Góc ma sát trong của các loại đất (tham khảo)

Góc ma sát trong hay góc ma sát là một thông số đặc trưng cho cường độ kháng cắt của đất, được xác định theo chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb. Góc ma sát trong là thông số mô tả sức kháng cắt do ma sát của đất cùng theo ứng suất pháp hữu hiệu. Trị số này thường được xác định dựa trên đường quan hệ giữa ứng suất cắt và ứng suất nén theo kết quả thí nghiệm cắt ở các cấp áp lực nén khác nhau. Trong thực tế, đường quan hệ này có dạng phi tuyến. Tuy nhiên, trong giới hạn nào đó, đường quan hệ có thể coi là đường thẳng.Theo Mohr-Coulomb, độ dốc của đường quan hệ này chính là thành phần kháng ma sát của đất, được gọi là hệ số ma sát. Góc ma sát chính là góc dốc của đường quan hệ sức chống cắt – áp lực nén.

Nhìn chung đối với đất, việc phân tách 2 thành phần lực dính và sức kháng ma sát là không đơn giản. Tất nhiên, vẫn luôn có những quan nhiệm và định luật để dựa vào đó mà chúng ta có thể xác định các thành phần này. Tỷ như theo MC, quan hệ giữa ứng suất cắt và áp lực nén là đường thẳng, nhờ đó mà các chỉ tiêu góc ma sát và lực dính được xác định một cách dễ dàng. Với đất rời, sức chống cắt cực hạn chính là sức kháng ma sát, tỷ lệ thuận với áp lực nén thẳng đứng. Có nhiều cách xác định góc ma sát trong của đất, theo thí nghiệm hoặc theo kinh nghiệm. Kinh nghiệm có thể là các bảng tra, hay các công thức kinh nghiệm xác định góc ma sát từ kết quả của các thí nghiệm khác nhau.

Dưới đây là bảng giá trị góc ma sát điển hình cho một số loại đất phân loại theo USCS. 

Lưu ý, hầu hết các giá trị là của các loại đất ở điều kiện NC (cố kết thường). Các giá trị này mang tính chất tham khảo, việc sử dụng cần hết sức thận trọng.

Nguồn: geotechdata.info

Loại đất, trạng thái	ký hiệu đất theo USCS	Góc ma sát [°]			Tham khảo
		min	max	Specific value
Well graded gravel, sandy gravel, with little or no fines	GW	33	40		[1],[2],
Poorly graded gravel, sandy gravel, with little or no fines	GP	32	44		[1],
Sandy gravels - Loose	(GW, GP)			35	[3 cited in 6]
Sandy gravels - Dense	(GW, GP)			50	[3 cited in 6]
Silty gravels, silty sandy gravels	GM	30	40		[1],
Clayey gravels, clayey sandy gravels	GC	28	35		[1],
Well graded sands, gravelly sands, with little or no fines	SW	33	43		[1],
Well-graded clean sand, gravelly sands - Compacted	SW	-	-	38	[3 cited in 6]
Well-graded sand, angular grains - Loose	(SW)			33	[3 cited in 6]
Well-graded sand, angular grains - Dense	(SW)			45	[3 cited in 6]
Poorly graded sands, gravelly sands, with little or no fines	SP	30	39		[1], [2],
Poorly-garded clean sand - Compacted	SP	-	-	37	[3 cited in 6]
Uniform sand, round grains - Loose	(SP)			27	[3 cited in 6]
Uniform sand, round grains - Dense	(SP)			34	[3 cited in 6]
Sand	SW, SP	37	38		[7],
Loose sand	(SW, SP)	29	30		[5 cited in 6]
Medium sand	(SW, SP)	30	36		[5 cited in 6]
Dense sand	(SW, SP)	36	41		[5 cited in 6]
Silty sands	SM	32	35		[1],
Silty clays, sand-silt mix - Compacted	SM	-	-	34	[3 cited in 6]
Silty sand - Loose	SM	27	33		[3 cited in 6]
Silty sand - Dense	SM	30	34		[3 cited in 6]
Clayey sands	SC	30	40		[1],
Calyey sands, sandy-clay mix - compacted	SC			31	[3 cited in 6]
Loamy sand, sandy clay Loam	SM, SC	31	34		[7],
Inorganic silts, silty or clayey fine sands, with slight plasticity	ML	27	41		[1],
Inorganic silt - Loose	ML	27	30		[3 cited in 6]
Inorganic silt - Dense	ML	30	35		[3 cited in 6]
Inorganic clays, silty clays, sandy clays of low plasticity	CL	27	35		[1],
Clays of low plasticity - compacted	CL			28	[3 cited in 6]
Organic silts and organic silty clays of low plasticity	OL	22	32		[1],
Inorganic silts of high plasticity	MH	23	33		[1],
Clayey silts - compacted	MH			25	[3 cited in 6]
Silts and clayey silts - compacted	ML			32	[3 cited in 6]
Inorganic clays of high plasticity	CH	17	31		[1],
Clays of high plasticity - compacted	CH			19	[3 cited in 6]
Organic clays of high plasticity	OH	17	35		[1],
Loam	ML, OL, MH, OH	28	32		[7],
Silt Loam	ML, OL, MH, OH	25	32		[7],
Clay Loam, Silty Clay Loam	ML, OL, CL, MH, OH, CH	18	32		[7],
Silty clay	OL, CL, OH, CH	18	32		[7],
Clay	CL, CH, OH, OL	18	28		[7],
Peat and other highly organic soils	Pt	0	10		[2],

 

Với đất rời, có thể xác định góc ma sát từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn thông qua kinh nghiệm.  Bảng dưới là quan hệ giữa chỉ số N3 của thí nghiệm SPT với độ chặt và góc ma sát trong của đất rời, theo kinh nghiệm của Meyerhoff (1956).

SPT N3 [Blows/0.3 m - 1 ft]	Độ chặt	Độ chặt tương đối [%]	Góc ma sát [°]
< 4	Rất rời	< 20	< 30
4 -10	Rời	20 - 40	30 - 35
10 - 30	Chặt vừa	40 - 60	35 - 40
30 - 50	Chặt	60 - 80	40 - 45
> 50	Rất chặt	> 80	> 45

Tài liệu tham khảo:

1. Swiss Standard SN 670 010b, Characteristic Coefficients of soils, Association of Swiss Road and Traffic Engineers
2. JON W. KOLOSKI, SIGMUND D. SCHWARZ, and DONALD W. TUBBS, Geotechnical Properties of Geologic Materials, Engineering Geology in Washington, Volume 1, Washington Division of Geology and Earth Resources Bulletin 78, 1989.
3. Carter, M. and Bentley, S. (1991). Correlations of soil properties. Penetech Press Publishers, London.
4. Meyerhof, G. (1956). Penetration tests and bearing capacity of cohesionless soils. J Soils Mechanics and Foundation Division ASCE, 82(SM1).
5. Peck, R., Hanson,W., and Thornburn, T. (1974). Foundation Engineering Handbook. Wiley, London.
6. Obrzud R. & Truty, A.THE HARDENING SOIL MODEL - A PRACTICAL GUIDEBOOK Z Soil.PC 100701 report, revised 31.01.2012 
7. Minnesota Department of Transportation, Pavement Design, 2007