TIÊU CHUẨN NGÀNH 14 TCN 127:2002 VỀ ĐẤT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

TIÊU CHUẨN NGÀNH

14 TCN 127:2002

ĐẤT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI –

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

Soils. Methods of laboratory determination of specific weight

1. QUY ĐỊNH CHUNG

1.1. Tiêu chuẩn này qui định các phương pháp xác định khối lượng riêng của đất trong phòng thí nghiệm, dùng cho xây dựng công trình thuỷ lợi.

1.2. Khối lượng riêng của đất, kí hiệu là r_s, đơn vị g/cm³, là khối lượng khô tuyệt đối của một đơn vị thể tích hạt rắn tạo đất, đồng nghĩa với khối lượng thể tích khô của hạt đất.

1.3. Tiêu chuẩn này qui định các phương pháp xác định khối lượng riêng của đất:

– Phương pháp bình tỷ trọng: Áp dụng cho các loại đất hạt cỡ nhỏ hơn 2 mm, các đất chứa ít hơn 10% hàm lượng hạt cỡ lớn hơn 2 mm;

– Phương pháp thùng xiphông: Áp dụng cho các đất có cỡ hạt lớn hơn 2 mm.

Ghi chú: Những đất có hơn 30 đến ít hơn 70% hàm lượng hạt cỡ lớn hơn 2 mm thì phải phối hợp cả hai phương pháp trên. Khối lượng riêng của đất tính theo công thức 1.1:

r_s = 0,01 (r_s1 . P₁ + r_s2 . P₂)                                           (1.1)

Trong đó:

+ – khối lượng riêng của đất, g/cm³;

+ r_s1 và P₁ – khối lượng riêng, g/cm³ và hàm lượng, %, của cỡ hạt nhỏ hơn 2 mm;

+ r_s2 và P₂ – khối lượng riêng, g/cm³ và hàm lượng, %, của cỡ hạt lớn hơn 2 mm.

1.4. Mẫu đất thí nghiệm phải đảm bảo đại biểu thành phần hạt của đất. Mỗi mẫu đất phải thực hiện hai mẫu thử đồng thời trong cùng điều kiện, lấy trị số trung bình, tính toán chính xác đến số lẻ thứ hai sau dấu phẩy.

Ghi chú: Chênh lệch kết quả giữa hai mẫu thử đồng thời không được vượt quá 0,02 đơn vị, nếu không thoả mãn thì phải thí nghiệm mẫu bổ sung.

2. QUY TRÌNH

2.1. Phương pháp bình tỷ trọng

2.1.1. Thiết bị, dụng cụ, vật tư

– Bình tỷ trọng có dung tích vào khoảng 100 cm³, có nút đậy khít (nút có lỗ nhỏ khoảng 0,3 mm ở chính tâm và thông suốt chiều dọc);

– Các cân phân tích có số đọc chính xác đến 0,1 g; 0,01 g và 0,001 g;

– Tủ sấy có khả năng điều chỉnh và duy trì nhiệt độ sấy ở các mức khác nhau trong khoảng từ 50⁰ C đến 110⁰ C; Các phụ kiện để xác định độ ẩm của đất theo 14 TCN 125 – 2002;

– Nhiệt kế có số đo đến 50⁰C, số đọc chính xác đến 0,5 ⁰C;

– Bình hút ẩm có chất hút ẩm Silicagel khan;

– Thiết bị bơm chân không có thùng chân không và ống nối giữa bơm với thùng;

– Cối và chày để nghiền đất;

– Nước cất đã được khử khí;

– Dầu hoả đã được lọc sạch và khử nước;

Ghi chú: Có thể khử nước trong dầu hoả đã lọc sạch bằng cách ngâm Silicagel khan vào dầu hoả với tỷ lệ khoảng 250 g cho một lít dầu hoả.

– Thiết bị đun sôi có khay cát để đặt bình tỷ trọng;

– Các dụng cụ khác: Hộp chia mẫu, phễu thuỷ tinh cuống lọt miệng bình tỷ trọng, chổi lông, muôi xúc đất v.v…

2.1.2. Mẫu thử

Đất áp dụng phương pháp thí nghiệm theo qui định ở Điều 1.3 và 1.4: Mẫu đất đại biểu có khối lượng khô gió khoảng 200 g; Mẫu thử có khối lượng khô tuyệt đối khoảng 15 g từ mẫu đất đại biểu, chuẩn bị theo mục a, b, c Điều 2.1.3.

2.1.3. Các bước tiến hành

a) Rải mỏng mẫu đất lên tấm cao su đã lau sạch, dùng chày gỗ đập nhẹ hoặc lăn, nghiền để làm vụn đất. Nếu đất ẩm quá, thì phơi khô gió thêm ở trong phòng để làm vụn được dễ dàng hơn;

b) Trộn đều đất đã làm vụn, dùng hộp chia mẫu hoặc phương pháp khác thích hợp, lấy ra khoảng 200 g đất đại biểu;

c) Bỏ đất đại biểu đã lấy cho vào cối sứ, dùng chày nghiền nhỏ đất cho lọt hết qua sàng cỡ 2 mm, đựng đất vào khay chứa rồi đặt vào tủ sấy và sấy khô ở nhiệt độ 105⁰C ± 5⁰C đến khối lượng không đổi;

Đem đất đã được sấy khô đặt vào bình hút ẩm để làm nguội đến nhiệt độ trong phòng rồi lấy ra trộn đều lại; Lấy hai mẫu thử, mỗi mẫu 15 g (m₁), chính xác đến 0,01 g;

d) Dùng phễu để cho mẫu đất vào bình tỷ trọng đã súc sạch và sấy khô, dùng chổi lông quét sạch các hạt bụi, hạt sét bám trên mặt phễu cho hết vào bình, không làm rơi vãi hao hụt đất;

e) Chế khoảng 50 cm³ nước cất vào bình đã chứa đất, giữ bình và lắc đều rồi đặt bình lên bếp cát, đun sôi để khử khí trong dịch thể đất. Thời gian đun sôi (kể từ khi bắt đầu sôi) ít nhất là 30 phút – đối với đất cát và đất cát pha, 1 giờ – đối với đất bụi và đất sét; Rồi nhắc bình tỷ trọng chứa dịch thể đất ra để nguội đến nhiệt độ trong phòng;

Ghi chú: Trong thời gian đun sôi dịch thể đất trong bình tỷ trọng, cần thường xuyên theo dõi, không làm sôi mạnh, làm trào hoặc bắn đất ra ngoài bình, nếu khi sôi tạo ra nhiều bọt thì giảm bớt nhiệt độ bếp cát.

g) Khi dịch thể đất trong bình tỷ trọng đã nguội đến nhiệt độ trong phòng và lắng trong, dùng cốc nhỏ có miệng rót, rót từ từ nước cất đã khử khí vào đến tận miệng bình, để yên và chờ cho đến khi lắng trong, rồi lắp nút bình cẩn thận cho khít để nước thừa tràn ra hết theo lỗ ở dọc tâm nút;

h) Dùng khăn khô và sạch, lau khô mặt ngoài bình tỷ trọng, rồi cân khối lượng của bình + đất + nước (m₃), chính xác đến 0,01 g; đo nhiệt độ của nước trong bình tỷ trọng, chính xác đến 0,5⁰C;

i) Đem súc, rửa sạch đất trong bình, rồi đổ nước cất đã khử khí vào đến tận miệng bình, lắp nút bình sao cho khít để nước thừa tràn ra hết theo lỗ ở dọc tâm nút;

k) Dùng khăn khô và sạch, lau khô ngoài bình tỷ trọng, rồi cân khối lượng của bình + nước (m₂), chính xác đến 0,01 g;

2.1.4. Tính toán kết quả

– Khối lượng riêng của đất trong mẫu thử, tính theo công thức 2.1:

Trong đó:

+ r_si – khối lượng riêng của đất trong mẫu thử thứ i, g/cm³;

+ m₁ – khối lượng khô của mẫu đất, g;

+ m₂ – khối lượng của bình + nước, g;

+ m₃ – khối lượng của bình + nước + đất, g;

+ r_n – Khối lượng riêng của nước cất ở nhiệt độ thí nghiệm, g/cm³;

– Khối lượng riêng của đất từ kết quả hai mẫu thử đồng thời có độ chênh lệch nhau trong phạm vi cho phép, tính theo công thức 2.2:

Trong đó:

+ r_s– khối lượng riêng của mẫu đất, g/cm³;

+ r_s1 và r_s2 – khối lượng riêng của đất mẫu thử thứ nhất và mẫu thử thứ hai, g/cm³;

Ghi chú: Nếu đất có chứa hữu cơ thì: Mục c Điều 2.1.3. phải sấy khô đất ở nhiệt độ 65⁰C đến 80⁰C đến khối lượng không đổi (theo 14 TCN 125 – 2002); Mục e Điều 2.1.3. phải dùng dầu hoả đã được lọc sạch và khử nước thay thế nước cất, dùng thiết bị hút chân không tạo áp suất chân không đến khoảng 1 kg/cm² trong thời gian ít nhất là 1 giờ để khử khí trong dịch thể đất; Mục g Điều 2.1.3. phải dùng dầu hoả đã được lọc sạch và khử nước thay thế nước cất; Trong công thức 2.1 thì:

+ m₃ – khối lượng của bình + đất + dầu hoả, g;

+ m₂ – khối lượng của bình + dầu hoả, g;

+ Thay thế khối lượng riêng của nước cất bằng khối lượng riêng của dầu hoả, r_d.

2.2. Phương pháp thùng xiphông

2.2.1. Thiết bị, dụng cụ, vật liệu

– Thùng xiphông, dung tích vào khoảng 5 lít;

– Ống đong, dung tích khoảng 2 lít;

– Cân kỹ thuật cân được đến 10 kg, chính xác đến 1g và cân phân tích, chính xác đến 0,1 g;

– Cối và chày nghiền đất;

– Sàng cỡ 2 mm, cỡ 5 mm, cỡ 20mm , cỡ 40mm;

– Tủ sấy và các phụ kiện kèm theo như Điều 2.1.1.;

– Bình hút ẩm có chất hút ẩm Silicagel khan;

– Thùng ngâm mẫu, dung tích khoảng 5 lít;

– Nước sạch và các dụng cụ khác như nhiệt kế 50⁰C, muôi xúc đất, khay đựng đất, bàn chải mềm, bàn chải cứng v.v…

2.2.2. Mẫu thử

Đất áp dụng phương pháp thí nghiệm này theo qui định ở Điều 1.3. và 1.4. Mẫu thử lấy từ mẫu đất đại biểu chuẩn bị theo Điều 2.2.3, có khối lượng khô khoảng 0,5 kg – đối với đất không có hạt lớn hơn 5 mm; Khoảng 2kg đến 3kg – đối với đất có hạt lớn hơn 20 mm và khoảng 4 đến 5kg – đối với đất có cỡ hạt lớn hơn 40 mm;

2.2.3. Các bước tiến hành

a) Rải mỏng mẫu đất đại biểu lên tấm cao su đã được lau sạch, dùng chày gỗ đập nhẹ, lăn, nghiền để làm vụn rời đất; Dùng bàn chải cứng để chải các hạt mịn bám trên bề mặt các hạt to. Nếu đất ẩm, phơi khô gió ở trong phòng để dễ làm phân tán.

b) Trình tự sàng đất đã được làm phân tán qua các sàng từ cỡ 40 đến 2 mm; Đối với đất có chứa nhiều hạt bụi và hạt sét, dùng cối sứ và chày để nghiền rời thêm cho phần hạt lọt sàng 5 mm, đảm bảo sau khi sàng thì cơ bản không còn các hạt cát, hạt bụi và hạt sét lưu lại trên sàng 2 mm;

c) Gom tất cả đất hạt lọt sàng 2 mm vào một khay chứa riêng; Gom tất cả đất hạt trên sàng 2 mm vào thùng ngâm, rồi đổ nước sạch (nước máy hoặc nước mưa) vào ngập đất, ngâm đất trong thời gian khoảng 30 phút, dùng que khuấy đảo đất để làm bong các hạt bụi, hạt sét còn bám dính trên bề mặt các hạt sỏi, cuội;

d) Đặt sàng cỡ 2 mm lên thùng chứa đã được rửa sạch, dùng muôi xúc từng ít một đất trong thùng ngâm cho vào sàng, và dùng bình tia nước sạch để rửa các hạt bụi trong đất cho lọt hết qua sàng vào thùng chứa. Cuối cùng, tia rửa toàn bộ đất và nước trong thùng ngâm qua sàng cho vào thùng chứa;

e) Đem toàn bộ đất hạt trên sàng 2 mm đã được rửa sạch phơi khô gió. Chờ cho các hạt mịn trong thùng chứa lắng xuống, gạn đổ phần nước trong ở bên trên, cho phần dịch thể có hạt mịn lắng đọng vào khay làm bốc hơi;

g) Đem toàn bộ đất hạt trên sàng 2 mm, phần đất hạt lọt sàng 2 mm và đất hạt mịn trong khay bốc hơi để vào tủ sấy, sấy khô ở nhiệt độ 105⁰C ± 5⁰C đến khối lượng không đổi (theo 14 TCN 125 – 2002), rồi tắt tủ sấy và lấy đất ra cho vào bình hút ẩm làm nguội đến nhiệt độ trong phòng (có thể để nguội đất hạt lớn hơn 2 mm ở trong tủ sấy);

h) Khi đất đã nguội, dùng cân thích hợp để cân khối lượng khô của phần đất hạt lớn hơn 2 mm, của phần đất hạt nhỏ hơn 2 mm cùng với phần hạt mịn ở đĩa bốc hơi;

i) Tính hàm lượng của phần đất hạt lớn hơn 2 mm, theo công thức 2.3:

                                           (2.3)

Trong đó:

+ P_s – phần trăm khối lượng của cỡ hạt lớn hơn 2 mm;

+ m₁ – khối lượng khô của cỡ hạt lớn hơn 2 mm, g;

+ m₂ – khối lượng khô của cỡ hạt nhỏ hơn 2 mm, g;

+ m­₃ – khối lượng khô của cỡ hạt bụi và hạt sét ở đĩa bốc hơi, g;

Ghi chú: Theo mục k Điều 2.2.3., lấy mẫu thử của đất hạt lớn hơn 2 mm; Nếu hàm lượng hạt lớn hơn 2 mm ít hơn 90% thì phải đồng thời lấy mẫu xác định khối lượng riêng của đất hạt nhỏ hơn 2 mm theo Điều 2.1.3 và 2.1.4.

k) Trộn đều đất hạt lớn hơn 2 mm, theo phương pháp chia tư hoặc chia đôi, lấy hai mẫu thử đồng thời có khối lượng khô (m₁) theo qui định ở Điều 2.2.2, cân chính xác đến 1 g, rồi cho mẫu thử vào thùng hoặc chậu chứa nước sạch để ngâm bão hoà khoảng 24 giờ. Trong thời gian ngâm mẫu, dùng que khuấy, khuấy đất ba đến năm lần để đuổi bọt khí thoát ra, mỗi lần khuấy khoảng năm phút;

l) Rửa sạch thùng xi phông, đặt cố định lên bàn cứng, phẳng ngang, kẹp chặt ống xi phông, đổ nước sạch vào ngập quá ống xiphông khoảng 5 cm, chờ cho nước trong thùng lặng yên, mở kẹp ống xiphông cho nước thừa trên mức xi phông chảy hết ra ngoài rồi kẹp chặt ống xiphông lại;

m) Rửa sạch ống đong, lau khô, cân khối lượng của nó (m₂) chính xác đến 1 g, rồi đặt nó vào dưới ống xi phông. Vớt hết đất đã được ngâm bão hoà ra, nhanh chóng dùng khăn sạch và khô thấm khô mặt ngoài của hạt, rồi cân khối lượng (m₃) chính xác đến 1 g. Cân xong lập tức cho đất vào thùng xiphông đã chứa nước ở mức chuẩn, không làm bắn nước ra ngoài, dùng đũa khuấy để làm tan bọt khí và thoát ra hết. Chờ cho mặt nước yên lặng, mở kẹp ống xi phông để phần nước mà hạt đất chiếm chỗ chảy theo ống xi phông vào ống đong. Khi nước ngừng chảy hoàn toàn, kẹp ống xi phông lại, đem cân khối lượng của ống đong và nước trong đó (m₄), chính xác đến 1 g, đồng thời đo nhiệt độ của nước chính xác đến 0,5⁰C.

2.2.4. Tính toán kết quả

– Khối lượng riêng của đất ở mỗi mẫu thử, tính theo công thức 2.4.

(2.4)

Trong đó:

+ r_si – khối lượng riêng của đất ở mẫu thử thứ i, g/cm³;

+ m₁ – khối lượng khô của mẫu thử, g;

+ m₂ – khối lượng của ống đong, g;

+ m₃ – khối lượng của mẫu thử sau khi được ngâm bão hoà nước, g;

+ m₄ – khối lượng của ống đong và nước từ thùng xiphông chảy ra, g;

+ r_n – khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ thí nghiệm; g/cm³.

– Tính trị số khối lượng riêng của đất từ kết quả hai mẫu thử đồng thời, có độ chênh lệch nhau trong phạm vi cho phép, theo công thức 2.2.

Ghi chú: Nếu mẫu đất có hàm lượng hạt lớn hơn 2 mm ít hơn 90% thì phải xác định khối lượng riêng của hạt đất cỡ nhỏ hơn 2 mm; Tính khối lượng riêng của đất từ khối lượng riêng, hàm lượng của đất hạt lớn hơn 2 mm và của đất hạt nhỏ hơn 2 mm theo công thức 1.1.

3. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Phải đảm bảo kết quả thí nghiệm được tiến hành phù hợp với tiêu chuẩn, bao gồm các thông tin chủ yếu sau:

– Tên công trình, hạng mục công trình, số liệu hố khảo sát và độ sâu lấy mẫu;

– Số hiệu mẫu đất;

– Số hiệu mẫu thí nghiệm;

– Đặc điểm mẫu đất, phần trăm cỡ hạt lớn hơn 2 mm và % hạt cỡ nhỏ hơn 2 mm;

– Phương pháp thí nghiệm áp dụng;

– Khối lượng riêng của đất.

PHỤ LỤC A

CÁC BIỂU MẪU GHI CHÉP THÍ NGHIỆM KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA ĐẤT

Bảng A.1. Bảng ghi chép thí nghiệm bằng phương pháp bình tỷ trọng

Bảng A.2. Bảng ghi chép thí nghiệm bằng phương pháp thùng xi phông

Ngày thí nghiệm: ………….

PHỤ LỤC B

HIỆU CHỈNH BÌNH TỶ TRỌNG

Nên hiệu chỉnh trước bình tỷ trọng để thuận tiện trong thí nghiệm. Nội dung hiệu chỉnh là đánh số bình, súc sạch bình, sấy khô bình rồi cân khối lượng của bình, khối lượng của bình chứa đầy nước cất ở các nhiệt độ khác nhau, ghi kết quả này vào bảng B.1 để tra cứu.

Bảng B.1. Bảng ghi chép hiệu chỉnh bình tỷ trọng

Bảng B.2. Bảng tra cứu khối lượng riêng của nước cất ở các nhiệt độ khác nhau