Giới hạn chảy của đất

Giới hạn chảy của đất là một trong những thông số vật lý quan trọng trong cơ học đất, đặc biệt với việc phân loại đất cho mục đích xây dựng. Theo định nghĩa, giới hạn chảy của đất là độ ẩm mà tại đó, đất chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy. Nghe đơn giản nhỉ! Cơ mà xác định cái giới hạn này thế nào?


Thực tế với đất loại sét thì khi ở trạng thái chảy đất vẫn có sức kháng cắt nhỏ và cường độ của đất sẽ giảm giần khi độ ẩm của đất tăng. Quá trình chuyển đổi trạng thái từ dẻo sang chảy xảy ra trên một dải độ ẩm chứ không phải kiểu ''ngắt cái rụp''. Do đó, giới hạn chảy không dễ dàng phân định rõ nếu cứ chuẩn theo cái định nghĩa bên trên. Người ta phải dựa trên các thí nghiệm tiêu chuẩn mang tính quy ước để xác định giới hạn này. Các quy trình và phương pháp thí nghiệm giới hạn chảy lại do con người nghĩ ra, nó có tính quy ước. Bởi vậy, giới hạn chảy của đất xác định được nó sẽ phụ thuộc vào phương pháp thí nghiệm và cách tiến hành thí nghiệm.

Phương pháp xác định giới hạn chảy: 

Hiện nay cơ bản có hai phương pháp xác định (đều được trình bày trong TCVN 4197 1995). Phương pháp thứ nhất là dùng chuỳ xuyên theo trường phái của Liên xô cũ, điển hình là phương pháp của ông Vaxiliev. Phương pháp thứ hai là ''quay đập'' theo trường phái phương Tây, được ông Atterberg đề xuất và ông Casagrande chế tạo dụng cụ và quy trình thí nghiệm. Thứ tự ''thứ nhất'', ''thứ hai'' không có nghĩa cái nào ra trước cái nào, cũng không có nghĩa thứ nhất là ưu điểm hơn thứ hai. Chẳng qua Wasabi được học từ thầy về phương pháp chùy xuyên trước, thế thôi.

Nguyên lý của phương pháp xuyên là dùng một chuỳ xuyên có góc mở, khối lượng được quy định là tiêu chuẩn. Theo Vaxiliev là 30 độ và 76g. Đất đạt trạng thái chảy khi chùy này xuyên cắm vào đất một giá trị quy ước (theo Vaxiliev là 10mm). Bản chất của phương pháp này là xác định cường độ kháng cắt của đất  theo nguyên lý tĩnh.

Nguyên lý của phương pháp đập Casagrande là tạo ra lực gây trượt để cho hai "mái dốc" có kích thước cố định dính vào nhau một đoạn bằng 12.7 mm bằng lực động  khi cho bát chứa đất rơi từ độ cao 1cm xuống với số lần đập là 25, độ ẩm ở thời điểm này gọi là giới hạn chảy. Bản chất của phương pháp này cũng là xác định cường độ kháng cắt của đất bởi chính cường độ kháng cắt của đất làm ngăn cản hai khối đất xích lại gần nhau trong quá trình đập - theo nguyên lý động.

Làm sao có những quy định cụ thể các giá trị như kể trên thì chỉ có tác giả từng phương pháp biết. Wasabi không biết đâu, hihi. .

Tương quan chuyển đổi giữa các phương pháp:

Đã có nhiều so sánh, đối chứng hay lập tương quan kết quả giới hạn chảy của đất theo hai phương pháp này. Mỗi phương pháp đều có ưu điểm của nó. Nhưng không thể kết luận phương pháp nào chuẩn hơn. Tất nhiên là khi làm theo 2 cách với cùng loại đất thì sẽ cho giới hạn chảy theo mỗi cách là khác nhau. Ngộ nhỡ nó bằng nhau là ngẫu nhiên thôi. Cá nhân Wasabi không quan tâm tới sự khác nhau này lắm, và cũng chả quan tâm tới các tương quan chuyển đổi của các nhà khoa học dựa trên thí nghiệm mẫu đơn giá 50k.Việc lập tương quan giới hạn chảy theo hai phương pháp thí nghiệm có một ý nghĩa duy nhất là chuyển đổi giá trị giới hạn chảy theo 2 phương pháp thí nghiệm.

Vậy nên thí nghiệm giới hạn chảy theo phương pháp nào?
Hãy chọn phương pháp mà bộ tiêu chuẩn quy định. Hãy thí nghiệm theo phương pháp phân loại đất tương ứng. Ví dụ theo ASTM hay AASHTO thì thí nghiệm quay đập, còn theo tiêu chuẩn Nga thì làm chùy xuyên. Riêng tiêu chuẩn (TCVN 4197 1995) tinh hoa, là sự kết hợp kiểu hamburger phết mắm tôm, phê rằng có thể làm theo cả hai phương pháp có kèm công thức chuyển đổi. Trường hợp thì ta cứ theo thôi, kết quả đúng sai  đã có người viết tiêu chuẩn chịu trách nhiệm, hehe.