TCVN 4195:2012 – Phương pháp xác định khối lượng riêng trong phòng thí nghiệm

 

TÓM TẮT TIÊU CHUẨN TCVN 4195:2012

1. Giới thiệu chung

TCVN 4195:2012 là tiêu chuẩn Việt Nam quy định về phương pháp xác định khối lượng thể tích ẩm của đất tại hiện trường bằng dao vòng, thường được sử dụng trong khảo sát địa kỹ thuật, xây dựng nền móng, đắp nền và kiểm tra chất lượng thi công san lấp mặt bằng.

Tiêu chuẩn này thay thế cho TCVN 4195:1985 và được biên soạn bởi Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng – Bộ Xây dựng. Việc xác định chính xác khối lượng thể tích ẩm (γ) là cơ sở quan trọng để:

• Tính toán áp lực đất, sức chịu tải của nền móng, độ lún...

• Kiểm tra chất lượng thi công đắp nền (san lấp, đường giao thông, công trình dân dụng, công nghiệp...).

---

Các bạn có thể tham khảo thêm TCVN 9362:2012 hoặc các tiêu chuẩn khác trên website SangCVE.com

2. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn áp dụng cho:

• Các loại đất tự nhiên và đất đắp.

• Các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông, thủy lợi.

• Các giai đoạn: khảo sát thiết kế, thi công và kiểm tra chất lượng công trình.

Phương pháp này không áp dụng cho đất có nhiều đá hộc, cuội, sỏi lớn hoặc đất có độ sệt rất cao gây khó khăn khi lấy mẫu bằng dao vòng.

---

3. Nguyên tắc đo và khái niệm

Phương pháp này dựa trên nguyên lý đo khối lượng mẫu đất ẩm trong một thể tích xác định (bằng dao vòng) để tính ra khối lượng thể tích ẩm.

• Dao vòng là dụng cụ hình trụ, có kích thước tiêu chuẩn, được dùng để lấy mẫu đất nguyên dạng tại hiện trường.

• Sau khi lấy mẫu, đất được cân khối lượng, biết được thể tích cố định của dao vòng, từ đó tính được khối lượng thể tích ẩm (γ) theo công thức:

$$\gamma = \frac{G}{V} \quad (\text{đơn vị: g/cm}^3 \text{ hoặc kN/m}^3)$$

Trong đó:

• $\gamma$: khối lượng thể tích ẩm của đất.

• $G$: khối lượng mẫu đất ẩm (g).

• $V$: thể tích dao vòng (cm³).

---

4. Thiết bị và dụng cụ

Tiêu chuẩn quy định các thiết bị chính như:

• Dao vòng bằng thép không gỉ hoặc đồng, có kích thước chuẩn: đường kính trong 56mm, chiều cao 40mm (hoặc loại khác có thể tích xác định).

• Cân kỹ thuật: độ chính xác 0,1g.

• Dao cắt, thìa, bay: dùng để lấy đất.

• Dụng cụ vệ sinh: khăn, bàn chải, găng tay...

• Thước đo, hộp chứa mẫu.

Dao vòng phải đảm bảo không bị méo, biến dạng, và có nắp đậy kín để không mất nước trong đất.

---

5. Quy trình thực hiện

5.1. Chuẩn bị hiện trường

• Chọn vị trí lấy mẫu đại diện cho lớp đất cần khảo sát.

• Làm sạch bề mặt, loại bỏ cỏ, rác, lớp đất mặt không ổn định.

• Dùng dao cắt lấy mẫu nguyên dạng bằng dao vòng, đảm bảo không bị rỗng, nứt, bong tróc.

5.2. Lấy mẫu bằng dao vòng

• Ấn dao vòng từ từ vào đất bằng tay hoặc búa gõ nhẹ, tránh làm xáo trộn cấu trúc đất.

• Khi dao vòng đầy, dùng dao cắt gọt bằng mặt trên, dưới.

• Gạt phẳng mặt dao, cân ngay tại hiện trường để giảm mất nước.

• Ghi khối lượng ẩm và thể tích dao vòng.

5.3. Tính toán kết quả

Tính khối lượng thể tích ẩm theo công thức đã nêu:

$$\gamma = \frac{G}{V}$$

Trong đó:

• $G$: khối lượng mẫu đất ẩm, đã cân tại hiện trường.

• $V$: thể tích dao vòng, tính theo:

$$V = \frac{\pi d^2 h}{4}$$

(d: đường kính trong của dao vòng, h: chiều cao dao vòng).

Ví dụ: với dao vòng đường kính 56mm, cao 40mm, thể tích dao vòng tiêu chuẩn khoảng 98,5 cm³.

---

6. Kết hợp xác định độ ẩm và các chỉ tiêu khác

Sau khi lấy mẫu, người dùng có thể:

• Phơi khô hoặc sấy khô mẫu để xác định độ ẩm đất (W) theo TCVN 5290:1995.

• Tính khối lượng thể tích khô (γd):

$$\gamma_d = \frac{\gamma}{1 + W}$$

• Các chỉ tiêu này hỗ trợ đánh giá tỷ lệ đầm nén, kiểm tra san lấp, đánh giá khả năng chịu tải của nền đất.

---

7. Các yêu cầu kỹ thuật

• Mẫu đất phải đại diện, không biến dạng trong quá trình lấy và vận chuyển.

• Phải ghi đầy đủ thông tin: vị trí, mã số hố khoan, độ sâu, loại đất, ngày giờ, điều kiện thời tiết…

• Sai số đo không vượt quá 1% khối lượng hoặc 0,01 g/cm³.

---

8. Ứng dụng thực tế

Phương pháp dao vòng được áp dụng rộng rãi trong:

• Khảo sát địa chất công trình để xác định đặc trưng nền đất tự nhiên.

• Kiểm tra đầm nén đất đắp tại công trường giao thông, nền nhà xưởng, sân bãi.

• Tính toán lún, ứng suất trong nền đất dưới móng công trình.

Kết quả khối lượng thể tích ẩm là tham số đầu vào quan trọng cho các thiết kế địa kỹ thuật, phân tích ổn định công trình.

---

9. Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm:

• Dễ thực hiện, thiết bị đơn giản.

• Độ chính xác cao nếu thao tác đúng kỹ thuật.

• Thích hợp với nhiều loại đất từ cát đến đất sét.

Hạn chế:

• Không dùng được cho đất chứa nhiều sỏi đá, cuội.

• Có sai số nếu đất khô nhanh, nứt hoặc méo dao vòng.

• Yêu cầu thao tác cẩn thận, đúng quy trình.

---

10. Kết luận

TCVN 4195:2012 là một tiêu chuẩn kỹ thuật nền tảng trong khảo sát và kiểm tra đất tại hiện trường. Việc xác định chính xác khối lượng thể tích ẩm của đất giúp:

• Đảm bảo an toàn và hiệu quả thiết kế nền móng.

• Kiểm soát chất lượng thi công nền đất, san lấp, đặc biệt trong các công trình giao thông, thủy lợi, công nghiệp.

• Cung cấp dữ liệu đầu vào cho tính toán sức chịu tải, độ lún và các thông số nền móng quan trọng khác.

Tiêu chuẩn này tuy đơn giản nhưng đóng vai trò rất lớn trong thực tiễn xây dựng, là công cụ không thể thiếu với kỹ sư địa kỹ thuật, kỹ sư hiện trường và tư vấn giám sát.