Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9354:2012 về Đất xây dựng - Phương pháp xác định môđun biến dạng

• Số hiệu: TCVN9354:2012
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2012

Tên đất	Vị trí tấm nén so với mực nước	Độ sâu thí nghiệm, m	Vị trí tiến hành thí nghiệm	Tấm nén
				Kiểu	Diện tích, cm²
Đất hòn lớn; đất cát - cát chặt và chặt trung bình; đất loại sét - sét, sét pha có độ sệt IL ≤ 0,25, cát pha khi IL ≤ 0	Ngang mực nước dưới đất  và cao hơn	≤ 6	Trong hố móng, hố đào, giếng	I I II	5 000 2 500 1 000
Đất cát - cát xốp, đất loại sét - sét và sét pha có độ sệt IL > 0,25, cát pha khi IL > 0, bùn, đất hữu cơ	Ngang mực nước dưới đất và cao hơn	≤ 6	Trong hố móng, hố đào, giếng	I II	5 000 1 000
Đất hòn lớn; đất cát - cát chặt, đất loại sét - sét và sét pha có độ sệt IL ≤ 0,5, cát pha khi IL ≤ 0	Ngang mực nước dưới đất và cao hơn	≤ 6	Tại đáy lỗ khoan	III	600
Đất cát: đất loại sét; sét, sét pha và cát pha với mọi trị độ sệt IL: bùn, đất hữu cơ	Dưới mực nước dưới đất	Tới 15	Tại đáy lỗ khoan	III	600

5 Chuẩn bị thí nghiệm

5.1 Khi thí nghiệm trong hố móng, hố đào và giếng đào, tấm nén được đặt ở công trình khai đào. Để đáy tấm nén thật khít với đất, phải xoay tấm nén không ít hơn hai vòng theo các hướng, quanh trục thẳng đứng. Sau khi đặt, phải kiểm tra mức độ nằm ngang của tấm nén.

Trong đất loại sét có độ sệt I_L > 0,75, phải đặt tấm nén trong một hố tại đáy công trình khai đào. Hố có độ sâu từ 40 cm đến 60 cm và kích thước ngang lớn hơn đường kính hoặc cạnh tấm nén không quá 10 cm. Khi cần, phải gia cố vách hố này.

5.2 Mặt đất trong phạm vi diện tích đặt tấm nén phải được san thật phẳng. Khi khó san phẳng đất, tiến hành rải một lớp đệm cát nhỏ hoặc cát trung ít ẩm, dày từ 1 cm đến 2 cm cho đất loại sét và không lớn hơn 5 cm cho đất hòn lớn.

5.3 Khi thí nghiệm trong hố khoan, phải dùng mũi khoan riêng vét sạch đáy từng đợt và chuyển dần mùn lên mặt đất, rồi mới đặt tấm nén có diện tích 600 cm².

5.4 Tấm nén được lắp vào cột ống đường kính 219 mm và hạ xuống đáy lỗ khoan đã được vét sạch. Dùng đối trọng và các vòng định hướng để cân bằng tấm nén cùng với cột ống khi hạ. Đặt tấm nén sâu hơn chân ống chống từ 2 cm đến 5 cm.

5.5 Sau khi đặt tấm nén, tiến hành lắp thiết bị chất tải, thiết bị neo và hệ thống neo.

5.6 Võng kế kiểm tra được lắp trên hệ mốc chuẩn. Dây của võng kế kiểm tra được gắn vào mốc không di động đặt ở ngoài thành hố thí nghiệm. Chiều dài dây phải bằng chiều dài của các võng kế đo độ lún của tấm nén.

5.7 Sau khi lắp tất cả các thiết bị, đưa các số đọc về vạch không (0), hoặc về điểm quy ước là không; ghi vào nhật ký theo mẫu như là ở Phụ lục A.

...

...

...

6.1 Tăng tải trọng lên tấm nén thành từng cấp ­DP tuỳ theo loại đất thí nghiệm và trạng thái (xem Bảng 2, Bảng 3 và Bảng C.1). Tổng số các cấp gia tải phải không ít hơn bốn, kể từ giá trị tương ứng với áp lực do trọng lượng bản thân của đất tại cao trình thí nghiêm. Trong cấp gia tải đầu tiên phải kể đến trọng lượng của thiết bị tạo nên một phần tải trọng tác dụng lên tấm nén.

Khi dùng tấm nén kiểu II, phụ tải vành khăn phải tương ứng với áp lực bản thân tại cao trình thí nghiệm.

6.2 Giữ mỗi cấp tải đến khi ổn định biến dạng quy ước của đất: không vượt quá 0,1 mm sau thời gian nêu ở Bảng 2, Bảng 3 và Bảng C.1. Thời gian giữ mỗi cấp gia tải tiếp sau không ít hơn thời gian giữ cấp trước.

Bảng 2 - Cấp gia tải và thời gian ổn định quy ước đối với đất loại cát

Tên đất

Mức độ bão hòa

Cấp áp lực DP, MPa, khi độ chặt kết cấu của đất

Thời gian ổn định quy ước

 h

...

...

...

Chặt vừa

Xốp

Đất hòn lớn

S₁ ≤ 1,0

0,1

0,5

Đất - cát - cát to

S₁ ≤ 1,0

0,1

...

...

...

0,025

0,5

Cát trung

S₁ ≤ 0,5

0,1

0,05

0,025

0,5

0,5 < S₁ ≤ 1,0

...

...

...

0,05

0,025

1,0

Cát nhỏ, cát bụi

S₁ ≤ 0,5

0,05

0,025

0,01

1,0

...

...

...

0,05

0,025

0,01

2,0

Bảng 3 - Cấp gia tải và thời gian ổn định quy ước đối với đất loại sét

Tên đất

Cấp áp lực DP, MPa, khi hệ số rỗng e

Thời gian ổn định quy ước

h

...

...

...

0.5 ≤ e < 0,8

0,8 ≤ e ≤ 1,1

e > 1,1 ^a

Đất loại sét có độ sệt I_L ≤ 0,25

0,1

0,1

0,05

0,05

1

...

...

...

0,1

0,5

0,05

0,025

2

0,75 < I_L ≤ 1

0,05

0,025

0,025

...

...

...

2

I_L > 1

0,05

0,025

0,01

0,01

3

^a Khi hệ số rỗng e > 1,1, thời gian ổn định quy ước được tăng lên 1 h.

6.3 Ghi số đọc trên các biến dạng kế tại mỗi cấp áp lực

...

...

...

Khi thí nghiệm đất loại sét: cách 15 min trong giờ đầu, cách 30 min trong giờ sau và tiếp theo, cứ cách 1 h cho đến khi đạt được độ lún ổn định quy ước.

6.4 Ngừng thí nghiệm khi ổn định biến dạng ứng với cấp tải trọng cuối, hoặc tổng biến dạng đạt 0,15d, trong đó d là đường kính tấm nén.

6.5 Khi có yêu cầu có thể tiến hành dỡ tải từng cấp. Đối với đất hòn lớn và đất cát, giữ mỗi cấp 10 min; riêng cấp cuối được giữ tới 20 min. Đối với đất loại sét, các khoảng thời gian tương ứng là 15 min và 30 min.

7 Xử lý kết quả thí nghiệm

7.1 Để tính toán môđun biến dạng E, lập biểu đồ liên hệ giữa độ lún với áp lực S = f(P). Biểu thị các giá trị P trên trục hoành và các giá trị độ lún ổn định quy ước S tương ứng trên trục tung (xem Phụ lục B, Biểu đồ a).

Qua các điểm thí nghiệm chấm trên biểu đồ, vẽ một đường thẳng trung bình bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất, hoặc bằng phương pháp đồ giải. Lấy điểm ứng với áp lực thiên nhiên (xem 4.3.1) làm điểm đầu P_d và điểm ứng với cấp gia tải cuối cùng làm điểm cuối P_c.

Nếu gia số độ lún tương ứng với cấp áp lực P_i lớn gấp đôi gia số lún ứng với cấp áp lực kề trước P_i-1, đồng thời bằng hoặc nhỏ hơn giá trị ứng với cấp P_i+1, thì lấy P_i-1 và S­ làm các giá trị cuối cùng. Lúc đó, số lượng các điểm làm căn cứ để tính toán trị trung bình phải không ít hơn ba.

7.2 Môđun biến dạng đất E, tính bằng megapascan (MPa), được tính toán cho đoạn tuyến tính của biểu đồ S = f(P), theo công thức:

...

...

...

m là hệ số Poisson, được lấy bằng 0,27 cho hòn đất lớn; 0,30 cho đất cát và cát pha; 0,35 cho đất sét pha và 0,42 cho đất sét;

w là hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào hình dạng và độ cứng tấm nén. Đối với tấm nén cứng, hình tròn và hình vuông, lấy w = 0,79;

d là đường kính tấm nén tròn hoặc cạnh của tấm nén vuông, tính bằng xentimét (cm);

DP là gia số áp lực lên tấm nén, bằng P_c - P_d, tính bằng megapascan (MPa);

DS là gia số độ lún của tấm nén tương ứng với DP, tính bằng xentimét (cm).

8 Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm nên bao gồm các thông tin sau:

- Số hiệu bàn nén;

- Kích thước bàn nén;

...

...

...

- Phương pháp tiếp cận đến vị trí bàn nén, ví dụ trong hố khoan hay trong hố đào, ...

- Kích thước/diện tích hố đào thí nghiệm, đường kính hố khoan,...

- Cao độ bàn nén thí nghiệm;

- Thời gian (bắt đầu và kết thúc thí nghiệm);

- Mô tả đất đá tại vị trí thí nghiệm;

- Mô tả cách bố trí thí nghiệm (hệ phản lực, hệ gia tải và hệ đo lún);

- Số liệu kiểm định và kiểm tra thiết bị đo;

- Biểu đồ quan hệ giữa độ lún và áp lực tác dụng bao gồm các chu kỳ gia tải và dỡ tải;

- Biểu đồ quan hệ giữa độ lún - thời gian ở các cấp gia tải thí nghiệm, với độ chính xác như sau đến 1 MPa đối với E lớn hơn 10 MPa; đến 0,5 MPa đối với E từ 2 MPa đến 10 MPa và đến 0,1 MPa đối với E nhỏ hơn 2 MPa;

...

...

...

Phụ lục A

(Quy định)

Sổ ghi xác định môđun biến dạng tại hiện trường bằng tấm nén phẳng

(Trang đầu của sổ ghi)

Tên cơ quan: .......................................................................................................................

Số ghi No: ..........................................................................................................................

XÁC ĐỊNH MÔĐUN BIẾN DẠNG TẠI HIỆN TRƯỜNG BẰNG TẤM NÉN PHẲNG

Địa điểm: ............................................................................................................................

...

...

...

Công trình: ..........................................................................................................................

Ngày thí nghiệm: Bắt đầu ................................. Kết thúc: ....................................................

Hố khai đào số: ................................................. Cao độ tuyệt đối: .....................................

Diện tích tấm nén:  ...................................... cm² Đáy tấm nén:......................................... m

Tiết diện hố:  .................................................... Miệng hố:............................................... m

(đường kính lỗ khoan)..................................... Mực nước dưới đất:................................. m

Độ sâu: .........................................................m

Tên đất: ..............................................................................................................................

Mô tả vắn tắt thiết bị thí nghiệm:...........................................................................................

...

...

...

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

Các dụng cụ (kiểu và số hiệu) dùng để chất tải và đo:............................................................

Kích thuỷ lực số: ...................................  Sức nâng: ........................................................... t

Áp kế (các dạng đặc trưng kỹ thuật chủ yếu; lý lịch sơ lược): ...............................................

...........................................................................................................................................

Loại và số dụng cụ đo: ........................................................................................................

Tải trọng lên tấm nén: ..........................................................................................................

Độ lún tấm nén:....................................................................................................................

...

...

...

Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm

(Cụ thể hóa và chi tiết hóa của Hình 1, Hình 2 kèm theo mặt cắt địa chất tại nơi thí nghiệm đất)

Công trình: …………………………..        Thí nghiệm số: ……………………………………… Những trang tiếp theo của sổ ghi

                                                                                                                                                Trang:………………………………..

Ngày

Giờ, phút

Khoảng thời gian Dt, h

Số đọc ở áp kế, MPa

Tổng lực lên tấm nén, kN

...

...

...

Độ sâu đặt tấm nén, m (phụ tải xung quanh tấm nén)

Áp lực tác dụng lên đáy tấm nén, MPa

Số đọc ở các biến dạng kế ^a, mm)

Số hiệu chỉnh cho số đọc các biến dạng kế, mm

Số đọc đã được hiệu chỉnh ở các biến dạng kế, mm

Độ lún tấm nén, mm

Thời gian giữ tải trọng ΣDt, h

Số liệu về thấm ướt (đối với đất lún ướt)

Ghi chú

...

...

...

S₂

S₃

Trên biên dạng kế kiểm tra

S₁

S₂

S₃

DS

ΣDS

...

...

...

Mực nước, m

Khối lượng nước tiêu hao

Thời gian bắt đầu thấm ướt

1

2

3

4

5

6

...

...

...

8

9

10

11

12

13

14

15

16

...

...

...

18

19

20

21

22

23

24

25

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Sổ ghi có: ................................ trang

Phụ trách thí nghiệm: .................................................................... (Ký và ghi rõ họ, tên)

Những người quan trắc:                        1. .............................................. (Ký ghi rõ họ tên, chức danh)

                                                2. .............................................. (Ký ghi rõ họ tên, chức danh)

CHÚ THÍCH: ^a Số lượng biến dạng kế phải không ít hơn 2: nếu có 3 hoặc 4 chiếc càng tốt

Phụ lục B

...

...

...

Biểu diễn kết quả thí nghiệm đất bằng tấm nén

B.1 Biểu đồ S = f(P)

Tỷ lệ biểu đồ:

Ngang: 0,1 MPa tương ứng với 40 mm;

Đứng: 1 mm độ lún tấm nén tương ứng với 10 mm.

CHÚ DẪN:

1 Phần tuyến tính của biểu đồ.

2 Đường thẳng trung bình.

...

...

...

B.2 Biểu đồ S = f(P) của thí nghiệm đất lún ướt bằng tấm nén có độ thấm ướt

Tỷ lệ ngang: 0,1 MPa tương ứng với 40 mm;

Tỷ lệ đứng: 1 mm độ lún tấm nén tương ứng 2 mm đến 4 mm.

CHÚ DẪN:

1 Độ lún.

2 Độ lún sập ứng với áp lực cho trước P_ct.

3 Độ lún sau khi thấm ướt.

CHÚ THÍCH:

...

...

...

^b Theo sơ đồ "hai đường cong".

Hình B.2 - Biểu đồ S = f(P) của thí nghiệm đất lún ướt bằng tấm nén có độ thấm ướt

Phụ lục C

(Tham khảo)

Thí nghiệm đất lún ướt (đất lún sập)

C.1 Đất lún ướt hay đất lún sập là loại đất bị lún nhiều và đột ngột khi bị thấm nước đến bão hoà hoàn toàn.

C.2 Khi thí nghiệm đất lún ướt, phải xác định áp lực lún ướt ban đầu và độ lún ướt tương đối.

Áp lực lún ướt ban đầu: áp lực nhỏ nhất còn biểu hiện sự lún ướt của đất.

...

...

...

Áp lực lún ướt ban đầu được tính toán với độ chính xác đến 0,01 MPa; độ lún ướt tương đối đến 0,001.

C.3 Việc thấm ướt đất lún sập khi thí nghiệm trong các hố móng và giếng phải được tiến hành cho tới khi mức độ bão hoà S_r > 0,8, đến độ sâu không nhỏ hơn hai lần đường kính hình tròn hoặc cạnh hình vuông của tấm nén, kể từ đáy của nó.

Độ sâu thấm ướt phải được kiểm tra bằng cách xác định độ ẩm của mẫu đất lấy từ lỗ khoan riêng, cách mép tấm nén không lớn hơn 0,5 m. Các mẫu đất được lấy cách nhau 0,25 m cho đến độ sâu không nhỏ hơn hai lần đường kính (cạnh) tấm nén, kể từ đáy của nó.

CHÚ THÍCH: Được phép dùng các phương pháp đồng vị phóng xạ để kiểm tra độ ẩm của đất.

C.4 Khi thí nghiệm bằng tấm nén diện tích 5 000 cm² trên đất lún sập có thấm ướt, bề dày đệm cát (theo 4.2.2) phải bằng từ 2 cm đến 3 cm, để đảm bảo nước thấm vào đất. Lót đệm trên toàn bộ diện tích đặt tấm nén và xung quanh tấm nén, rộng ra ít nhất 10 cm. Đất ở nơi thí nghiệm phải được bảo vệ, để nước mặt và nước mưa không thâm nhập vào.

C.5 Đất lún sập được thí nghiệm theo sơ đồ “một đường cong“ hoặc sơ đồ “hai đường cong”.

C.5.1 Thí nghiệm theo sơ đồ “một đường cong” được tiến hành khi chỉ cần xác định mô đun biến dạng của đất ở độ ẩm tự nhiên và độ lún ướt tương đối ở một áp lực cho trước (xem Phụ lục B). Trong trường hợp này, tăng tải trọng tấm nén thành từng cấp cho đến áp lực cho trước P_ct, nằm trong khoảng từ 0,2 MPa đến 0,4 MPa. Đây là áp lực thực tế sẽ tác dụng lên đất nền, bằng tổng áp lực do tải trọng móng và tự trọng của đất trong trạng thái bão hoà nước ở cao trình thí nghiệm. Sau khi đạt độ ổn định quy ước về lún ở cấp cuối cùng, tương ứng với áp lực do công trình, tiến hành thấm ướt đất kề dưới tấm nén; đồng thời đo độ lún sập của đất cho đến ổn định quy ước, với lượng tiêu hao nước không nhỏ hơn trị tính toán theo Phụ lục D.

Độ lún ướt (lún sập) của đất được coi là đạt ổn định quy ước, khi tấm nén bị lún không lớn hơn 0,1 mm sau 2 h.

C.5.2 Thí nghiệm theo sơ đồ “hai đường cong” được tiến hành khi cần xác định toàn bộ các đặc trưng: môđun biến dạng của đất ở độ ẩm tự nhiên và ở trạng thái bão hoà, áp lực lún ướt ban đầu P_lư và độ lún ướt tương đối với các cấp áp lực khác nhau (xem Hình B.2 và Phụ lục E).

...

...

...

C.5.2.2 Lấy số đọc theo các biến dạng kế qua 15 min trong giờ đầu, cách 30 min trong giờ thứ hai và về sau cách 1 h cho đến khi đạt độ ổn định quy ước.

C.5.2.3 Cấp áp lực nén và thời gian ổn định quy ước về độ lún ướt được lấy theo Bảng C.1.

Bảng C.1 - Cấp gia tải và thời gian ổn định quy ước về độ lún ướt

Tên đất

Cấp áp lực DP

(MPa)

Thời gian ổn định quy ước

(h)

Đất lún ướt ở độ ẩm tự nhiên

...

...

...

1

Đất lún ướt sau khi thấm nước

0,025

2

C.6 Đất lún sập ở đáy tấm nén được thấm ướt bằng các tia nước nhỏ, phân tán để tránh bị xói. Luôn luôn giữ mực nước cao hơn mặt đệm cát từ 5 cm đến 10 cm và đo lượng nước tiêu hao cho thấm ướt.

C.7 Ngay khi kết thúc thí nghiệm, phải đào hoặc khoan thêm ở đáy hố đã nén thử tới độ sâu không nhỏ hơn hai lần đường kính tấm nén, để kiểm tra mức độ đồng nhất của thí nghiệm.

C.8 Việc xử lý kết quả thí nghiệm đất lún ướt và tính toán các đặc trưng biến dạng được tiến hành theo Phụ lục E.

Phụ lục D

...

...

...

Xác định lượng nước tiêu hao để thấm ướt đất lún sập ở đáy tấm nén

Lượng nước tiêu hao Q, m³, được tính toán theo công thức:

trong đó :

r_d là khối lượng riêng của đất, tính bằng tấn trên mét khối (T/m³);

r_w là khối lượng riêng của nước, tính bằng tấn trên mét khối (T/m³), được lấy bằng 1 T/m³:

W_bh là độ ẩm của đất trong trạng thái bão hoà nước (mức độ bão hoà S_r > 0,8), tính bằng phần

mười;

W là độ ẩm thiên nhiên của đất, tính bằng phần mười;

...

...

...

Phụ lục E

(Tham khảo)

Xử lý các kết quả thí nghiệm đất lún ướt (lún sập)

E.1 Mô đun biến dạng của đất lún ướt được tính toán theo công thức nêu ở 4.4.1.

Khi thí nghiệm theo sơ đồ “hai đường cong”, mô đun biến dạng của đất bão hoà nước (sau khi thấm ướt) phải được xác định riêng cho hai đoạn của đồ thị (xem Phụ lục B): trong khoảng biến đổi áp lực từ p₀ đến p_l.ư (xem Hình B.2).

Để tính toán mô đun biến dạng của đất lún ướt thí nghiệm ở trạng thái bão hoà nước (sau khi thấm ướt), lấy áp lực và độ lún ứng với cấp áp lực đầu tiên làm các trị số ban đầu p₀ và s₀.

E.2 Áp lực lún ướt ban đầu p_l.ư được xác định theo kết quả thí nghiệm đất bằng sơ đồ “hai đường cong”.

Áp lực p_l.ư được lấy là áp lực tương ứng với điểm đổi độ dốc của biểu đồ S = f(P) đối với đất thí nghệm ở trạng thái bão hoà nước (xem Phụ lục B). Khi điểm đổi độ dốc được thể hiện không rõ trên đồ thị, để chọn giá trị p_l.ư, nên lấy áp lực ứng với độ lún ướt S_l.ư của đất ở dưới đáy tấm nén bằng năm phần nghìn chiều dày vùng biến dạng của đất h_bd.

...

...

...

trong đó:

h_bd là chiều dày vùng biến dạng của đất, tính bằng xentimét (cm), xác định theo E.4.

E.3 Xác định độ lún ướt tương đối e_l.ư theo công thức:

Độ lún ướt của đất ở dưới đáy tấm nén S_l.ư dùng để tính e_l.ư khi thí nghiệm theo sơ đồ “một đường cong” phải là gia số độ lún của tấm nén do việc thấm ướt đất ở cấp áp.

Độ lún ướt tương đối cần tính toán thì tương ứng với áp lực trung bình ở vùng biến dạng. Áp lực trung bình này được tính toán theo công thức:

trong đó:

p là áp lực tại đáy tấm nén, tính bằng megapascan (MPa).

...

...

...

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1 Phạm vi áp dụng

2 Thuật ngữ và định nghĩa

3 Quy định chung

4 Thiết bị và dụng cụ

5 Chuẩn bị thí nghiệm

6 Cách tiến hành

...

...

...

8 Báo cáo kết quả thí nghiệm

Phụ lục A (Quy định) sổ ghi xác định môđun biến dạng tại hiện trường bằng tấm nén phẳng

Phụ lục B (Quy định) Biểu diễn kết quả thí nghiệm đất bằng tấm nén

Phụ lục C (Tham khảo) Thí nghiệm đất lún ướt (đất lún sập)

Phụ lục D (Tham khảo) Xác định lượng nước tiêu hao để thấm ướt đất lún sập ở đáy tấm nén

Phụ lục E (Tham khảo) Xử lý các kết quả thí nghiệm đất lún ướt