nén của đất so với độ nén cao nhất:
trong đó e là hệ số độ xốp của đất ở trạng thái nén chặt tự nhiên. Các giá trị cuối cùng của mật độ tương đối là:
- dành cho cấu trúc hiếm nhất e = emax; ID = 0;
- cho cấu trúc dày đặc nhất e = emin; ID = 1.
Tiêu chuẩn độ nén của đất cát theo Terzaghi trong văn bản gốc là:
- Cát nén thưa: ID = 0–1/3;
- Cát đầm chặt vừa: ID = 1/3–2/3;
- Cát nén chặt: ID = 2/3–1.
Trường hợp kè trên đường và kè thì văn bản yêu cầu ID = 2/3–1.
Thay vì dạng trước, có thể sử dụng tỷ lệ âm lượng:
trong đó V là thể tích của mẫu đất nguyên vẹn, Vmax là thể tích của cùng một lượng đất ở trạng thái bị nén chặt nhất, và Vmin là thể tích của cùng một lượng đất ở trạng thái bị nén chặt nhất.
Giới hạn áp dụng: các phân loại và thuật ngữ lịch sử không được chuyển trực tiếp đến dự án hoặc địa điểm xây dựng. Loại đất, phương pháp lấy mẫu, điều kiện mẫu, tiêu chuẩn áp dụng và yêu cầu của dự án có thể thay đổi phương pháp và tiêu chí.
Nén đất ràng buộc
Trong đất bị ràng buộc, độ nén không chỉ phụ thuộc vào kích thước, hình dạng của chất rắn và cấu trúc của nó mà còn phụ thuộc vào độ dính. Do sự kết dính, các hạt rắn bị dính lại với nhau, do đó việc ép nước ra khỏi lỗ rỗng trong quá trình nén khó khăn hơn nhiều so với đất không liên kết, nơi các hạt di chuyển dễ dàng hơn dưới tải trọng.
Khi nén đất liên kết, lượng nước có tầm quan trọng rất lớn. Bằng cách đầm nén, nước bị đẩy ra khỏi các lỗ rỗng và độ dày của màng nước giảm đi; độ xốp giảm, độ bền cắt và mật độ khối tăng. Mật độ càng cao thì càng có nhiều chất rắn và ít lỗ chân lông trên một đơn vị thể tích. Tỷ lệ này được sử dụng làm cơ sở để đánh giá độ nén của đất bị ràng buộc. Việc kiểm soát độ nén trong văn bản được thực hiện bằng trọng lượng thể tích khô:
γd = Wd / V [N/cm3]
trong đó Wd là trọng lượng của một mẫu đất khô hoàn toàn, tính bằng N, và V là thể tích của cùng một mẫu ở trạng thái nén chặt trước khi sấy, tính bằng cm3.
Kinh nghiệm của giám thị
Thử nghiệm của Proctor dùng để xác định mối quan hệ giữa lượng nước trong đất và độ nén của nó. Nó xác định độ ẩm tối ưu, tức là độ ẩm mà tại đó đất được nén cho trọng lượng thể tích khô tối đa đối với năng lượng nén nhất định.
Bộ máy của Proctor được mô tả trong lịch sử (hình 1) bao gồm một hình trụ kim loại có đường kính trong Ø = 10 cm, chiều cao 12 cm (hình 1_a_), phần mở rộng của hình trụ có cùng đường kính và chiều cao 10 cm (hình 1_b_) và máy đầm kim loại có đường kính 5 cm, trọng lượng 2,5 N, trong thanh dẫn hướng hình trụ có đường kính lớn hơn một chút. Thanh dẫn hướng mở ở đầu dưới và đóng ở đầu trên, có lỗ mở rộng hơn một chút để tay cầm ram đi qua (hình 1_c_). Đầu dưới của hình trụ được đặt trên một tấm kim loại lớn hơn và được cố định trong quá trình đầm.
Mẫu được sấy khô theo quy trình ban đầu và sàng qua lỗ rây 5 mm để tránh ảnh hưởng đến hạt lớn. Sau đó, nó được trộn với một lượng nước không được nhiều đến mức mẫu bị nhão, cũng không quá nhỏ đến mức mẫu không thể xử lý được. Đầu tiên, một lớp có chiều cao khoảng 8 cm được đặt trong hình trụ có phần mở rộng ở trạng thái chưa nén và được nén chặt bằng các đòn 25 phân bố đều trên bề mặt. Tác động được thực hiện bằng cách rơi tự do của vồ từ độ cao 30 cm. Một lớp có độ dày mới 8 cm được áp dụng, được đục bằng các chày 25 mới và quy trình được lặp lại với lớp thứ ba. Sau khi hoàn thành, phần mở rộng được loại bỏ, bề mặt của mẫu thẳng hàng với cạnh của hình trụ dưới và phần đất thừa được loại bỏ. Sau đó, một mẫu đất đã nén được lấy ra và xác định mật độ khối khô γd và độ ẩm w.
Hình ảnh 1 — Thí nghiệm của giám thị
Thí nghiệm được lặp lại 5 đến 6 lần, luôn với vật liệu mới, chưa qua xử lý từ cùng một mẫu, nhưng với một lượng nước khác nhau, để thu được các giá trị khác nhau cho γd và w. Độ ẩm của đất w được áp dụng trên trục hoành của sơ đồ và trọng lượng thể tích khô γd trên trục tọa độ (hình 2). Các điểm được kết nối tạo ra một đường cong cho thấy mật độ khối khô trước tiên tăng theo độ ẩm đến mức tối đa và sau đó giảm dần. Độ ẩm wopt tương ứng với mật độ khối khô tối đa max γd được gọi là độ ẩm tối ưu. Trong văn bản, người ta chấp nhận rằng ở độ ẩm này, độ nén cao nhất đạt được với năng lượng nén nhất định. Thử nghiệm được thực hiện theo cách này được gọi là thử nghiệm tiêu chuẩn của Proctor.
Hình 2 — Sơ đồ giám sát.
Tiêu chuẩn và an toàn trong phòng thí nghiệm: Kích thước thiết bị, khối lượng và độ rơi của máy đầm, số lớp và tác động cũng như việc chuẩn bị mẫu là dữ liệu lịch sử được truyền ở đây, không phải là hướng dẫn độc lập. Một quy trình hợp lệ phải xác định tiêu chuẩn và kế hoạch phòng thí nghiệm phù hợp. Việc sấy khô, sàng lọc và nén có rủi ro do bụi, các hạt bay, bị kẹp và chấn thương do va chạm; Cần có thiết bị, biện pháp bảo vệ phù hợp và người vận hành được đào tạo.
Ảnh hưởng của kích thước hạt trên 5 mm
Trong văn bản gốc có tuyên bố rằng các hạt lớn hơn 5 mm không có tác động đáng kể nếu chúng chiếm tới 25% trong tổng khối lượng. Nếu có nhiều hơn 25%, ảnh hưởng của chúng phải được tính đến bằng cách tính trọng lượng thể tích khô của hỗn hợp bằng phương pháp tỷ lệ hoặc phép thử Proctor đã sửa đổi.
Tính theo phương pháp tỉ lệ
Theo phương pháp này, trọng lượng thể tích khô của hỗn hợp nguyên liệu đất γdm được tính dựa trên biểu diễn tỷ lệ của các hạt trên và dưới 5 mm:
ở đâu:
- γd — trọng lượng thể tích khô của vật liệu lọt qua sàng mở 5 mm;
- γsc — trọng lượng thể tích của các hạt rắn còn lại trên lỗ mở màn hình 5 mm;
- m — phần trăm khối lượng của vật liệu còn lại trên lỗ sàng 5 mm so với toàn bộ khối lượng.
Kiểm tra Proctor đã sửa đổi
Theo kinh nghiệm của Cục Khai hoang Hoa Kỳ được trích dẫn trong văn bản gốc, nếu các hạt lớn hơn 5 mm chiếm nhiều hơn 1/3 đến 2/3 trong tổng khối lượng đất thì nên tiến hành thử nghiệm với tổng khối lượng. Vì không thể thực hiện thành công điều này trong một hình trụ có đường kính 10 cm, nên một hình trụ có đường kính lớn hơn được sử dụng trong cái gọi là thử nghiệm Proctor đã sửa đổi. Văn bản mô tả một hình trụ có đường kính 15,2 cm và chiều cao 23,2 cm, trong đó mẫu 5,5 kp được nén thành ba lớp gần bằng nhau với 50 tác động nhỏ hơn, mỗi lớp có trọng lượng 4,53 kp và độ cao rơi là 45,7 cm. Nếu mẫu chứa các hạt lên tới 20 mm, thử nghiệm được thực hiện với vật liệu nguyên vẹn. Nếu nó chứa các hạt lớn hơn 20 mm, một lượng 5,5 kp của mẫu sẽ được sàng qua sàng 20 mm, phần còn lại trên sàng được thay thế bằng vật liệu có kích thước 5–20 mm.
Ngoài quy trình được mô tả theo cách này, trong văn bản, bất kỳ phương pháp thực hiện nào khác với phương pháp tiêu chuẩn cũng được gọi là thử nghiệm Proctor đã sửa đổi.
Năng lượng nén
Năng lượng nén của mẫu trong xi lanh Proctor có thể được biểu thị bằng phương trình, trong đó N là số lần đập búa, h chiều cao của búa tính bằng m, W trọng lượng của búa tính bằng Mp (megapond) và V thể tích của mẫu tính bằng m3.
Với sự gia tăng năng lượng nén, mẫu sẽ đạt được độ nén lớn hơn, độ xốp của nó, tức là lượng nước trong đất, giảm và trọng lượng thể tích khô tăng. Đối với năng lượng nén E1, E2, E3 và E4, sơ đồ Proctor tương ứng có trong hình 3. Tất cả các sơ đồ đều tiệm cận gần đúng với sơ đồ bão hòa, còn được gọi là sơ đồ lỗ khí 0% khi tất cả các lỗ chân lông chứa đầy nước hoặc 5% lỗ chân lông khi 95% lỗ chân lông chứa đầy nước.
Hình 3 — Sơ đồ Proctor cho các mức năng lượng nén khác nhau.
Biểu đồ bão hòa có thể được xây dựng nếu áp dụng w = wz = n / γs(1-n) trên trục hoành và γd = γs(1-n) trên trục tọa độ, trong đó n là độ xốp của đất và γs là trọng lượng thể tích của các hạt rắn của loại đất đã cho. Theo đó, năng lượng nén có thể được điều chỉnh để đạt được độ nén mong muốn. Để kiểm soát độ nén của đất tự nhiên hoặc nền đắp đã được đầm, chỉ số nén Iz thường được sử dụng trong văn bản, tỷ lệ giữa trọng lượng thể tích khô của đất hoặc nền đắp đã cho γd với trọng lượng thể tích mà Proctor γp thu được:
Iz = γd / γp.
Thiết kế và kiểm soát tại hiện trường: chỉ riêng đường cong trong phòng thí nghiệm không xác nhận chất lượng của lớp dẫn xuất. Việc lấy mẫu, độ dày lớp, loại và số lượng máy đi qua, độ ẩm, đo đạc hiện trường, khả năng chịu lực, hệ thống thoát nước, các công trình lân cận và lắp đặt ngầm phải được đưa vào kế hoạch thiết kế và kiểm soát. Không tiếp cận khu vực làm việc của con lăn hoặc máy móc khác mà không có hệ thống kiểm soát ra vào và tín hiệu có tổ chức.