Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 146:2005 về đất xây dựng công trình thủy lợi - Phương pháp thí nghiệm trong phòng để xác định góc nghỉ tự nhiên của đất rời

 

TIÊU CHUẨN NGÀNH

14 TCN 146 - 2005

 

ĐẤT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI - PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG ĐỂ XÁC ĐỊNH GÓC NGHỈ TỰ NHIÊN CỦA ĐẤT RỜI Soils. Laboratory methods for determination the angle of natural repose of cohesionless soils

 

 

 

 

 

1.            QUY ĐỊNH CHUNG

1.1.         Tiêu chuẩn này quy định phương pháp thí nghiệm trong phòng để xác định góc nghỉ tự nhiên của đất rời (cát và sỏi sạn hạt nhỏ hơn 5 mm, có lượng chứa hạt bụi và hạt sét < 10%, ở trạng thái khô hoặc ngâm trong nước), dùng cho xây dựng công trình thuỷ lợi.

              Ghi chú: Đối với cát và sỏi sạn có chứa ³ 10% khối lượng hạt lớn hơn 5 mm, hay cuội dăm, thì phải tiến hành thí nghiệm tại hiện trường theo phụ lục C .

1.2.         Thuật ngữ sử dụng trong tiêu chuẩn

              Góc nghỉ tự nhiên của đất rời là góc nghiêng giới hạn của mái dốc của đất rời khi kết cấu xốp nhất ở trạng thái khô hoặc ngâm trong nước, ký hiệu là a, biểu thị bằng độ.

1.3.         Phương pháp thí nghiệm

Dùng phương pháp "nón đất" để xác định góc nghỉ tự nhiên của đất rời ở trong phòng thí nghiệm: đổ đất rời lên mâm tròn có đường kính chuẩn đặt trên mặt phẳng ngang; từ nón đất được tạo thành trong điều kiện thí nghiệm đất khô hoặc đất bị ngâm chìm trong nước, xác định được góc nghỉ tự nhiên tương ứng của đất.

              Ghi chú: Phương pháp hộp cát xác định góc nghỉ tự nhiên của cát, sỏi, do bị ảnh hưởng của ma sát thành hộp nên chỉ áp dụng tham khảo.

1.4.         Xác định góc nghỉ tự nhiên với mỗi trạng thái của đất rời, cần tiến hành hai mẫu thử đồng thời, lấy kết quả trung bình khi kết quả chênh lệch nhau không quá 2 độ, nếu quá thì phải thí nghiệm mẫu bổ sung.

1.5.         Mẫu đất dùng thí nghiệm phải đảm bảo yêu cầu về chất lượng và khối lượng theo tiêu chuẩn 14 TCN 124 - 2002.

2.            THIẾT BỊ, DỤNG CỤ

2.1.         Thiết bị đo góc nghỉ tự nhiên của đất rời được mô tả khái quát ở hình A.1 phụ lục A, gồm các bộ phận chính sau:

Bàn đế (1) bằng thép, có bề mặt bằng phẳng và có các ốc để điều chỉnh cho bề mặt nằm ngang, trên bàn đế có lắp tời (4) có thể kéo mâm (2) lên thẳng đứng. Mâm tròn (2) bằng thép tấm, dày 3 đến 5 mm, bề mặt bằng phẳng, có đường kính chuẩn phù hợp với cỡ hạt lớn nhất của đất (mâm có đường kính: 10 cm dùng thí nghiệm cho cát không chứa sỏi sạn; 20 cm dùng thí nghiệm cho cát có chứa sỏi sạn hạt nhỏ hơn 5 mm và cho sỏi sạn hạt nhỏ hơn 5 mm), ở tâm của mâm được gắn chặt cọc (3) bằng thép, thẳng đứng, đường kính khoảng 3 - 5 mm, được khắc vạch chia đều mm, lấy mốc số 0 tại điểm tiếp xúc với bề mặt mâm tròn, đầu trên của cọc thép này có móc để móc vào dây kéo của tời (4) được lắp đặt trên đế.   

2.2.         Thùng chứa nước có đường kính đáy khoảng 30 ¸ 40 cm, chiều cao khoảng 25 - 30 cm;

2.3.         Các dụng cụ khác như: sàng lỗ 2 mm và 5 mm, các khay đựng đất, chày gỗ tròn, cối và chày bằng sứ hoặc thủy tinh, đầu chày bọc cao su; nước sạch đã được khử khoáng hoặc nước máy; muôi xúc đất; ê ke v.v...

3.            QUY TRÌNH

3.1.         Chuẩn bị và hiệu chuẩn thiết bị

3.1.1.      Lau sạch mâm chất mẫu (2) và kiểm tra cọc (3), đảm bảo cọc thẳng đứng;

3.1.2.      Lau sạch mặt đế (1) rồi đặt lên mặt bàn bằng phẳng và điều chỉnh các ốc vít cho mặt đế nằm ngang;

3.1.3.      Móc dây kéo của tời (4) vào đầu cọc (3) của mâm chất mẫu (2), sau đó đặt thẳng đứng mâm chất mẫu lên mặt đế. 

3.2.         Chuẩn bị mẫu đất thí nghiệm

3.2.1.      Phơi khô kiệt mẫu đất dùng thí nghiệm rồi dùng chày gỗ hoặc dụng cụ thích hợp để nghiền rời đất;

3.2.2.      Tùy loại đất, sàng đất qua sàng lỗ 2 mm hoặc sàng lỗ 5 mm, để loại bỏ (dưới 10% hàm lượng) các hạt to quá quy định có trong đất theo quy định ở điều 1.1;

3.2.3.      Trộn thật đều đất đã qua sàng, sau đó đồng thời lấy ra hai mẫu đại biểu để thí nghiệm, mỗi mẫu có khối lượng khoảng 1kg (đối với đất không có hạt lớn hơn 2 mm), khoảng 2 kg (đối với đất có hạt lớn hơn 2 mm). Đựng đất mỗi mẫu vào từng khay riêng và trộn thật đều, rồi dàn phẳng, không đánh đống để tránh phân tách các cỡ hạt.

3.3.         Thí nghiệm

3.3.1.      Thí nghiệm góc nghỉ tự nhiên của đất rời ở trạng thái khô

3.3.1.1.   Dùng muôi xúc từng phần mẫu đất thí nghiệm và từ từ nghiêng đổ đất nhẹ nhàng vào xung quanh cọc thép (3), độ cao đổ đất từ đầu đến cuối khống chế ở mức cách mặt mẫu đất khoảng 1 cm; cứ thế tiếp tục cho đến khi đất tràn ra khắp xung quanh viền ngoài của mâm (2) thì thôi;

3.3.1.2.   Từ từ quay tời để nhắc mâm chất mẫu (2) lên cho đến khi mâm rời khỏi đất còn lại trên bàn đế;

3.3.1.3.   Đọc và ghi lại số đo trên cọc thép (3) ở chỗ tiếp xúc giữa cọc và đỉnh hình chóp nón của đất. Thu gom toàn bộ mẫu thử cho vào khay và trộn đều lại để sử dụng cho thí nghiệm góc nghỉ của đất rời khi ngâm trong nước;

3.3.1.4.   Lặp lại từ 3.3.1.1. đến 3.3.1.3. đối với mẫu thử thứ hai.

3.3.2.      Thí nghiệm góc nghỉ tự nhiên của đất rời khi ngâm trong nước.

3.3.2.1.   Khi thí nghiệm góc nghỉ tự nhiên của đất rời ngâm trong nước, trước hết tiến hành đổ đất khô vào mâm chất mẫu theo điều 3.3.1.1 đến 3.3.1.2. Sau đó, đặt bàn tròn chứa mẫu rất từ từ vào thùng nước. Sau khi toàn bộ mẫu được dìm vào trong nước thì ngừng hạ mâm chứa mẫu, đợi cho đến khi mẫu đất hoàn toàn bão hòa, không còn bọt khí thoát ra nữa. Sau đó, từ từ quay tời để nâng bàn tròn lên. Khi đỉnh nón đất lộ ra ngoài mặt nước thì đọc và ghi lại số đo trên cọc thép (3) ở chỗ tiếp xúc giữa cọc và đỉnh chóp nón của đất. Làm vệ sinh dụng cụ và chuẩn bị cho mẫu thử thứ hai;

3.3.2.2.   Lặp lại như 3.3.2.1 đối với mẫu thử thứ hai.

4.            TÍNH KẾT QUẢ

4.1.         Góc nghỉ tự nhiên của đất rời ở trạng thái khô của từng mẫu thử được tính theo công thức 1:

      

Trong đó:      

tga­_K - tang góc nghỉ tự nhiên của đất rời ở trạng thái khô, biểu thị chính xác đến bốn con số đứng sau dấu phẩy;

              h - chiều cao của nón đất (trị trung bình các số đọc từ các phía của đỉnh nón) với đất ở trạng thái khô, mm;

              d - đường kính của mâm chất mẫu (2), mm. 

              Từ trị số tga_K , tra được góc nghỉ a_K, biểu thị chính xác đến phút.

              Tính trị trung bình góc nghỉ tự nhiên của đất rời ở trạng thái khô tga_k.tb, từ kết quả các mẫu thử, làm tròn giá trị và biểu thị bằng độ.

4.2.         Góc nghỉ tự nhiên của đất rời ở trạng thái ngâm trong nước của từng mẫu thử được tính theo công thức 1:

Trong đó:         

tga­_ư - tang góc nghỉ tự nhiên của đất rời khi bị ngâm trong nước, biểu thị chính xác đến bốn con số đứng sau dấu phẩy;

              h' - chiều cao của nón đất rời khi ngâm trong nước (trị trung bình các số đọc từ các phía của đỉnh nón), mm.

              d - đường kính của mâm chất mẫu (2), mm.   

              Từ trị số tga_ư , tra được góc nghỉ tự nhiên của đất rời ở trạng thái ngâm trong nước a_ư, biểu thị chính xác đến phút.

              Tinh trị trung bình góc nghỉ tự nhiên của đất rời khi ngâm trong nước a_ưtb từ kết quả của các mẫu thử, làm tròn giá trị và biểu thị bằng độ.

 

5.            BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

              Phải đảm bảo thí nghiệm tiến hành phù hợp với tiêu chuẩn này và gồm các thông tin sau:

-     Tên công trình, hạng mục công trình;

-          Số hiệu mẫu đất và vị trí lấy mẫu;

-          Số hiệu mẫu thí nghiệm;

-          Phương pháp thí nghiệm;

-          Đặc điểm thành phần hạt của đất;

-          Trị số góc nghỉ tự nhiên của đất rời ở trạng thái khô, a_Ktb (độ);

-          Trị số góc nghỉ tự nhiên của đất rời khi ngâm trong nước, a_ưtb (độ);

-          Các thông tin khác có liên quan.

 

Phụ lục A

MÔ TẢ THIẾT BỊ ĐO GÓC NGHỈ TỰ NHIÊN CỦA ĐẤT RỜI

THEO PHƯƠNG PHÁP NÓN ĐẤT

 

 

 

 

Phụ lục B

BẢNG GHI THÍ NGHIỆM GÓC NGHỈ TỰ NHIÊN CỦA ĐẤT RỜI

 

 

Công trình………………….. Hạng mục công trình: .................................................................

Số hiệu mẫu đất và vị trí lấy mẫu: ........................................................................................

Số hiệu mẫu thí nghiệm: ......................................................................................................

Phương pháp thí nghiệm áp dụng: …………………. Đường kính mâm tròn chất mẫu …………………… mm.

 

Mẫu thí nghiệm số …..	Góc nghỉ tự nhiên của đất ở trạng thái khô			Góc nghỉ tự nhiên của đất khi ngâm trong nước			Ghi chú
	Chiều cao đỉnh nón đất (mm)	Góc nghỉ aK (độ)	Trị số bình quân    aktb (độ)	Chiều cao đỉnh nón đất (mm)	Góc nghỉ aư (độ)	Trị số bình quân  aưtb (độ)
1
2

 

Ngày …… tháng ….. năm ………

Người thí nghiệm: ……………………….

Người kiểm tra: ………………………….

Phụ lục C

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GÓC NGHỈ TỰ NHIÊN

CỦA ĐẤT RỜI Ở HIỆN TRƯỜNG

 

 

C.1.        Quy định chung

C.1.1.      Phụ lục này được áp dụng để xác định góc nghỉ tự nhiên của đất rời (các loại đất hạt thô không có tính dính, lượng chứa hạt bụi và hạt sét dưới 10%, thuộc đất cát chứa sỏi sạn hạt lớn hơn 5 mm và đất sỏi sạn có nhiều hạt lớn hơn 5 mm), ở trạng thái khô tại hiện trường.          

C.1.2.      Thuật ngữ: như điều 1.2.

C.1.3.      Phương pháp thí nghiệm

              Áp dụng phương pháp nón đất với nguyên tắc là: đổ đất rời theo quy trình ở phần C.3, sao cho tạo thành nón đất cân đối trên nền phẳng ngang. Từ kích thước đường kính của đáy nón và chiều cao của nón đất được xác định, tính ra góc nghỉ tự nhiên a_K của đất.

C.1.4.      Đối với mỗi mẫu đất, phải thí nghiệm hai mẫu đại biểu đồng thời, lấy kết quả trung bình theo điều 1.4.

C.2.        Thiết bị, dụng cụ  

-          Thước thẳng dài khoảng 1,5m, có khắc vạch chia đều 5 mm;

-          Thước thợ (thước góc vuông);

-          Cọc bằng thép tròn, thẳng, dài khoảng 1,2 - 1,5m, khắc vạch chia đều 5 mm;

-          Ni vô;

-          Chày gỗ tròn;

-          Cuốc, xẻng.

C.3.        Quy trình

C.3.1.      Chuẩn bị mẫu đất

              Lấy đất đại biểu đủ khối lượng dùng thí nghiệm, đem phơi khô rồi dùng chày gỗ để lăn nghiền làm rời vụn đất, trộn đều và dàn đều ra, không đánh đống để tránh cho đất không bị phân tách các cỡ hạt;

C.3.2.      Chuẩn bị sân thí nghiệm

              Dùng cuốc, xẻng san bằng khoảnh đất hình tròn đường kính phù hợp với cỡ hạt lớn nhất của đất để làm sân thí nghiệm, dùng ni vô kiểm tra độ phẳng ngang của mặt đất. Sau đó vạch vòng tròn có đường kính phù hợp lên mặt đất. Cắm chắc thước thép tròn vào tâm vòng tròn, sao cho thẳng đứng và vạch khắc số 0 cm ngang với mặt đất.

              Ghi chú: Độ lớn đường kính khoảng đất hình tròn dùng làm sân thí nghiệm tỷ lệ thuận với đường kính hạt lớn nhất của đất, được lấy theo bảng dưới đây:

 

 

Đường kính hạt lớn nhất trong mẫu đất thí nghiệm (mm)	Đường kính sân thí nghiệm (cm)
10	50
20	100
30	150
40	200
50	250
60	300
80	350

 

C.3.3.      Thử nghiệm và đo đạc

C.3.3.1.   Dùng xẻng hoặc dụng cụ thích hợp, xúc đất từ từ đổ đều từng lớp từ độ cao không quá 2 cm vào xung quanh cọc ở tâm sân cho đến khi tạo thành nón đất có đường kính đáy (từ các phía) vừa đúng với vòng tròn đã vạch, đọc số đo chiều cao của nón đất trên thước thép ở tâm từ 3 đến 4 phía, lấy trị số bình quân để tính góc nghỉ tự nhiên của đất, rồi thu dọn sạch sẽ sân để tiến hành thử mẫu thứ hai.

C.3.3.2.   Lặp lại như C.3.3.1. đối với mẫu thử thứ 2.

C.4.        Tính kết quả

C.4.1.      Góc nghỉ tự nhiên của đất mỗi mẫu thử, tính theo công thức C.1:

           

              Trong đó:

h - chiều cao nón đất, trị trung bình số đọc từ 3 ¸ 4 phía của đỉnh nón đất, cm;  

              d - đường kính đáy nón đất, cm;

              tga_K - tang góc nghỉ tự nhiên của mẫu thí nghiệm.

              Từ trị số tga, tra góc a_K, biểu thị chính xác đến phút.

C.4.2.      Tính trị số trung bình của góc nghỉ tự nhiên của đất từ kết quả 2 mẫu thử, làm tròn giá trị và biểu thị bằng độ.

C.5.        Báo cáo thí nghiệm

              Phải đảm bảo thí nghiệm tiến hành theo quy định của phụ lục C và gồm các thông tin sau:

-          Tên công trình, hạng mục công trình;

-          Số hiệu mẫu đất và vị trí lấy mẫu;

-          Số hiệu mẫu thí nghiệm;

-          Phương pháp thí nghiệm;

-          Đặc điểm thành phần hạt của đất;

- Trị số góc nghỉ tự nhiên của đất rời ở trạng thái khô, a_K (độ);

- Các thông tin khác có liên quan.