CHƯƠNG I: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 8
Chương I

BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT I.1 Quá trình hình thành của đất

Theo các nhà đòa chất thì sự thành tạo đất đá xảy ra cách đây hơn 3000 triệu
năm và vẫn đang tiếp diễn không ngừng, có thể được tóm tắt như sau:

Đất được tạo thành từ đá gốc, tồn tại trên bề mặt của vỏ quả đất hoặc được
đùn lên trên bề mặt trái đất do các quá trình phún trào nóng chảy, nguội lạnh và đông
đặc lại. Nếu mô tả một cách đơn giản thì quá trình thành tạo của đất như sau: dưới
tác dụng phong hoá ( phong hóa vật lý, cơ học, hoá học và sinh vật ) liên tục của môi
trường, đá gốc bò nứt vỡ thành những mảnh nhỏ – các sản phẩm của phong hóa được
nước, gió v.v… mang đi và dưới những điều kiện nhất đònh nào đó thì nó lắng đọng lại,
và sắp xếp thành từng lớp mà ta gọi là các lớp đất trầm tích, thường gặp trong xây
dựng.

I.2 Thành phần vật chất của đất

Do phương cách thành tạo như đã nêu trên mà đất gồm 3 pha khác nhau là pha
rắn, pha lỏng và pha khí.

Pha rắn: Bao gồm các hạt rắn, tựa vào nhau tạo thành bộ khung chòu lực của
đất, quyết đònh tính chất xây dựng của đất. Dựa vào đường kính hạt người ta chia hạt
rắn thành các nhóm hạt đất như bảng 1.1.

Bảng 1.1: Phân loại đất theo kích thước hạt

Hình 1.1: Đường cong cấp phối hạt của đất

Đường cong cấp phối hạt của đất giúp ta nhận biết sự phân bố các nhóm hạt
trong mẫu đất, tên gọi của đất, các đường kính có hiệu và hệ số không đồng đều của
đất

Pha lỏng: là các loại nước có trong đất. Theo mức độ ảnh hưởng nhiều đến các
tính chất của đất nên ta nói đến hai loại nước sau:

1. Nước màng liên kết
- Nước liên kết chặt: là màng nước nằm sát bề mặt hạt khoáng bám
chặt vào hạt khoáng nhờ lực hút điện phân tử lớn. Loại nước này rất
khó tách được ra khỏi các hạt rắn.

- Nước liên kết yếu: là màng nước bọc ngoài cùng chòu lực hút điện
phân tử nhỏ hơn so với nước liên kết chặt.

CHƯƠNG I: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 10
2. Nước tự do: là nước chứa trong thể tích rỗng giữa các hạt. Nó có thể dòch
chuyển được trong các đường rỗng thông thương dưới tác dụng của lực
trọng trường.

Cần chú ý rằng trong những điều kiện nhất đònh nước tự do có thể trở thành
nước màng liên kết yếu và ngược lại.


Q
n
: trọng lượng nước trong lỗ rỗng
Q
k
:trọng lượng khí trong lỗ rỗng ( vì khí rất nhẹ nên thực tế có thể
xem trọng lượng khí trong đất bằng không: Q
k
= 0 ).
Q
h
n
Q
Q
Q
k
Hạt đất
Nước
V
h
V
n
V
r
V
Khí
V

Là trọng lượng của một đơn vò thể tích đất ở trạng thái hoàn toàn khô, có nghóa
là trọng lượng hạt rắn trong một đơn vò thể tích đất:

Trò số của γ
k
thay đổi tùy theo độ chặt của đất, có thể xác đònh bằng phương
pháp thí nghiệm trực tiếp, nhưng thường được tính qua các công thức tính đổi nêu
trong bảng 1.7.

Trọng lượng riêng hạt đất, γ
h
.
Là trọng lượng một đơn vò thể tích hạt rắn của đất:

Giá trò γ
h
thay đổi trong một phạm vi nhỏ ( 2.6 ÷ 2.8 T/m
3
).
Chỉ tiêu γ
h
thường được xác đònh bằng phương pháp trực tiếp thí nghiệm.

Tỷ trọng hatï của đất, ∆ .
Là tỉ số giữa trọng lượng riêng hạt và trọng lượng riêng của nước trong điều
kiện tiêu chuẩn:

V
Q
h

nn

Là trọng lượng một đơn vò thể tích đất ở trạng thái no nước, nghóa là các lỗ
rổng của nó chứa đầy nước:
Trọng lượng riêng đẩy nổi của đất, γ
đn .
Là trọng lượng riêng của đất có kể đến lực đẩy nổi của nước: Các đại lượng γ
nn ,
γ
đn
thường được xác đònh gián tiếp bằng cách dùng các công
thức tính đổi trong bảng 1.7 .

3.2 Chỉ tiêu đánh giá mức độ chứa nước trong đất

Lượng nước chứa trong lỗ rỗng của đất có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của
đất. Cùng một loại đất, tùy theo lượng nước chứa trong đất có thể biến đất đó có tính
chất xây dựng tốt trở thành đất yếu và ngược lại.

Độ ẩm của đất, W ( % )
Là tỉ số giữa trọng lượng nước chứa trong lỗ rỗng của đất với trọng lượng hạt
rắn của đất:
Đại lượng W được xác đònh bằng trực tiếp thí nghiệm.


Q
Q
W
h
n
=
( 1.5 )
( 1. 6 )
( 1. 7 )
( 1.8 )
CHƯƠNG I: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 13
3.3 Chỉ tiêu đánh giá độ rỗng trong đất

Lượng lỗ rỗng của đất phản ánh độ chặt của đất. Để biểu thò mức độ rỗng của
đất, trong tính toán thường dùng hai chỉ tiêu

Độ rổng của đất, n.
Là thể tích lỗ rỗng trong một đơn vò thể tích đất:

Độ rổng của đất có thể biểu thò bằng số phần trăm hoặc số thập phân.

Hệ số rổng của đất, ε.
Là tỷ số giữa thể tích rỗng với thể tích hạt rắn của đất:
Hệ số rỗng ε thường được biểu thò bằng số thập phân. Chỉ tiêu này thường
được xác đònh gián tiếp, nghóa là tính theo các công thức tính đổi trong bảng 1.7 .

Trong thực tế, chỉ cần thí nghiệm để xác đònh giá trò của 3 chỉ tiêu cơ bản :
trọng lượng riêng tự nhiên γ
W
, trọng lượng riêng hạt γ

=
ε
minmax
max
εε
εε
−
−
=D
( 1.
9
)
( 1. 10 )
( 1. 11 )
CHƯƠNG I: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 14
ε

hệ số rỗng của đất ở trạng thái tự nhiên
Xác đònh trạng thái vật lý của đất rời theo độ chặt tương đối D nêu ở bảng 1.3.

Đất dính : Tính chất xây dựng của loại đất này phụ thuộc rất nhiều vào độ ẩm.
Khi độ ẩm của đất dính thay đổi từ nhỏ đến lớn, trạng thái vật lý của nó sẽ thay đổi từ
cứng qua dẻo, rồi sang nhão. Những chỉ tiêu sau đây phản ánh đặc điểm ấy của đất
dính.

Giới hạn dẻo, W
d
( còn gọi là giới hạn lăn, W
l
) là độ ẩm giới hạn giữa đất ở

I.5 Phân loại đất.

1. Đất rời : được phân loại theo kích thước hạt rắn và hàm lượng của cỡ
hạt trong mẫu đất ( bảng 1. 6 ) .
2. Đất dính : được phân loại dựa vào chỉ số dẻo A ( bảng 1.4 ) kèm theo
trạng thái vật lý của nó ghi ở bảng 1.5 .

A
WW
WW
WW
B
d
ds
d
−
=
−
−
=
( 1. 13 )
( 1. 12 )
CHƯƠNG I: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 15
Bảng 1.2

1,00 ≥ D > 0,67
0,67≥ D > 0,33
0,33≥ D ≥ 0,00

Bảng 1.4 : Bảng phân loại đất dính theo A Tên đất dính

Chỉ số dẻo A

Đất cát pha ( á cát)
Đất sét pha ( á sét)
Đất sét

1 ≤ A < 7
7 ≤ A ≤ 17
A >17

0,75 < B ≤ 1,00
B >1,00 Bảng 1. 6 : Phân loại đất cát theo hàm lượng hạt

Tên đất Hàm lượng hạt theo độ lớn tính bằng %
khối lượng đất khô
Đất hòn lớn:
- Đất dăm, đất cuội,
- Đất sỏi ( sỏi tròn, sỏi góc )
Đất cát:
Cát sỏi
Cát thô
Cát vừa
Cát nhỏ
Cát bột Khối lượng hạt lớn hơn 10mm trên 50%
Khối lượng hạt lớn hơn 2mm trên 50%

Khối lượng hạt lớn hơn 2mm trên 25%
Khối lượng hạt lớn hơn 0,5 mm trên 50%
Khối lượng hạt lớn hơn 0,25mm trên 50%
Khối lượng hạt lớn hơn 0,10mm trên 75%
Khối lượng hạt lớn hơn 0,10mm dưới 75%


Độ bảo hòa G
Trọng lượng riêng hạt
Trọng lượng riêng khô
Trọng lượng riêng đẩy nổi Ghi chú : Trong các công thức trên W tính theo phần trăm còn G và n tính theo
thập phân.
1
)01.01(
−

G
γγ
γ
−+∆
∆
=
)01.01(
01.0
ε
w
G
01.0
∆
=
n
k
h
−
=
1
γ
γ
nh
γ
γ
.
∆
=
)1( n
hk

( 1. 16 )
( 1. 17 )
( 1. 18 )
( 1. 19 )
( 1. 20 )
( 1. 21 )
( 1. 22 )
( 1. 23 )
( 1. 24 )
( 1. 25 )
CHƯƠNG I: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 18
I.6 Tóm tắt chương

1. Quá trình hình thành đất là một quá trình bao gồm phong hóa, vận chuyển,
trầm tích tạo nên từng lớp và đất gồm có: hạt rắn, nước và không khí.

2. Về cấu tạo đất có nhiều đặc điểm đáng chú ý:
- Đất là môi trường phân tán vụn rời, không liên tục.
- Đất là môi trường có tính rỗng. Độ rỗng trong đất khá lớn. Trong lỗ
rỗng thường chứa nước.

Những đặc điểm này quyết đònh các đặc tính vật lý – cơ học đặc thù
của đất.

3. Để sử dụng đất vào mục đích xây dựng, việc đầu tiên là phải phân loại đất.
Nhờ đó ta nhận biết được tên đất kèm theo các đặc tính của nó.

I.7 Bài tập

Bài tập mẫu 1.1

k
h
Q
Q
γ
γ
ε
k
h
Q
V
γ
=
h
h
h
Q
V
γ
=
CHƯƠNG I: BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 19
Đơn giản, rút gọn cuối cùng ta tìm được:
Bài tập mẫu 1.2
Người ta dùng một dao vòng có thể tích 55cm
3
để lấy mẫu đất nguyên
dạng đem cân xác đònh được khối lượng của đất tự nhiên là 98g, khối lượng
sau khi sấy khô của mẫu đất đó là 75g, biết tỷ trọng của hạt đất là ∆ = 2.69
Hãy xác đònh trọng lượng riêng tự nhiên γ
w

98
mTcmg
V
Q
w
====
γ
100% x
Q
Q
W
h
n
=
%67,30100
75
23
% == xW
1
)01.01(
−
+
∆
=
w
n
W
γ
γ
ε

s
- W
d

= 57 – 36 = 21%

Như vậy theo bảng 1.4 : Đây là loại đất sét

2. Trạng thái của đất dính được xác đònh theo độ sệt B

Độ đặc ( độ sệt ) của đất dính được tính theo công thức

Theo bảng 1. 5 ta thấy đất này ở trạng thái dẻo.

Bài tập mẫu 1.4

Cho một mẫu đất sét thấm được ở dưới mực nước ngầm có tỉ trọng hạt
∆ = 2,71, hệ số rỗng ε = 0,85.
Hãy xác đònh trọng lượng riêng tự nhiên, trong lượng riêng đẩy nổi của
mẫu đất đó.

Bài giải

Mẫu đất sét này sẽ ở trạng thái bảo hòa nước ( G = 1 ). Độ ẩm của mẫu
đất đó tính theo công thức sau :
A
WW
WW
WW
B

%37,31
71,2.01,0
85,0.1
.01,0
.
==
∆
=
ε
G
W
3
/924,1
85,01
)37,31.01,01.(1.71,2
1
).01,01.(.
mT
w
n
w
=
+
+
=
+
+
∆
=
ε