Giới hạn chảy của đất

Giới hạn chảy (LL), giới hạn dẻo (PL) là giới hạn giới Atterberg. Giới hạn chảy (LL) là độ ẩm của đất ở giữa chảy và dẻo. Giới hạn dẻo là độ ẩm của đất ở giữa trạng thái dẻo và nửa cứng.

Giới hạn chảy của đất là một trong những thông số vật lý quan trọng trong việc phân loại đất. Trên nguyên tắc, các giới hạn Atterberg (giới hạn chảy, giới hạn dẻo, giới hạn co ngót) là những giá trị đặc trưng và duy nhất của một mẫu đất. Nhưng trên thực tế, giới hạn chảy của đất lại không phải là một giá trị duy nhất, mà nó thay đổi theo phương pháp thí nghiệm, dụng cụ thí nghiệm, kể cả trạng thái tâm lý của người thí nghiệm (!)

Theo định nghĩa, giới hạn chảy của đất là độ ẩm mà tại đó, mẫu đất chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy. Nhưng làm sao xác định được điểm thay đổi trạng thái đó của một mẫu đất?

Dụng cụ Casagrande

Không hiểu ông Casagrande đã suy nghĩ và lý luận như thế nào nhưng năm 1931, ông trình làng một dụng cụ dùng để xác định giới hạn chảy của đất và được mọi người sử dụng cho đến ngày hôm nay. Dụng cụ của ông Casagrande hoạt động trên nguyên lý “động”: một chén đất va đập trên một đế cao su để có được tác động cần thiết lên mẫu đất.

Vì vậy, giới hạn chảy xác định bằng dụng cụ này sẽ phụ thuộc vào độ cao rơi của chén đất và độ cứng của đế cao su. Dụng cụ Casagrande theo tiêu chuẩn ASTM thì dùng đế cao su cứng (có độ cứng 80~90 theo thang đo độ cứng Durometer-type D), còn dụng cụ Casagrande theo tiêu chuẩn BSI thì dùng đế cao su mềm (có độ cứng 84°~94° theo thang đo độ cứng IRHD, tương đương với độ cứng 30~40 theo thang đo độ cứng Durometer-type D). Do đó, giới hạn chảy xác định bằng dụng cụ Casagrande của Anh sẽ lớn hơn giới hạn chảy xác định bằng dụng cụ Casagrande của Mỹ (!) Vậy giá trị nào sẽ là giới hạn chảy thực sự của mẫu đất?

Vấn đề còn rắc rối hơn nữa. Các nhà nghiên cứu đưa ra một loại dụng cụ xác định giới hạn chảy của đất dựa trên nguyên lý “tĩnh”: sử dụng chùy xuyên. Một mũi xuyên có khối lượng biết trước sẽ rơi tự do vào trong chén đất. Giới hạn chảy của đất sẽ được xác định khi mũi xuyên lún vào trong đất đến một độ sâu quy ước. Như vậy, giới hạn chảy của đất khi xác định bằng chùy xuyên sẽ phụ thuộc vào khối lượng mũi xuyên, góc ở đỉnh của mũi xuyên và độ lún quy ước tương ứng với giới hạn chảy. Tình hình tương tự như đối với dụng cụ Casagrande, giới hạn chảy của đất xác định theo các loại chùy xuyên khác nhau sẽ rất khác nhau.

Bảng dưới đây giới thiệu một số loại chùy xuyên đang được sử dụng ở các nước.

Dụng cụ: Dụng cụchùy xuyên đo độ lún bằng đồng hồ cơ; Dụng cụ chùy xuyên đo độ lún bằng đồng hồ điện tử

Một lần nữa, câu hỏi được đặt ra là “giới hạn chảy thực sự của mẫu đất là giới hạn nào ???” Có lẽ phải nhờ ông Casagrande giải đáp giúp câu hỏi này vậy. Trong thời gian chờ đợi câu trả lời của ông Casagrande, mỗi khi nói đến giới hạn chảy của đất thì các nhà địa chất cần xác định rõ:

a) dụng cụ thí nghiệm (dụng cụ va đập Casagrande hay dụng cụ chùy xuyên);

b) các thông số tương ứng của mỗi dụng cụ.