TCVN 12790:2020 : Quy Trình Đầm Nén Đất, Đá Dăm Trong Phòng Thí Nghiệm

TCVN 12790:2020 – Tiêu chuẩn này quy định trình tự thí nghiệm xác định quan hệ giữa độ ẩm đầm nén và khối lượng thể tích khô của vật liệu đất, đá dăm và các loại vật liệu phù hợp khác như đất gia cố, cấp phối đá dăm gia cố cấp phối thiên nhiên.. dùng trong công trình giao thông.

1. Các phương pháp đầm nén được áp dụng :

I.1.  Đầm nén Proctor tiêu chuẩn có bốn phương pháp đầm nén:

– Phương pháp I-A: dùng cối nhỏ đường kính 101,60 mm. Vật liệu đầm nén lọt sàng 4,75 mm;

– Phương pháp I-B: dùng cối lớn đường kính 152,40 mm. Vật liệu đầm nén lọt sàng 4,75 mm;

– Phương pháp I-C: dùng cối nhỏ đường kính 101,60 mm. Vật liệu đầm nén lọt sàng 19,0 mm;

– Phương pháp I-D: dùng cối lớn đường kính 152,40 mm. Vật liệu đầm nén lọt sàng 19,0 mm.

I.2.  Đầm nén Proctor cải tiến có bốn phương pháp đầm nén:

– Phương pháp II-A: dùng cối nhỏ đường kính 101,60 mm. Vật liệu đầm nén lọt sàng 4,75 mm;

– Phương pháp II-B: dùng cối lớn đường kính 152,40 mm. Vật liệu đầm nén lọt sàng 4,75 mm;

– Phương pháp II-C: dùng cối nhỏ đường kính 101,60 mm. Vật liệu đầm nén lọt sàng 19,0 mm;

– Phương pháp II-D: dùng cối lớn đường kính 152,40 mm. Vật liệu đầm nén lọt sàng 19,0 mm.

I.3. Phương pháp đầm nén áp dụng được quy định cụ thể trong chỉ dẫn kỹ thuật của dự án hoặc quy trình thi công và nghiệm thu đối với vật liệu sử dụng. Nếu không quy định cụ thể thì áp dụng phương pháp I-A với đầm nén Proctor tiêu chuẩn, II-A với đầm nén Proctor cải tiến.

I.4. Phương pháp I-A, I-B, II-A, II-B áp dụng đối với vật liệu có lượng hạt trên sàng 4,75 mm không quá 40 %. Phương pháp I-C, I-D, II-C, II-D áp dụng đối với vật liệu có lượng hạt trên sàng 19,0 mm không quá 30 %. Vật liệu nằm trên trên sàng 4,75 mm tương ứng với phương pháp I-A, I-B, II-A, II-B và 19,0 mm tương ứng với phương pháp I-C, I-D, II-C, II-D gọi là hạt quá cỡ.

I.5. Khi vật liệu có chứa lượng hạt quá cỡ, kết quả đầm nén được hiệu chỉnh theo hướng dẫn tại Phụ lục A. Nếu không có quy định cụ thể khác trong chỉ dẫn kỹ thuật của dự án hoặc quy trình thi công và nghiệm thu đối với vật liệu sử dụng, vật liệu có chứa hạt quá cỡ không quá 5 % thì không cần hiệu chỉnh

I.6. Thông số kỹ thuật đầm nén Proctor tiêu chuẩn được nêu tại Bảng 1.

Bảng 1 – Các thông số kỹ thuật đầm nén Proctor tiêu chuẩn

4.2.7 Thông số kỹ thuật đầm nén Proctor cải tiến được nêu tại Bảng 2.

Bảng 2 – Các thông số kỹ thuật đầm nén Proctor cải tiến

    II.Chuẩn bị mẫu cần cho thí nghiệm đầm nén:

II.1 Làm khô mẫu: nếu mẫu ẩm ướt, cần phải làm khô mẫu bằng cách phơi ngoài không khí hoặc cho vào trong tủ sấy, duy trì nhiệt độ trong tủ sấy không quá 60 °C cho đến khi có thể làm tơi vật liệu. Dùng vồ gỗ đập nhẹ để làm tơi vật liệu, dùng chày cao su nghiền các hạt nhỏ để tránh làm thay đổi thành phần hạt cấp phối tự nhiên của mẫu.

II.2 Sàng mẫu: sàng vật liệu để loại bỏ hạt quá cỡ trên sàng (nếu có):

– Phương pháp I-A, I-B, II-A, II-B: sử dụng sàng 4,75 mm

– Phương pháp I-C, I-D, II-C, II-D: sử dụng sàng 19,0 mm

II.3 Khối lượng mẫu cần thiết: khối lượng tối thiểu vật liệu chế bị mẫu sau khi sàng hạt quá cỡ đối với các phương pháp đầm nén như sau:

– Phương pháp I-A, II-A, I-C, II-C: 15 kg (3 kg x 5 cối);

– Phương pháp I-B, II-B, I-D, II-D: 35 kg (7 kg x 5 cối);

II.4 Tạo ẩm cho mẫu: lấy vật liệu được nêu trong 6.3 chia thành năm phần tương đương nhau. Mỗi phần mẫu được trộn đều với một lượng nước thích hợp để được loạt mẫu có độ ẩm cách nhau một khoảng nhất định sao cho giá trị độ ẩm đầm chặt tốt nhất tìm được sau khi thí nghiệm nằm trong khoảng giữa của năm giá trị độ ẩm tạo mẫu. Đánh số mẫu vật liệu từ 1 đến 5 theo thứ tự độ ẩm mẫu tăng dần. Cho các phần mẫu đã trộn ẩm vào thùng kín để ủ mẫu, với thời gian ủ mẫu là 12 h. Đối với vật liệu rời, không chứa hạt sét như đá dăm cấp phối, cát.., thời gian ủ mẫu là 04 h.

CHÚ THÍCH 1: Việc chọn giá trị độ ẩm tạo mẫu đầu tiên và khoảng độ ẩm giữa các mẫu tham khảo như sau:

– Với đất loại cát: bắt đầu từ độ ẩm 5%, khoảng độ ẩm giữa các mẫu từ 1% đến 2%;

– Với đất loại sét pha: bắt đầu từ độ ẩm 8%, khoảng độ ẩm giữa các mẫu từ 1,5 % đến 2,5 %;

– Với đất sét: bắt đầu từ độ ẩm 10%, khoảng độ ẩm giữa các mẫu hoặc từ 2,5 % đến 4%.

– Với đá dăm cáp phối: bắt đầu từ độ ẩm 1,5%, khoảng độ ẩm giữa các mẫu từ 1% đến 1,5%.

CHÚ THÍCH 2: Có thể xác định độ ẩm tạo mẫu thứ 3 trước bằng kinh nghiệm, đây là độ ẩm gần sát với độ ẩm tốt nhất. Vật liệu với độ ẩm tốt nhất sau khi được nắm chặt lại trong lòng bàn tay sẽ giữ nguyên hình dạng, không bị vỡ rời ra khi mở lòng bàn tay, khi bẻ nhẹ sẽ vỡ gọn làm đôi; Mẫu có độ ẩm lớn hơn độ ẩm tối ưu sẽ dính ướt; mẫu có độ ẩm thấp hơn độ ẩm tối ưu sẽ bở, vỡ. Từ độ ẩm tạo mẫu thứ 3, lựa chọn độ ẩm chế bị 04 mẫu còn lại với khoảng độ ẩm nêu tại CHÚ THÍCH 1

III.Đầm mẫu:

      III.1. Chuẩn bị dụng cụ và chọn các thông số đầm nén: căn cứ phương pháp đầm nén quy định, chuẩn bị dụng cụ và lựa chọn các thông số đầm nén nêu tại Bảng 1 và Bảng 2.

     III.2. Trình tự đầm mẫu: loạt mẫu đã chuẩn bị theo 6.4 sẽ được đầm lần lượt từ mẫu có độ ẩm thấp nhất cho đến mẫu có độ ẩm cao nhất.

   III.3.  Chiều dày mỗi lớp và tổng chiều dày sau khi đầm: căn cứ số lớp đầm quy định theo phương pháp đầm nén để điều chỉnh lượng vật liệu dầm mỗi lớp cho phù hợp sao cho chiều dày của mỗi lớp sau khi đầm tương đương nhau và tổng chiều dày của mẫu sau khi đầm cao hơn cối đầm khoảng 10 mm.

   III.4.  Đầm cối thứ nhất tiến hành với mẫu có độ ẩm thấp nhất theo trình tự sau:

   III.4.1. Lắp cối chặt khít với đế cối. Cân xác định khối lượng cối và đế cối (M) chính xác đến 1 g.

   III.4.2. Đầm lớp thứ nhất: Lắp đai cối và đặt cối tại vị trí có mặt phẳng chắc chắn, không chuyển vị trong quá trình đầm. Cho một phần mẫu có khối lượng phù hợp vào cối, dàn đều mẫu và làm chặt sơ bộ bằng cách lấy chày đầm hoặc dụng cụ nào đó có đường kính khoảng 50 mm đầm nhẹ đều khắp mặt mẫu cho đến khi vật liệu không còn rời rạc và mặt mẫu phẳng. Khi đầm mẫu chính thức, phải để cho chày đầm rơi tự do và dịch chuyển chày sau mỗi lần đầm nhằm phân bổ các cú đầm đều khắp mặt mẫu (Hình 3, Hình 4). Sau khi đầm xong với số chày quy định, nếu có phần vật liệu bám trên thành cối hoặc nhô lên trên bề mặt mẫu thì phải lấy dao cạo đi và rải đều trên mặt lớp đầm trước khi bổ sung vật liệu để đầm các lớp tiếp theo.

   III.4.3. Đầm các lớp tiếp theo: lặp lại quá trình như quy định trong III.4.2.

   III.4.4. Sau khi đầm xong, tháo đai cối ra và làm phẳng mặt mẫu bằng thanh thép gạt sao cho bề mặt mẫu cao ngang với mặt trên của cối. Cân xác định khối lượng của cối, đế cối và mẫu đã đầm nằm trong cối (M₁) chính xác đến 1 g.

   III.4.5. Lấy mẫu xác định độ ẩm: đẩy mẫu ra khỏi cối và lấy một lượng vật liệu đại diện (xem Bảng 1, Bảng 2) ở phần giữa khối đất, cho vào hộp giữ ẩm, sấy khô để xác định độ ẩm. Đối với vật liệu thoát nước tốt như cát, cuội sỏi, đá dăm.., sau khi đầm mẫu nếu có hiện tượng rỉ nước tại đáy cối, tiến hành lấy mẫu vật liệu rời (ở chảo trộn) trước khi đầm để xác định độ ẩm.

   III.5. Đầm các cối tiếp theo:

   III.5.1. Lặp lại quá trình như quy định trong 7.4 đối với các mẫu vật liệu có độ ẩm khác nhau (theo thứ tự độ ẩm mẫu tăng dần) cho đến khi hết loạt năm mẫu.

   III.5.2. Quá trình đầm sẽ kết thúc khi giá trị khối lượng thể tích ướt (γ_max) của mẫu giảm hoặc không tăng nữa và có tối thiểu hai mẫu đầm có độ ẩm lớn hơn độ ẩm tốt nhất. Thông thường, thí nghiệm đầm nén được tiến hành với năm cối đầm. Trường hợp khối lượng thể tích ướt (γ_max) của vật liệu cối đầm thứ năm vẫn tăng thì phải tiến hành đầm chặt thêm với cối thứ sáu và các cối tiếp theo.

   III.5.3. Trường hợp cần bổ sung mẫu đầm, nếu mẫu vật liệu không bị thay đổi cấp phối một cách đáng kể (thường là mẫu đất) thì có thể sử dụng lại mẫu sau khi đầm. Việc đầm nén lại mẫu được tiến hành như sau:

– Sau khi đầm xong, đập tơi mẫu và trộn thêm một lượng nước thích hợp. Ủ mẫu với thời gian ít nhất là 15 min.

– Tiến hành đầm mẫu như quy định trong III.4.

1. Các yêu cầu về thiết bị, dụng cụ :

   1 Cối đầm

   1.1 Có hai loại cối đầm, cối nhỏ và cối lớn. Cối đầm được chế tạo bằng kim loại, hình trụ rỗng, có kích thước như quy định trong 5.1.2 và 5.1.3. Trên cối có lắp một đai cối cao khoảng 60 mm để việc đầm mẫu được dễ dàng hơn. Đai cối bằng kim loại hình trụ rỗng, có đường kính trong bằng đường kính trong của cối. Cối cùng với đai có thể lắp chặt khít vào với đế cối. Đế cối được chế tạo bằng kim loại và có bề mặt phẳng.

   1.2 Cối nhỏ có đường kính trong là (101,60 mm ± 0,40) mm, chiều cao là (116,40 ± 0,50) mm, thể tích là (943 ±14) cm3 (Hình 1).

   1.3 Cối lớn có đường kính trong là (152,40 ± 0,70) mm, chiều cao là (116,40 ± 0,50) mm, thể tích là (2124 ±25) cm³ (Hình 2).

   2 Chày đầm

   2.1 Chày đầm thủ công

Có hai loại chày đầm tương ứng với đầm nén Proctor tiêu chuẩn và đầm nén Proctor cải tiến như sau:

– Đầm nén Proctor tiêu chuẩn: chày đầm hình trụ bằng kim loại có khối lượng (2,495 ± 0,009) kg, mặt đầm phẳng hình tròn đường kính (50,80 ± 0,25) mm. Chày được lắp trong một ống kim loại để dẫn hướng và khống chế chiều cao rơi tự do của chày trên mặt vật liệu đầm nén là (305 ± 2) mm. Ống dẫn hướng phải có đường kính trong đủ lớn để chày đầm không bị kẹt. Cách mỗi đầu ống dẫn hướng khoảng 20 mm có khoan bốn lỗ thông khí đường kính tối thiểu 10 mm cách đều nhau (Hình 3).

– Đầm nén Proctor cải tiến: chày đầm hình trụ bằng kim loại có khối lượng (4,536 ± 0,009) kg, mặt đầm phẳng hình tròn đường kính (50,80 ± 0,25) mm. Chày được lắp trong một ống kim loại để dẫn hướng và khống chế chiều cao rơi tự do của chày trên mặt vật liệu đầm nén là (457 ± 2) mm. Ống dẫn hướng phải có đường kính trong đủ lớn để chày đầm không bị kẹt. Cách mỗi đầu ống dẫn hướng khoảng 20 mm có khoan bốn lỗ thông khí đường kính tối thiểu 10 mm cách đều nhau (Hình 4).

   2.2 Chày đầm cơ khí

Là thiết bị cơ học có các tính năng:

– Khối lượng, kích thước, và chiều cao rơi của chày đầm cơ khí tương đương như chày thủ công được nêu trong 2.1;

– Tự động đầm mẫu, có bộ phận tự động xoay chày đầm sau mỗi lần đầm bảo đảm đầm đều mặt mẫu;

– Có bộ phận đếm số lần đầm, tự động dừng đầm khi đến số lần đầm quy định trước.

3. Dụng cụ tháo mẫu

Sử dụng kích thủy lực hoặc dụng cụ tương đương để tháo mẫu đã đầm ra khỏi cối.

4. Cân

Sử dụng một cân có khả năng cân được đến 15 kg với độ chính xác ± 1 g (để xác định khối lượng mẫu) và một cân có khả năng cân được đến 800 g với độ chính xác ± 0,01 g (để xác định độ ẩm mẫu).

5. Tủ sấy

Tủ sấy điều chỉnh được nhiệt độ, có khả năng duy trì nhiệt độ trong tủ ở mức (110 ± 5) °C để sấy khô mẫu.

6. Sàng

Sử dụng sàng vuông loại 19,0 mm và 4,75 mm phù hợp với tiêu chuẩn ASTM E 11.

7. Thanh thép gạt cạnh thẳng

Sử dụng để hoàn thiện bề mặt mẫu; thanh thép có bề mặt phẳng, chiều dài khoảng 250 mm, có một cạnh được mài vát. Thanh thép phải đủ cứng để đảm bảo bề mặt mẫu phẳng sau khi hoàn thiện mặt mẫu.

8. Dụng cụ trộn mẫu

Sử dụng chảo, bay, dao… để trộn đều mẫu với các hàm lượng nước khác nhau.

9. Dụng cụ làm tơi mẫu

Sử dụng vồ gỗ, chày cao su.. để làm tơi mẫu.

10. Hộp giữ ẩm

Hộp giữ ẩm có nắp đậy kín được chế tạo từ vật liệu kim loại không gỉ, có dung tích đủ chứa khối lượng mẫu quy định. Khối lượng mẫu tối thiểu xác định độ ẩm là 100 g và 500 g tương ứng với vật liệu có cỡ hạt D < 4,75 mm và D < 19 mm. Mỗi thí nghiệm độ ẩm cần một hộp giữ ẩm.