Chương 1 – Nhận dạng, Phân loại Đất và Đá

1-1 GIỚI THIỆU

1-1.1 Phạm vi.

Chương này trình bày các tiêu chí về nhận dạng và phân loại đất và đá dựa trên các tiêu chuẩn được chấp nhận rộng rãi trên thế giới, đồng thời cung cấp thông tin về các tính chất kỹ thuật vật lý của chúng. Các loại đất và đá thông thường được đề cập, cũng như các vật liệu đặc biệt, chẳng hạn như đất trương nở và đất sụp lún, permafrost, đá vôi và các vật liệu liên quan, san hô và các thành tạo san hô, đất sét nhạy, cùng các vật liệu khác (ví dụ: đất đắp nhân tạo, đất phản ứng hóa học và lateritic, cát calcareous, và đất dưới biển).

1-2 SỰ HÌNH THÀNH ĐẤT (SOIL DEPOSITS)

1-2.1 Nguồn gốc và Hình thức tồn tại

Đất là khối các hạt rắn cùng với vật liệu nằm trong các lỗ rỗng giữa các hạt. Các hạt rắn thường là hỗn hợp trầm tích hoặc vật liệu tích tụ khác, chưa cố kết¹, được hình thành do quá trình phong hóa hóa học và vật lý của đá. Đất có thể chứa vật liệu hữu cơ. Xét về mặt địa chất, đất có thể được phân loại theo nguồn gốc (ví dụ: đất trầm tích – transported, đất núi lửa vụn – pyroclastic, đất tàn tích – residual, và đất hữu cơ – organic), và theo hình thức tồn tại (ví dụ: đất do gió – aeolian, đất bồi tích – alluvial, đất sườn tích – colluvial, đất băng tích – glacial, và đất biển – marine). Mô tả địa chất có thể hỗ trợ việc đối chiếu kinh nghiệm giữa nhiều công trường, và theo nghĩa chung, có thể chỉ ra quy luật phân bố các lớp đất dự kiến trước khi tiến hành khảo sát hiện trường (khoan thăm dò, v.v.).

Đất có nguồn gốc và hình thức tồn tại tương tự nhau được kỳ vọng có các đặc tính công trình tương đương, nếu không muốn nói là giống nhau. Đối với phân tích nền móng định lượng, một mô tả địa chất là chưa đủ, mà cần có một hệ phân loại cụ thể hơn kèm theo thí nghiệm. Việc nghiên cứu các tài liệu tham khảo về địa chất khu vực nên được thực hiện trước khi triển khai một chương trình khảo sát địa chất dưới mặt đất quy mô lớn, vì điều này sẽ hỗ trợ việc lập kế hoạch khảo sát cũng như nhận diện các khó khăn có thể gặp phải đối với dự án. Ngoài ra, cần thu thập thông tin về các dự án đã biết gần khu vực công trường, nếu có, để cung cấp các chi tiết cụ thể về loại đất và điều kiện có khả năng sẽ gặp phải. Bảng 1-1 mô tả các loại đất trầm tích chính được phân nhóm theo nguồn gốc, và Bảng 1-2 mô tả các loại đất trầm tích chính theo hình thức tồn tại.

¹ Trong ngữ cảnh này, chưa cố kết (unconsolidated) có nghĩa là các hạt chưa bị đá hóa (lithified) thành đá. Thuật ngữ này không hàm ý một trạng thái cố kết cụ thể như được mô tả trong Chương 5.

Bảng 1-1 Các loại đất chính theo nguồn gốc

Nhóm chính (Major Division)	Các loại đất chính (Principal Soil Deposits)	Đặc tính công trình liên quan (Pertinent Engineering Characteristics)
Hữu cơ (Organic): Sự tích tụ vật liệu hữu cơ cao, hình thành tại chỗ do sự sinh trưởng và phân hủy sau đó của thực vật	Than bùn (Peats): Khối tập hợp có tính xơ của chất thực vật đã phân hủy và đang phân hủy, có màu sẫm và mùi hôi thối	Rất dễ nén lún; hoàn toàn không phù hợp để làm nền móng công trình
	Bùn hữu cơ (Mucks): Các lớp than bùn đã tiến triển đến giai đoạn phân hủy đến mức đặc trưng thực vật không còn rõ ràng nữa
Núi lửa vụn (Pyroclastic): Vật liệu được phun trào từ núi lửa và được vận chuyển bởi trọng lực, gió và không khí	Tro núi lửa (Ejecta): Các lớp rời của tro núi lửa, dăm bọt núi lửa (lapilli), khối bom núi lửa, v.v.	Thường là các hạt dạng mảnh vỡ (shard-like) có kích thước cỡ bột (silt) lẫn với các mảnh vụn núi lửa lớn hơn; quá trình phong hóa và tái lắng đọng tạo ra sét (clay) có tính dẻo cao, dễ nén lún; điều kiện nền móng bất thường và khó khăn
	Đá bọt (Pumice): Đá núi lửa có độ rỗng rất cao, thường đi kèm với dòng dung nham và dòng bùn, hoặc có thể lẫn với trầm tích phi núi lửa
Tàn tích (Residual): Vật liệu hình thành do sự phong hóa của đá gốc bên dưới hoặc vật liệu đã cố kết một phần	Cát tàn tích và các mảnh vụn cỡ hạt sỏi được hình thành do sự hòa tan và rửa trôi vật liệu gắn kết, để lại các hạt bền vững hơn, thường là thạch anh	Nhìn chung điều kiện nền móng thuận lợi
	Sét tàn tích hình thành do sự phân hủy của đá silicat, sự rã vỡ của đá phiến sét (shale), và sự hòa tan carbonat trong đá vôi; với một vài ngoại lệ, đất trở nên chặt hơn, nhiều đá hơn và ít phong hóa hơn khi độ sâu tăng lên; ở giai đoạn trung gian có thể phản ánh thành phần, cấu trúc và sự phân lớp của đá gốc	Đặc tính thay đổi, cần khảo sát chi tiết; các lớp đất này có điều kiện nền móng thuận lợi, ngoại trừ ở các vùng khí hậu ẩm và nhiệt đới, nơi độ sâu và tốc độ phong hóa rất lớn
	Đất trầm tích (Transported soils): Xem Bảng 1-2

\(\\\)

Bảng 1-2 Các loại đất chính theo hình thức tồn tại

Nhóm chính (Major Division)	Các loại đất chính (Principal Soil Deposits)	Đặc tính công trình liên quan (Pertinent Engineering Characteristics)
Đất do gió (Aeolian): Vật liệu được vận chuyển và lắng đọng bởi gió	Hoàng thổ (Loess): Lớp trầm tích chứa vôi, không phân lớp, gồm bột (silt) hoặc bột cát hay bột sét, xuyên qua bởi mạng lưới ống rỗng hình thành từ rễ cây nay đã mục nát	Các lớp trầm tích tương đối đồng nhất, có đặc điểm là khả năng đứng vững khi cắt theo phương thẳng đứng; cấu trúc dễ sụp lún (collapsible); phong hóa sâu hoặc bão hòa nước có thể làm thay đổi đặc tính
	Cát cồn (Dune sands): Các gò, luống, đồi cát mịn đồng nhất, đặc trưng bởi các hạt tròn cạnh	Kích thước hạt rất đồng đều; có thể tồn tại ở trạng thái tương đối rời
Bồi tích (Alluvial): Vật liệu được vận chuyển và lắng đọng bởi dòng nước chảy	Đồng bằng ngập lũ (Floodplain): Trầm tích suối hoặc sông ở vùng đất thấp, chịu ảnh hưởng ngập lụt theo mùa
	Bãi bồi lòng sông (Point bar): Các lớp trầm tích xen kẽ gồm các luống cong (ridge) và các rãnh trũng (swale), hình thành ở bờ lồi (bờ trong) của các khúc uốn sông đang di chuyển; trầm tích luống chủ yếu gồm bột và cát, các rãnh trũng được lấp đầy bởi sét	Nhìn chung điều kiện nền móng thuận lợi; tuy nhiên cần khảo sát chi tiết để xác định các điểm gián đoạn (discontinuities); có thể xảy ra hiện tượng trượt chảy (flow slides) dọc bờ sông; đất khá thấm nước
	Trầm tích lấp lòng sông cũ (Channel fill): Trầm tích lắng đọng trong các vòng uốn sông bị bỏ hoang, cô lập khi dòng sông rút ngắn lộ trình; chủ yếu là sét; tuy nhiên đất bột và cát được tìm thấy ở hai đầu thượng lưu và hạ lưu	Đất hạt mịn thường dễ nén lún; một số khu vực có tính không đồng nhất cao; đất bột thường có điều kiện nền móng thuận lợi
	Đầm lầy sau đê (Backswamp): Sự tích tụ kéo dài của trầm tích nước lũ trong các lưu vực ngập lụt giáp ranh với sông; vật liệu nhìn chung là sét nhưng có xu hướng chứa nhiều bột hơn khi gần bờ sông	Tương đối đồng nhất theo phương ngang; sét thường chịu sự thay đổi thể tích theo mùa
	Thềm sông (Terrace): Phần còn lại tương đối hẹp, bề mặt bằng phẳng của trầm tích đồng bằng ngập lũ, dọc theo hai bên sông, hình thành do quá trình xâm thực (entrenchment) của sông và các quá trình liên quan	Thường thoát nước tốt và bị oxy hóa; nhìn chung điều kiện nền móng thuận lợi
	Cửa sông (Estuarine): Trầm tích hỗn hợp có nguồn gốc biển và bồi tích, lắng đọng tại các đoạn kênh mở rộng ở cửa sông và chịu ảnh hưởng của thủy triều từ vùng nước mà chúng đổ vào	Nhìn chung hạt mịn và dễ nén lún; có nhiều biến đổi cục bộ về điều kiện đất
	Hồ tích (Lacustrine): Vật liệu lắng đọng trong các hồ (không liên quan đến băng hà) do sóng, dòng chảy và các quá trình hóa-hữu cơ; trầm tích gồm sét hữu cơ không phân lớp hoặc sét ở phần trung tâm hồ, thường chuyển dần sang bột và cát có phân lớp ở các vùng ngoại vi	Thường rất đồng nhất theo phương ngang; đất hạt mịn nhìn chung dễ nén lún
	Châu thổ (Deltaic): Trầm tích hình thành tại cửa sông, làm mở rộng đường bờ	Nhìn chung hạt mịn và dễ nén lún; có nhiều biến đổi cục bộ về điều kiện đất
	Chân núi (Piedmont): Trầm tích bồi tích ở chân đồi hoặc núi; các đồng bằng rộng lớn hoặc nón phóng vật bồi tích (alluvial fans)	Nhìn chung điều kiện nền móng thuận lợi
Sườn tích (Colluvial): Vật liệu được vận chuyển và lắng đọng bởi trọng lực	Đá lở (Talus): Trầm tích hình thành do sự tích tụ dần dần của các mảnh đá và mảnh vụn không phân loại (unsorted) tại chân vách đá	Sự dịch chuyển trước đây cho thấy khả năng xảy ra khó khăn trong tương lai; nhìn chung điều kiện nền móng không ổn định
	Trầm tích sườn dốc (Hillwash): Sườn tích hạt mịn gồm cát pha sét, bột pha cát, hoặc sét
	Trầm tích trượt lở (Landslide deposits): Các khối đất hoặc đá có khối lượng đáng kể đã trượt xuống, gần như nguyên khối, từ vị trí ban đầu trên các sườn dốc
Băng tích (Glacial): Vật liệu được vận chuyển và lắng đọng bởi băng hà, hoặc bởi nước tan từ băng hà	Đất tích băng hà (Glacial till): Sự tích tụ mảnh vụn, lắng đọng bên dưới, ở bên cạnh (moraine bên/lateral moraines), hoặc tại giới hạn dưới của một băng hà (moraine cuối/terminal moraine); vật liệu được hạ xuống mặt đất thành một lớp bất định hình do băng hà tan chảy được gọi là moraine đáy (ground moraine)	Bao gồm vật liệu từ cỡ tảng lăn (boulder) và sỏi (gravel) đến sét; các lớp trầm tích không phân lớp; nhìn chung có điều kiện nền móng thuận lợi nhưng thường xảy ra sự thay đổi nhanh về điều kiện đất
	Trầm tích băng thủy (Glacio-fluvial deposits): Vật liệu hạt thô và hạt mịn lắng đọng bởi các dòng nước tan chảy từ băng hà; vật liệu lắng đọng trên mặt đất bên ngoài rìa cuối của băng hà được gọi là đồng bằng bồi tích ngoài rìa băng (outwash plain); các luống sỏi được gọi là kame và esker; các chỗ trũng gọi là kettle có thể được lấp đầy bởi than bùn	Có nhiều biến đổi cục bộ; nhìn chung có điều kiện nền móng thuận lợi
	Trầm tích băng hồ (Glacio-lacustrine deposits): Vật liệu lắng đọng trong các hồ do nước tan chảy từ băng hà; gồm sét ở phần trung tâm hồ và các lớp xen kẽ của sét pha bột hoặc bột và sét (sét dải/varved clay) ở các vùng ngoại vi	Rất đồng nhất theo phương ngang
Biển (Marine): Vật liệu được vận chuyển và lắng đọng bởi sóng và dòng chảy đại dương tại các vùng bờ biển và ngoài khơi	Trầm tích bờ biển (Shore deposits): Trầm tích cát và/hoặc sỏi hình thành do tác động vận chuyển, phá hủy và phân loại của sóng dọc theo đường bờ	Tương đối đồng nhất và có mật độ từ trung bình đến cao
	Sét biển (Marine clays): Trầm tích hữu cơ và vô cơ của vật liệu hạt mịn	Nhìn chung rất đồng nhất, dễ nén lún và thường rất nhạy với sự xáo trộn (remolding)

1-3 MÔ TẢ TRỰC QUAN, NHẬN DẠNG VÀ PHÂN LOẠI ĐẤT

Các quy trình chuẩn hóa để mô tả trực quan, nhận dạng và phân loại chính thức một mẫu đất được trình bày trong mục này. Các quy trình này tuân theo tiêu chuẩn ASTM tương ứng hiện có cho mục đích này. Mô tả trực quan bao gồm việc mô tả các đặc trưng của đất có thể cảm nhận bằng các giác quan (ví dụ: thị giác, xúc giác và khứu giác). Nhận dạng đất là việc xác định loại đất mà không cần sử dụng thiết bị chuyên dụng. Việc mô tả trực quan và nhận dạng đất thường được thực hiện ngoài hiện trường và các quy trình này dựa trên ASTM D2488. Phân loại đất bao gồm việc sử dụng thiết bị chuyên dụng và các thí nghiệm để phân loại đất theo một hệ thống phân loại tiêu chuẩn.

1-3.1 Định nghĩa.

Các định nghĩa được sử dụng trong chương này phù hợp với Hệ thống phân loại đất thống nhất (Unified Soil Classification System) được trình bày trong ASTM D2487.

Tảng lăn (Boulders): Các hạt đá không lọt qua lỗ sàng vuông 12 in (304.8 mm).

Sét (Clay): Các hạt đất lọt qua sàng No. 200 (75 µm) và thể hiện tính dẻo (đặc tính giống như đất sét nặn – putty-like) trong một khoảng độ ẩm nhất định, đồng thời có cường độ đáng kể khi được hong khô trong không khí. Đối với phân loại đất sét, xem Mục 1-3.3.

Đất hạt thô (Coarse-grained soils): Các loại đất có từ 50% trở lên số hạt bị giữ lại trên sàng No. 200 (75 µm).

Cuội (Cobbles): Các hạt đá lọt qua lỗ sàng vuông 12 in (304.8 mm) nhưng bị giữ lại trên lỗ sàng vuông 3 in (76.2 mm).

Đất hạt mịn (Fine-grained soils): Các loại đất có từ 50% trở lên số hạt lọt qua sàng No. 200 (75 µm).

Sỏi (Gravel): Các hạt đất lọt qua lỗ sàng vuông 3 in (76.2 mm) nhưng bị giữ lại trên sàng No. 4 (4.75 mm). Sỏi có thể được chia thành:
\(\qquad \) (1) sỏi thô, là các hạt sỏi bị giữ lại trên lỗ sàng vuông 3/4 in (19.0 mm), và
\(\qquad \) (2) sỏi mịn, là các hạt sỏi lọt qua lỗ sàng vuông 3/4 in (19.0 mm).

Cát (Sand): Các hạt đất lọt qua sàng No. 4 (4.75 mm) và bị giữ lại trên sàng No. 200 (75 µm). Cát có thể được chia thành:
\(\qquad \) (1) cát thô, là các hạt cát bị giữ lại trên sàng No. 10 (2.00 mm);
\(\qquad \) (2) cát trung, là các hạt cát lọt qua sàng No. 10 (2.00 mm) và bị giữ lại trên sàng No. 40 (425 µm); và
\(\qquad \) (3) cát mịn, là các hạt cát lọt qua sàng No. 40 (425 µm).

Bột (Silt): Các hạt đất không dẻo hoặc chỉ dẻo rất nhẹ, lọt qua sàng No. 200 (75 µm), và thể hiện rất ít hoặc không có cường độ khi hong khô trong không khí. Đối với phân loại đất bột, xem Mục 1-3.3.

(định nghĩa tóm lược)

1-3.2 Mô tả trực quan và nhận dạng (ASTM D2488).

Mô tả trực quan mẫu đất thường được thực hiện tại hiện trường trong quá trình khoan và bao gồm việc mô tả trực quan đất kèm theo việc nhận dạng loại đất. Công việc này nên được thực hiện bởi một kỹ sư hoặc người có chuyên môn phù hợp, và nên bao gồm càng nhiều thông tin càng tốt về điều kiện của đất quan sát được tại chỗ (in situ). Mô tả trực quan đất, cùng với nhật ký khoan (drilling logs), có thể cung cấp thông tin định tính rất hữu ích cho kỹ sư nếu được thực hiện đúng cách. Một trong những tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất cho mục đích này là ASTM D2488, sử dụng phương pháp quan sát trực quan và các thí nghiệm tay đơn giản để mô tả và nhận dạng đất.

1-3.2.1 Mô tả trực quan.

Các chỉ tiêu mô tả đất gồm các tính chất và thông tin định tính của đất có thể cảm nhận được bằng giác quan. Những thông tin này có thể rất có giá trị đối với kỹ sư. Dưới đây là một số hướng dẫn về những nội dung cần quan sát theo ASTM D2488.

1-3.2.1.1 Các yếu tố mô tả áp dụng cho mọi loại đất.

Màu sắc: Dùng màu hoặc các màu mô tả mẫu phù hợp nhất. Màu là một tính chất quan trọng có thể giúp nhận dạng đất hữu cơ. Trong một khu vực nhất định, màu cũng có thể hữu ích trong việc nhận dạng các vật liệu có nguồn gốc địa chất tương tự. Cũng cần ghi nhận các lớp hoặc các mảng có màu khác nhau. Màu được mô tả nên là màu của mẫu ở trạng thái ẩm. Nếu màu biểu thị trạng thái khô, điều này cần được nêu trong báo cáo. Bảng màu Munsell là công cụ hữu ích để hỗ trợ mô tả màu.

Phản ứng với HCl: Axit clohydric pha loãng (HCl) (một phần HCl với ba phần nước cất) có thể được dùng để xác định sự hiện diện của calcium carbonate. Phản ứng với HCl nên được mô tả là: (1) không, khi không có phản ứng nhìn thấy được; (2) yếu, khi có phản ứng với bọt hình thành chậm; hoặc (3) mạnh, khi phản ứng mãnh liệt với bọt hình thành ngay.

Trạng thái ẩm: Trạng thái ẩm của đất nên được mô tả như sau: (1) khô, với đất khô hoàn toàn không có ẩm, bụi, hoặc khô khi chạm vào; (2) ẩm, với đất ẩm không có nước nhìn thấy được; hoặc (3) ướt, với đất có nước tự do nhìn thấy được.

Mùi: Mùi của đất nên được mô tả nếu đất là đất hữu cơ hoặc có mùi bất thường.

Khác: Cần đưa vào các nhận xét bổ sung như sự hiện diện của rễ hoặc lỗ rễ, khó khăn khi khoan lỗ, hiện tượng sập thành rãnh hoặc thành lỗ, hoặc sự hiện diện của mica. Ngoài ra, có thể thêm tên gọi địa phương hoặc thương mại, hoặc diễn giải địa chất của đất để hỗ trợ nhận dạng loại đất.

1-3.2.1.2 Các yếu tố mô tả áp dụng cho đất hạt mịn.

Độ chắc (Consistency): Độ chắc của đất hạt mịn nguyên trạng nên được mô tả như sau:
\(\qquad \) (1) rất mềm, nếu ngón tay cái ấn xuyên vào đất hơn 1 in (25 mm);
\(\qquad \) (2) mềm, nếu ngón tay cái ấn vào đất khoảng 1 in (25 mm);
\(\qquad \) (3) chắc, nếu ngón tay cái tạo vết lõm vào đất khoảng 1/4 in (6 mm);
\(\qquad \) (4) cứng, nếu ngón tay cái không tạo được vết lõm nhưng móng tay cái có thể dễ dàng tạo vết lõm; hoặc
\(\qquad \) (5) rất cứng, nếu móng tay cái không thể tạo vết lõm vào đất.

Cấu trúc (Structure): Cấu trúc của đất nguyên trạng nên được mô tả bằng các thuật ngữ sau:

1. Phân lớp (Stratified): Dùng cho đất có các lớp vật liệu hoặc màu khác nhau với chiều dày ít nhất 1/4 in. Cần ghi nhận chiều dày lớp.
2. Phân dải mỏng (Laminated): Dùng cho đất có các lớp vật liệu hoặc màu khác nhau với chiều dày nhỏ hơn 1/4 in. Cần ghi nhận chiều dày lớp.
3. Nứt nẻ (Fissured): Dùng cho đất bị nứt vỡ dọc theo các mặt phẳng định trước với ít sức kháng.
4. Mặt trượt bóng (Slickensided): Áp dụng cho đất bị nứt, có các mặt nứt nhẵn bóng, sáng bóng hoặc đôi khi có vệt sọc.
5. Dạng khối (Blocky): Mô tả đất có thể bị bẻ vỡ thành các cục nhỏ góc cạnh, các cục này khó tiếp tục bẻ nhỏ hơn.
6. Xen thấu kính (Lensed): Dùng cho đất có các túi nhỏ của loại đất khác phân bố rải rác trong khối đất sét. Cần ghi nhận chiều dày thấu kính.
7. Đồng nhất (Homogenous): Dùng cho đất có cùng màu sắc và hình dạng bề ngoài đồng nhất trong toàn khối.

1-3.2.1.3 Các yếu tố mô tả cho đất hạt thô.

Độ góc cạnh (Angularity): Mô tả độ góc cạnh của đất hạt thô như sau:
\(\qquad \) (1) góc cạnh (angular), nếu hạt có các cạnh sắc và các mặt tương đối phẳng với bề mặt chưa được đánh bóng;
\(\qquad \) (2) hơi góc cạnh (subangular), nếu hạt có góc cạnh nhưng cạnh đã bo tròn;
\(\qquad \) (3) hơi tròn (subrounded), nếu hạt có các mặt gần như phẳng nhưng các góc và cạnh đã tròn đều; hoặc
\(\qquad \) (4) tròn (rounded), nếu hạt có các mặt cong nhẵn và không có cạnh. Hình 1-1 trình bày ví dụ về bốn thuật ngữ này.

Độ gắn kết (Cementation): Mô tả mức độ gắn kết của đất hạt thô nguyên dạng như sau:
\(\qquad \) (1) yếu, nếu đất vụn rời hoặc vỡ ra khi cầm nắm hoặc dùng áp lực ngón tay nhẹ;
\(\qquad \) (2) trung bình, nếu đất vụn rời hoặc vỡ ra dưới áp lực ngón tay đáng kể; hoặc
\(\qquad \) (3) mạnh, nếu đất không vụn rời hoặc không vỡ ra dưới áp lực ngón tay.

Độ cứng (Hardness): Mô tả độ cứng của đất hạt thô là cứng nếu các hạt không bị nứt, vỡ hoặc vụn khi bị đập bằng búa, hoặc nêu rõ hiện tượng xảy ra với các hạt khi bị búa đập.

Kích thước hạt lớn nhất (Maximum particle size): Mô tả kích thước hạt lớn nhất. Đối với cát, mô tả là cát thô, cát trung hoặc cát mịn. Đối với sỏi, kích thước hạt lớn nhất là kích thước lỗ sàng nhỏ nhất mà hạt có thể lọt qua. Đối với cuội và tảng đá, kích thước hạt lớn nhất là kích thước lớn nhất của hạt lớn nhất.

Phạm vi kích thước hạt (Range of particle size): Mô tả khoảng kích thước hạt trong từng thành phần. Ví dụ: khoảng 15% sỏi thô và khoảng 45% cát từ mịn đến thô.

Hình dạng (Shape): Mô tả hình dạng là:
\(\qquad \) (1) dẹt (flat), đối với các hạt có tỷ số bề rộng/bề dày > 3;
\(\qquad \) (2) thon dài (elongated), đối với các hạt có tỷ số chiều dài/bề rộng > 3; hoặc
\(\qquad \) (3) dẹt và thon dài, đối với các hạt thỏa mãn cả hai tiêu chí.

1-3.2.2 Nhận dạng.

Phương pháp nhận dạng được trình bày trong mục này tuân theo tiêu chuẩn ASTM D2488. Việc nhận dạng nên được thực hiện trên một mẫu đã loại bỏ cuội và tảng lăn. Các hạt lớn này nên được loại bỏ thủ công đối với mẫu xáo trộn (disturbed samples) và bỏ qua đối với mẫu nguyên trạng (intact samples). Phần trăm cuội và tảng lăn so với tổng mẫu nên được ước tính theo thể tích và ghi chú lại. Ước tính phần trăm, theo khối lượng khô, của sỏi, cát và hạt mịn (fines). Các phần trăm nên được ước tính đến bội số 5% gần nhất và tổng các phần trăm phải bằng 100%. Nếu gặp một loại đất nhưng hàm lượng của nó nhỏ hơn 5%, nên sử dụng thuật ngữ “vết” (trace) để chỉ sự hiện diện của nó. Thành phần được mô tả là “vết” thì không được tính vào tổng 100%.

1-3.2.2.1 Nhận dạng Đất hạt mịn (Fine-Grained Soils)

Việc nhận dạng đất hạt mịn dựa trên kết quả của các thí nghiệm cường độ khô (dry strength), độ trương nở (dilatancy), độ dai (toughness), và tính dẻo (plasticity).

Thí nghiệm cường độ khô (Dry strength test): Thí nghiệm này nên được thực hiện bằng một viên đất hình cầu có đường kính 0.5 in. Viên đất cần được phơi khô trong không khí hoặc sấy khô bằng phương pháp nhân tạo ở nhiệt độ không vượt quá 140°F. Sau khi sấy khô, viên đất được bóp vỡ giữa các ngón tay và cường độ được phân loại như sau:

1. Không có (None): Nếu mẫu khô vỡ vụn thành bột chỉ với áp lực nhẹ khi cầm nắm.
2. Thấp (Low): Nếu mẫu khô vỡ vụn thành bột với một ít lực từ ngón tay.
3. Trung bình (Medium): Nếu mẫu khô vỡ thành các mảnh hoặc vụn ra khi dùng lực ngón tay đáng kể.
4. Cao (High): Nếu mẫu khô không thể bị làm vỡ bằng lực ngón tay, nhưng sẽ vỡ thành các mảnh khi ép giữa ngón cái và một bề mặt cứng.
5. Rất cao (Very high): Nếu mẫu khô không thể bị làm vỡ ngay cả khi ép giữa ngón cái và một bề mặt cứng.

Độ giãn nỡ (Dilatancy): Thí nghiệm này được thực hiện bằng một viên đất hình cầu đường kính 0.5 in, nặn đến trạng thái mềm nhưng không dính. Viên đất được làm nhẵn trong lòng bàn tay bằng lưỡi dao hoặc một cái bay nhỏ. Sau đó bàn tay được lắc theo phương ngang và đập mạnh vào bàn tay còn lại nhiều lần. Cần ghi nhận phản ứng nước xuất hiện trên bề mặt. Sau đó đất được ép chặt bằng cách nắm tay lại hoặc bóp giữa các ngón tay, và ghi nhận phản ứng của nước. Độ trương nở được phân loại như sau:

1. Không (None), nếu không quan sát thấy sự thay đổi rõ rệt nào trên mẫu,
2. Chậm (Slow), nếu nước xuất hiện chậm trên bề mặt mẫu trong khi lắc và không biến mất hoặc biến mất chậm khi ép, hoặc
3. Nhanh (Rapid), nếu nước xuất hiện nhanh trên bề mặt mẫu trong khi lắc và biến mất nhanh khi ép.

Độ dai (Toughness): Thí nghiệm này được thực hiện sau khi hoàn thành thí nghiệm độ trương nở và sử dụng cùng mẫu đất. Mẫu thí nghiệm được lăn bằng tay trên một bề mặt nhẵn thành một sợi có đường kính khoảng 1/8 in. Mẫu được gập lại, nhào trộn lại, và lăn lại nhiều lần cho đến khi sợi đất bị gãy ở đường kính khoảng 1/8 in, nghĩa là đất đang ở gần giới hạn dẻo (plastic limit). Độ dai của đất được phân loại như sau:

1. Thấp (Low), nếu chỉ cần áp lực nhẹ để lăn sợi đất đến gần giới hạn dẻo và sợi đất cùng khối đất đều yếu và mềm,
2. Trung bình (Medium), nếu cần áp lực trung bình để lăn sợi đất đến gần giới hạn dẻo và sợi đất cùng khối đất có độ cứng trung bình, hoặc
3. Cao (High), nếu cần áp lực đáng kể để lăn sợi đất đến gần giới hạn dẻo và sợi đất cùng khối đất có độ cứng rất cao.

Tính dẻo (Plasticity): Tính dẻo của đất được phân loại dựa trên các quan sát thực hiện trong quá trình thí nghiệm độ dai, như sau:

1. Không dẻo (Nonplastic), nếu không thể lăn được sợi đất đường kính 1/8 in ở bất kỳ độ ẩm nào,
2. Thấp (Low), nếu sợi đất chỉ có thể lăn được một cách khó khăn và khối đất không thể vo thành cục khi khô hơn giới hạn dẻo,
3. Trung bình (Medium), nếu sợi đất dễ lăn và không cần nhiều thời gian để đạt đến giới hạn dẻo, nếu sợi đất không thể lăn lại sau khi đạt giới hạn dẻo, và khối đất vỡ vụn khi khô hơn giới hạn dẻo, hoặc
4. Cao (High), nếu cần nhiều thời gian lăn và nhào để đạt đến giới hạn dẻo, nếu sợi đất có thể lăn lại nhiều lần sau khi đạt giới hạn dẻo, và khối đất có thể vo thành cục mà không vỡ vụn khi khô hơn giới hạn dẻo.

Sau khi thực hiện các thí nghiệm này, phân loại đất hạt mịn vô cơ bằng cách sử dụng thông tin trong Bảng 1-2. Nếu đất chứa đủ hàm lượng vật liệu hữu cơ, nhận dạng đất là đất hữu cơ, OL/OH. Đất hữu cơ thông thường có màu nâu đến đen và có mùi hữu cơ nhất định. Đất hữu cơ thông thường sẽ không có độ dai hoặc tính dẻo cao, và sợi đất trong thí nghiệm độ dai sẽ có tính xốp (spongy).

Bảng 1-3 Phân loại đất hạt mịn

Ký hiệu đất	Cường độ khô (Dry strength)	Độ giãn nỡ (Dilatancy)	Độ dai và tính dẻo
ML	Không có đến thấp	Chậm đến nhanh	Thấp hoặc không vê được thỏi đất
CL	Trung bình đến cao	Không có đến chậm	Trung bình
MH	Thấp đến trung bình	Không có đến chậm	Thấp đến trung bình
CH	Cao đến rất cao	Không có	Cao

Đối với đất hạt mịn có ước tính phần trăm cát, sỏi, hoặc cả hai, thuật ngữ “lẫn cát” (with sand) hoặc “lẫn sỏi” (with gravel) — tùy loại nào chiếm ưu thế hơn — nên được thêm vào tên nhóm đất. Nếu phần trăm cát và sỏi bằng nhau, sử dụng thuật ngữ “lẫn cát” (with sand). Đối với đất hạt mịn có ước tính phần trăm cát, sỏi, hoặc cả hai lớn hơn 30%, các từ “có tính cát” (sandy) hoặc “có tính sỏi” (gravelly) nên được thêm vào tên nhóm đất, tùy loại nào chiếm ưu thế hơn. Nếu phần trăm cát và sỏi bằng nhau, sử dụng từ “có tính cát” (sandy).

1-3.2.2.2 Nhận dạng đất hạt thô (Identification of Coarse-Grained Soils).

Đối với đất hạt thô, việc nhận dạng chỉ dựa trên quan sát trực quan. Phân loại đất là sỏi hoặc cát tùy theo loại nào chiếm ưu thế hơn. Đất được coi là sỏi sạch (clean gravel) hoặc cát sạch (clean sand) nếu phần trăm hạt lọt qua sàng #200 (75 μm) nhỏ hơn 5%. Nếu đất có dải kích thước hạt rộng và có lượng đáng kể các cỡ hạt trung gian, đất được coi là sỏi hoặc cát cấp phối tốt (well-graded) (GW hoặc SW, tương ứng). Nếu không, đất được coi là sỏi hoặc cát cấp phối kém (poorly-graded) (GP hoặc SP, tương ứng).

Đối với đất có 10% hạt mịn, nên sử dụng hệ phân loại kép (dual classification). Bộ ký hiệu thứ nhất gồm các ký hiệu sỏi sạch hoặc cát sạch (GW, GP, SW, hoặc SP), theo sau là bộ ký hiệu sỏi

hoặc cát lẫn hạt mịn (GC, GM, SC, hoặc SM). Tên nhóm nên gồm tên của bộ ký hiệu thứ nhất, theo sau là các từ “lẫn sét” (with clay) hoặc “lẫn bột” (with silt) để chỉ loại hạt mịn.

Nếu đất có 15% hoặc nhiều hơn hạt mịn, đất được nhận dạng là sỏi lẫn sét (clayey gravel) (GC) hoặc cát lẫn sét (clayey sand) (SC), nếu hạt mịn là sét theo xác định ở mục trước, hoặc sỏi lẫn bột (silty gravel) (GM) hoặc cát lẫn bột (silty sand) (SM) nếu hạt mịn là bột.

Đối với sỏi hoặc cát có ước tính 15% hoặc nhiều hơn các hạt thô loại khác, nên thêm các từ “lẫn sỏi” (with gravel) hoặc “lẫn cát” (with sand). Nếu mẫu chứa cuội, tảng lăn, hoặc cả hai, nên thêm các từ “lẫn cuội” (with cobbles), “lẫn tảng lăn” (with boulders), hoặc “lẫn cuội và tảng lăn” (with cobbles and boulders) vào tên nhóm.

1-3.2.3 Ví dụ.

Dưới đây là một vài ví dụ về mô tả trực quan và nhận dạng (ASTM D2488):

1. Cuội sỏi cấp phối kém lẫn cát (GW): Khoảng 80% sỏi góc cạnh, cứng, cỡ trung đến thô; khoảng 20% cát hơi góc cạnh, cứng, cỡ mịn đến thô; một lượng rất ít hạt mịn; kích thước hạt lớn nhất 70 mm, màu xám ẩm; không phản ứng với HCl.
2. Cát bụi lẫn cuội sỏi (SM): Khoảng 65% cát chủ yếu cỡ trung đến mịn; khoảng 20% hạt mịn dạng bụi có tính dẻo thấp, độ bền khô thấp, dilatancy thấp và độ dai thấp; khoảng 15% sỏi mịn, cứng, tròn cạnh, có vài hạt cỡ sỏi bị nứt vỡ khi đập bằng búa; kích thước hạt lớn nhất 1.5 in (38 mm); phản ứng yếu với HCl.
3. Đất hữu cơ (OL/OH): Khoảng 100% hạt mịn, có tính dẻo thấp, dilatancy chậm, độ bền khô thấp và độ dai thấp; ướt, màu đen, có mùi hữu cơ; phản ứng mạnh với HCl.
4. Cuội sỏi cấp phối tốt lẫn sét, cát, cuội và tảng đá (GW-GC): Khoảng 70% sỏi cỡ trung đến thô, cứng, tròn cạnh đến hơi góc cạnh; khoảng 20% cát mịn, cứng, tròn cạnh đến hơi góc cạnh; khoảng 10% hạt mịn là sét dẻo thấp; ẩm, màu xám đậm; không phản ứng với HCl; mẫu nguyên dạng ngoài hiện trường có khoảng 5% (theo thể tích) cuội cứng, tròn cạnh và một lượng rất ít tảng đá cứng, tròn cạnh, với kích thước lớn nhất là 18 in (450 mm).

1-3.3 Hệ thống phân loại đất thống nhất – USCS (ASTM D2487).

Hệ thống phân loại đất thống nhất (USCS) là hệ thống phân loại được sử dụng phổ biến nhất đối với đất trong cộng đồng kỹ thuật. Mục này dựa trên USCS như được trình bày trong ASTM D2487. Hệ thống phân loại này gồm ba nhóm chính: đất hạt thô, đất hạt mịn và đất hữu cơ cao, và được chia nhỏ thêm thành 15 nhóm đất. Để sử dụng hệ thống phân loại này, cần biết thành phần cấp phối hạt (ASTM D6913) của phần vật liệu lọt sàng 3 in (75 mm), cũng như giới hạn chảy và chỉ số dẻo (ASTM D4318) của phần vật liệu lọt sàng No. 40 (425 µm). Các nhóm khác nhau trong hệ thống phân loại này được xây dựng để có sự tương quan khái quát với ứng xử kỹ thuật của đất.

Thành phần cấp phối hạt là cần thiết đối với các loại đất có 10% hạt thô trở lên, và có thể được ước lượng đối với đất có ít hơn 10% hạt thô. Giới hạn chảy và chỉ số dẻo là bắt buộc đối với đất có 15% hoặc nhiều hơn hạt mịn, còn độ dẻo có thể được ước lượng đối với đất có từ 5% đến dưới 15% hạt mịn như mô tả trong Mục 1-3.2.2.1. Đối với đất có ít hơn 5% hạt mịn, không cần xác định độ dẻo.

(một số thuật ngữ kỹ thuật)

Unified Soil Classification System (USCS): Hệ thống phân loại đất thống nhất.
Grain-size distribution: Thành phần hạt (hoặc Sự phân bố kích thước hạt).
Coarse-grained soils / Fine-grained soils: Đất hạt thô / Đất hạt mịn.
Liquid limit (LL) / Plasticity index (PI): Giới hạn chảy / Chỉ số dẻo.
Engineering behavior: Đặc tính kỹ thuật (hoặc Hành vi kỹ thuật).
Fines: Hạt mịn (vật liệu lọt sàng số 200).

1-3.3.1 Phân loại đất hạt mịn.

Sử dụng giới hạn chảy và chỉ số dẻo để phân loại đất vô cơ thành đất sét ít dẻo (CL), đất sét dẻo cao (CH), đất bụi (ML), đất bụi đàn hồi (MH), hoặc đất sét pha bụi (CL-ML) theo Hình 1-2. Đối với các loại đất sẫm màu có mùi hữu cơ, cần thực hiện hai thí nghiệm giới hạn chảy trên đất: một thí nghiệm trước khi sấy, và một thí nghiệm thứ hai sau khi sấy khô trong tủ ở 110 ± 5°C. Đất được xem là đất bụi hữu cơ hoặc đất sét hữu cơ nếu giới hạn chảy của vật liệu đã sấy khô trong tủ nhỏ hơn 75% giới hạn chảy của vật liệu trước khi sấy trong tủ. Phân loại đất hữu cơ là đất bụi hữu cơ hoặc đất sét hữu cơ OL hoặc OH tùy theo vị trí của giới hạn chảy và chỉ số dẻo của vật liệu chưa sấy trong tủ trên Hình 1-2.

Nếu đất mịn chứa từ 30% trở lên lượng hạt đọng lại trên sàng số 200 (75 \(\mu m\)), các từ “gravelly” (có sỏi) hoặc “sandy” (có cát) nên được thêm vào tên nhóm dựa trên loại hạt nào chiếm ưu thế trong phần hạt thô. Đối với các loại đất có tỷ lệ cát và sỏi bằng nhau, hãy sử dụng từ “sandy”.

Nếu phần hạt thô nhỏ hơn 30% nhưng lớn hơn hoặc bằng 15%, các cụm từ “with gravel” (với sỏi) hoặc “with sand” (với cát) nên được thêm vào tên nhóm tùy thuộc vào loại nào chiếm ưu thế. Đối với các loại đất có tỷ lệ cát và sỏi bằng nhau, hãy sử dụng cụm từ “with sand”.

Một số tính chất của đất mịn thường liên quan đến đặc tính dẻo của đất. Hình 1-3 mô tả cách mà giới hạn chảy (liquid limit) và chỉ số dẻo (plasticity index) ảnh hưởng đến tính nén lún, tính thấm, độ dai ở giới hạn dẻo và cường độ khô của đất mịn.

(tóm tắt quy tắc đặt tên theo tỷ lệ hạt thô):

Tỷ lệ hạt thô (đọng trên sàng số 200)	Điều kiện hạt ưu thế	Từ/Cụm từ thêm vào tên nhóm
\(\ge\) 30%	Sỏi > Cát	Gravelly (có sỏi)
\(\ge\) 30%	Cát \(\ge\) Sỏi	Sandy (có cát)
15% \(\le\) X < 30%	Sỏi > Cát	With gravel (với sỏi)
15% \(\le\) X < 30%	Cát \(\ge\) Sỏi	With sand (với cát)

1-3.3.2 Phân loại đất hạt thô.

Đất hạt thô có hơn 50% phần hạt thô bị giữ lại trên sàng No. 4 (4.75 mm) thì được phân loại là sỏi, ngược lại thì là cát. Dựa trên đường cong phân bố cỡ hạt, tính các đại lượng sau để xác định đất là cấp phối tốt (well-graded) hay cấp phối kém (poorly-graded):

\[
C_u=\frac{D_{60}}{D_{10}}
\tag{1-1}
\]

và

\[
C_c=\frac{D_{30}^{2}}{D_{60}\times D_{10}}
\tag{1-2}
\]

trong đó:
\(\qquad D_{60}, D_{30}\), và \(D_{10}\) = đường kính hạt tương ứng với 60%, 30%, và 10% lọt qua trên đường cong phân bố cỡ hạt tích lũy;
\(\qquad C_u\) = hệ số đồng đều;
\(\qquad C_c\) = hệ số độ cong.

Đất hạt thô được phân loại là cấp phối tốt nếu (well-graded) \(C_u\) lớn hơn hoặc bằng 4.0 đối với sỏi hoặc lớn hơn 6.0 đối với cát, và \(C_c\) ít nhất bằng 1.0 nhưng không lớn hơn 3.0. Nếu không, đất được phân loại là cấp phối kém (poorly-graded).

Đất hạt thô có dưới 5% lọt sàng No. 200 (75 µm) được coi là đất sạch và được phân loại là sỏi cấp phối tốt (GW), cát cấp phối tốt (SW), sỏi cấp phối kém (GP), hoặc cát cấp phối kém (SP).

Đối với đất hạt thô có hơn 12% hạt mịn, việc phân loại phần hạt mịn cần được xác định bằng biểu đồ dẻo trong Hình 1-2. Nếu không đủ hạt mịn để thực hiện các thí nghiệm tính dẻo, thì việc phân loại phần hạt mịn phải được hoàn thành như mô tả trong Mục 1-3.2.2.1. Phân loại đất là sỏi bụi hoặc cát bụi (GM hoặc SM, tương ứng) nếu phần hạt mịn được phân loại là bụi. Phân loại đất là sỏi sét hoặc cát sét (GC hoặc SC, tương ứng) nếu phần hạt mịn được phân loại là sét. Nếu phần hạt mịn này nằm trong vùng đất sét pha bụi (CL-ML), thì phân loại đất là sỏi bụi sét (GC-GM) hoặc cát bụi sét (SC-SM).

Đối với đất hạt thô có hàm lượng hạt mịn từ 5% đến 12%, cần sử dụng phân loại kép. Ký hiệu nhóm thứ nhất tương ứng với sỏi hoặc cát có dưới 5% hạt mịn (GW, GP, SW, hoặc SP), và ký hiệu thứ hai tương ứng với sỏi hoặc cát có trên 12% hạt mịn (GC, GM, SC, hoặc SM). Tên nhóm được tạo thành từ tên của ký hiệu nhóm thứ nhất, tiếp theo là các cụm “with clay” (với sét) hoặc “with silt” (với bụi) tùy theo đặc trưng của phần hạt mịn. Nếu phần hạt mịn này nằm trong vùng đất sét pha bụi, CL-ML, thì ký hiệu nhóm thứ hai sẽ là GC hoặc SC và cụm “with silty clay” (với sét bụi) sẽ được dùng trong tên.

Nếu đất chủ yếu là cát hoặc sỏi nhưng chứa 15% hoặc nhiều hơn thành phần hạt thô còn lại, thì cần thêm các từ “with gravel” (với sỏi) hoặc “with sand” (với cát) vào tên nhóm. Đối với đất có cuội và tảng đá, cần thêm các cụm “with cobbles” (với đá cuội), “with boulders” (với đá tảng), hoặc “with cobbles and boulders” (với đá cuội và đá tảng) vào tên nhóm.

1-3.3.3 Ví dụ.

Dưới đây là một vài ví dụ về mô tả trực quan và nhận dạng kèm theo phân loại USCS thích hợp (ASTM D2487):

1. Sỏi cấp phối tốt lẫn cát (GW): 71% sỏi góc cạnh, cứng, cỡ mịn đến thô; 25% cát góc cạnh, cứng, cỡ mịn đến thô; 4% hạt mịn; \(C_c = 2.7\), \(C_u = 12.4\).
2. Cát bụi lẫn sỏi (SM): 62% cát chủ yếu cỡ trung; 22% hạt bụi; \(LL = 32\), \(PI = 6\); 16% sỏi mịn, cứng, tròn cạnh; không phản ứng với HCl.
3. Sỏi cấp phối kém lẫn bụi, cát, cuội và tảng đá (GP-GM): 75% sỏi cỡ trung đến thô, cứng, tròn cạnh đến hơi góc cạnh; 19% cát cỡ mịn đến trung, cứng, tròn cạnh đến hơi góc cạnh; 6% hạt mịn dạng bụi (ước lượng); ẩm, màu nâu; không phản ứng với HCl; mẫu hiện trường ban đầu có 7% cuội cứng, hơi tròn và 2% tảng đá cứng, hơi tròn, với kích thước lớn nhất là 18 in (450 mm).

1-3.4 Phân loại đất cho đường bộ (AASHTO).

Hiệp hội Đường bộ và Vận tải các bang Hoa Kỳ (AASHTO) đã xây dựng hệ thống phân loại đất, chủ yếu dùng cho mục đích thiết kế và thi công đường bộ. Hệ thống này phân loại đất thành 12 nhóm dựa trên sự phân bố cỡ hạt, giới hạn chảy, và chỉ số dẻo, chỉ sử dụng phần đất lọt qua sàng 3 in. Mục này dựa trên hệ thống phân loại được trình bày chi tiết trong ASTM D3282.

Một điểm khác biệt quan trọng giữa hệ thống phân loại này và USCS là ranh giới dùng để phân biệt các loại đất khác nhau. Vật liệu hạt thô hoặc hạt rời được xem là mọi loại đất có 35% trở xuống lọt qua sàng No. 200 (75 µm).
\(\qquad \) Cuội sỏi là vật liệu lọt qua sàng 3 in và bị giữ lại trên sàng No. 10 (2.00 mm).
\(\qquad \) Cát thô là vật liệu lọt qua sàng No. 10 (2.00 mm) và bị giữ lại trên sàng No. 40 (0.425 mm).
\(\qquad \) Cát mịn là vật liệu lọt qua sàng No. 40 (0.425 mm) và bị giữ lại trên sàng No. 200 (75 µm).
\(\qquad \) Bụi và sét là mọi vật liệu lọt qua sàng No. 200 (75 µm), trong đó bụi là vật liệu có chỉ số dẻo từ 10 trở xuống, còn sét là vật liệu có chỉ số dẻo lớn hơn 10.

Đất được phân loại theo Bảng 1-5 dưới đây, đọc từ trái sang phải. Đất hữu cơ cao (than bùn – peat hoặc bùn hữu cơ – muck) có thể được phân vào Nhóm A-8. Việc phân loại đất hữu cơ dựa trên quan sát trực quan và không phụ thuộc vào tỷ lệ lọt sàng 75 µm (No. 200), giới hạn chảy, hay chỉ số dẻo. Vật liệu hữu cơ chủ yếu gồm vật chất hữu cơ đã phân hủy một phần, thường có cấu trúc xơ, màu nâu sẫm hoặc đen, và mùi phân hủy. Các vật liệu hữu cơ này không thích hợp để sử dụng trong nền đắp và nền đường. Chúng rất dễ nén lún và có cường độ thấp.

Kết quả phân loại thu được từ bảng trên có thể được hiệu chỉnh bằng cách thêm một chỉ số nhóm; chỉ số này sẽ được ghi trong ngoặc đơn sau ký hiệu nhóm. Chỉ số nhóm được tính theo công thức thực nghiệm sau:

\[
GI=(F-35)\left[0.2+0.005(LL-40)\right]+0.01(F-15)(PI-10)
\tag{1-3}
\]

trong đó:

\(\qquad GI\) = chỉ số nhóm,
\(\qquad F\) = phần trăm lọt sàng No. 200 (75 µm ~ 0.075mm) (chỉ xét các hạt lọt qua sàng 3 in (~75mm)),
\(\qquad LL\) = giới hạn chảy của đất, và
\(\qquad PI\) = chỉ số dẻo của đất.

Chỉ số nhóm phải được báo cáo bằng 0 nếu giá trị tính được là âm, nếu đất là không dẻo, và khi không thể xác định được giới hạn chảy. Đối với đất thuộc các phân nhóm A-2-6 và A-2-7, chỉ số nhóm phải được tính bằng phần thứ hai của công thức (phần có chứa \(PI\)).

1-3.5 Các hệ thống phân loại khác.

Các vùng khác nhau ở Hoa Kỳ và các quốc gia trên thế giới có hệ thống phân loại đất riêng. Dưới đây là danh sách gồm tên quốc gia hoặc vùng tại Hoa Kỳ và tài liệu tiêu chuẩn tương ứng được dùng làm tham chiếu. Danh sách này không nhằm mục đích đầy đủ toàn diện mà chỉ nêu một số ví dụ. Đối với các quốc gia là thành viên Liên minh châu Âu, nếu tiêu chuẩn địa phương được thay thế bằng các tiêu chuẩn ISO có cùng số hiệu với Tiêu chuẩn châu Âu (EN), thì mỗi quốc gia được phép hiệu chỉnh thêm các tiêu chuẩn ISO/EN bằng cách thêm phụ lục miễn là không mâu thuẫn với tiêu chuẩn chính. Mỗi tiêu chuẩn địa phương sẽ có cùng số hiệu với tiêu chuẩn ISO nhưng có ký hiệu quốc gia ở đầu (ví dụ BS đối với tiêu chuẩn Anh). Khi làm việc cho các dự án khác nhau ở những khu vực khác nhau của Hoa Kỳ hoặc trên thế giới, kỹ sư nên khảo sát các tiêu chuẩn và quy chuẩn đang được sử dụng tại khu vực cụ thể đó.

Bảng 1-4 Các hệ thống phân loại đất khác

Quốc gia / Vùng của Hoa Kỳ / Cơ quan	Tài liệu tham chiếu / Tên
Australia	AS 1726
Canada	Hệ thống phân loại đất của Canada
Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO)	ISO 14688
Occupational Safety and Health Administration (OSHA)	1926 Subpart P App A
New Orleans	Tài liệu nội bộ của USACE New Orleans District
USDA	Hệ phân loại đất USDA

\(\\\)

Bảng 1-5 Hệ thống phân loại đất AASHTO

Hướng dẫn:Thực hiện từ trái sang phải, kiểm tra từng cột. Phân loại được chọn là phân loại đầu tiên thỏa mãn tất cả các tiêu chí trong cột đó.

Phân loại tổng quát

Vật liệu hạt thô (granular) (35% trở xuống lọt sàng No. 200)

Vật liệu hạt mịn (bụi-sét) (hơn 35% lọt sàng No. 200)

Hữu cơ cao

Phân loại nhóm

A-1

A-3

A-2

A-4

A-5

A-6

A-7b

A-8

A-1-a

A-1-b

A-2-4

A-2-5

A-2-6

A-2-7

A-7-5

A-7-6

Phân tích sàng \(\qquad \)Phần trăm lọt sàng: \(\qquad \)   #10 (2 mm) \(\qquad \)   #40 (0.4 mm) \(\qquad \)   #200 (0.075 mm)

≤ 50 ≤ 30 ≤ 15

≤ 50 ≤ 25

≥ 51 ≤ 10

≤ 35

≤ 35

≤ 35

≤ 35

≥ 36

≥ 36

≥ 36

≥ 36

≥ 36

Đặc trưng của phần lọt sàng #40 \(\qquad \) Giới hạn chảy \(\qquad \) Chỉ số dẻo

≤ 6

≤ 6

NPa

≤ 40 ≤ 10

≥ 41 ≤ 10

≤ 40 ≥ 11

≥ 41 ≥ 11

≤ 40 ≤ 10

≥ 41 ≤ 10

≤ 40 ≥ 11

≥ 41 ≥ 11

≥ 41 ≥ 11

Các loại vật liệu thành phần điển hình

Mảnh đá; sỏi và cát

Cát mịn

Sỏi và cát pha bụi hoặc pha sét

Đất bụi

Đất sét

Than bùn hoặc muck

Đánh giá chung làm nền đường

Rất tốt đến tốt

Trung bình đến kém

Không phù hợp

Ghi chú: aNP chỉ đất là “không dẻo”. Đất NP có LL = PL, LL < PL, hoặc PL không xác định được. bDùng tiêu chí sau để chia nhóm A-7: A-7-5 có PI ≤ (LL − 30) và A-7-6 có PI > (LL − 30).

Chỉ số nhóm, GI \(\qquad \qquad \qquad \) GI = (F−35)[0.2+0.005(LL−40)] + 0.01(F−15)(PI−10) Tính chỉ số nhóm như sau: \(\qquad \) trong đó: F = % lọt sàng #200, LL = giới hạn chảy, và PI = chỉ số dẻo. Nếu tính được giá trị âm cho GI, thì báo cáo GI = 0. Ghi chú: Chỉ dùng hạng tử thứ hai trong phương trình GI cho đất A-2-6 và A-2-7.

\(\\\)

1-3.6 Tên gọi Thông dụng của Đất và Đá

Trong thực tế, một số khu vực có những tên gọi riêng cho các loại đất khác nhau. Một số tên gọi này có thể được xem là cách gọi thông dụng trong cộng đồng kỹ thuật địa kỹ thuật. Dưới đây là danh sách kèm định nghĩa của những tên gọi đất phổ biến nhất được sử dụng trong thực tế.

Adobe: Chỉ các loại đất sét pha cát và đất bụi có tính dẻo trung bình, thường gặp ở các vùng bán khô hạn phía tây nam Hoa Kỳ. Những loại đất này thường được dùng để làm gạch phơi nắng. Tên gọi này cũng được áp dụng cho một số loại đất sét dẻo cao, có hàm lượng sét lớn và tiềm năng trương nở, co ngót cao, thường gặp ở miền tây Hoa Kỳ.

Baby poop: Chỉ một loại đất sét rất mềm nằm ngay phía trên đá vôi trong vùng karst. Thường có màu cam và được hình thành do hòa tan.

Back-packing: Chỉ bất kỳ loại vật liệu nào (thường là vật liệu hạt thô) được dùng để lấp đầy khoảng trống giữa lớp ván chống của hệ tường và bề mặt đá.

Bank-run sand and gravel: Chỉ vật liệu nguyên khai đào lên từ mỏ vật liệu, nhưng chưa được sàng tuyển hoặc tách thành các cấp hạt cụ thể.

Beachrock: Xem reefrock.

Bentonite: Chỉ loại đất sét dẻo cao, chủ yếu gồm montmorillonite, hình thành do phong hóa tro núi lửa, chủ yếu trong điều kiện có nước. Khi khô, nó thường cứng nhưng khi ướt thì trương nở đáng kể. Loại đất sét này thường được dùng với nước làm dung dịch khoan và làm lớp lót trong bãi chôn lấp.

Black cotton soil: Chỉ loại đất trương nở màu đen thường gặp ở Ấn Độ. Tên gọi này xuất phát từ việc loại đất này phổ biến ở những vùng mà cây trồng chính là bông.

Blow sand: Thuật ngữ thường dùng cho cát do gió thổi hoặc cát bay.

Blue Marl: Tên gọi dành cho một loại đất sét màu xanh lam-xanh lục có niên đại Miocene, có thể gặp dọc theo tuyến từ Richmond đến Maryland. Loại đất này được xem là có tính axit, thường có pH nhỏ hơn 4.0, và có thể ảnh hưởng đến chất lượng nước cũng như cản trở đời sống thực vật hoặc thủy sinh.

Bog: Chỉ vùng đất ngập nước phủ than bùn, có mực nước ngầm cao và tích tụ thực vật chết, chẳng hạn như sphagnum. Nhìn chung loại đất này nghèo dinh dưỡng và có tính axit.

Boney ground: Nền đất chứa lượng đáng kể cuội sỏi lớn, cuội và tảng đá.

Boulder clay: Thuật ngữ địa chất dùng để chỉ các loại đất sét hình thành từ băng tích trôi (glacial drift) chưa chịu tác động phân loại của nước, ולכן chứa các hạt từ kích thước tảng đá đến kích thước sét. Boulder clays cũng được gọi là tills.

Breaker run: Đá nghiền có lẫn các hạt sét, dùng để chỉ đá vỡ kích thước lớn thu được trong quá trình khai thác đá hoặc khai khoáng.

Buckshot: Thuật ngữ dùng cho các loại đất sét ở miền nam và tây nam Hoa Kỳ, khi khô sẽ nứt thành các cục nhỏ, cứng, có kích thước tương đối đồng đều. Các cục này thường có kích thước như hạt đạn ghém (buckshot), và khi ướt thì đất rất dính.

Bull’s liver: Tên gọi dành cho một loại đất bụi vô cơ hoặc cát pha bụi, thường gặp ở khu vực thành phố New York. Tên gọi Bull’s liver xuất phát từ màu đỏ của nó và đặc tính ứng xử giống như thạch khi chịu rung động.

Bull’s Tallow hoặc Bull Tallow clay: Chỉ loại đất sét dẻo cao màu vàng nâu hoặc xám, thường gặp trong các lớp tương đối mỏng ngay trên lớp đá phong hóa một phần hoặc đá gốc ở khu vực Charlotte, bang North Carolina. Loại đất sét này thường có tiềm năng co ngót và trương nở cao.

Caliche: Chỉ loại đá trầm tích hình thành trong khí hậu khô hạn và bán khô hạn, trong đó các hạt đất như sỏi, cát, sét và bụi được gắn kết và phủ bởi carbonate (thường là calcium carbonate hoặc magnesium carbonate). Mức độ gắn kết thay đổi đáng kể trong cùng một trầm tích. Đất thường có màu nhạt và thường xuất hiện các kết hạch màu nhạt với nhiều kích cỡ khác nhau tùy thuộc mức độ phát triển của phẫu diện đất. Độ đặc chắc của caliche thay đổi từ đá mềm đến đất cứng chắc.

Chip: Tên gọi dành cho các mảnh đá góc cạnh nghiền vỡ có kích thước nhỏ hơn vài centimet.

Coffee grounds: Loại đất hình thành từ đầm lầy nước ngọt đã khô trong nhiều thập kỷ và đã phân hủy đến mức có màu đen, trơ, không có tính dẻo. Nó có màu đen và dạng hạt ngay cả khi ướt.

Colluvium: Đất rời lắng đọng ở chân dốc.

Coquina: Đá trầm tích mềm, rỗng xốp, chủ yếu là đá vôi, được cấu tạo phần lớn từ vỏ sò, san hô và hóa thạch được gắn kết với nhau, với các hạt có kích thước trung bình 0.079 in (2 mm) hoặc lớn hơn.

Desert varnish: Còn gọi là patina, rock varnish hoặc rock rust. Gồm một lớp phủ khoáng mỏng, màu đỏ sẫm đến đen, có trên bề mặt cuội sỏi và đá ở các vùng khô hạn.

Diatomaceous earth: Đá trầm tích silic mềm, thường vụn thành bột. Khi bị nghiền vụn, các hạt có dạng bụi và chứa lượng lớn diatom, tức bộ khung silic của các sinh vật biển hoặc nước ngọt cực nhỏ.

Dispersive clays: Các loại đất sét này chứa tỷ lệ sodium hòa tan cao trong nước lỗ rỗng. Khi các loại đất này tiếp xúc với nước, các hạt sét bị phá vỡ cấu trúc bông tụ (deflocculate, tức là tách rời), khiến đất rất dễ bị xói mòn.

Fibric peat: Than bùn mà trong đó các sợi thực vật ban đầu chỉ bị phân hủy nhẹ và chứa từ 67% sợi trở lên.

Fill: Bất kỳ trầm tích đất nhân tạo nào. Nó có thể dao động từ đất không chứa vật chất hữu cơ và được đầm chặt cẩn thận đến các khối tích tụ không đồng nhất của rác và mảnh vụn.

Fuller’s earths: Các loại đất có khả năng hấp phụ chất béo hoặc chất nhuộm. Những loại đất này có khả năng làm mất màu dầu hoặc các chất lỏng khác mà không cần xử lý hóa học. Chúng thường là các loại đất sét trầm tích dẻo cao.

Glacial till: Xem boulder clay.

Glassified sand: Thuật ngữ dùng để chỉ bề mặt đất sau một trận cháy rừng lớn.

Goonies: Tên gọi dành cho các hòn cuội nằm lơ lửng trong nền đất.

Grove sand: Xem sugar sand.

Gumbo: Theo Sowers (1979), chỉ loại đất sét hạt mịn, dẻo cao ở thung lũng Mississippi. Nó có cảm giác dính, nhờn và tạo thành các khe nứt co ngót lớn khi khô.

Gyp or gip soil: Chỉ đất thạch cao (hoặc đất có chứa thạch cao) hay đất caliche.

Hardpan: Thường dùng để chỉ một lớp đất đã trở nên cứng như đá do các khoáng vật gắn kết, không trở nên dẻo khi trộn với nước và tương đối không thấm. Tên gọi này cũng đã được áp dụng cho bất kỳ lớp đất cứng hoặc quá cố kết nào khó đào. Do tính mơ hồ này, Sower (1979) khuyến nghị kỹ sư nên tránh dùng thuật ngữ này vì nhiều vụ kiện đã xoay quanh ý nghĩa của nó. Tên gọi này hàm ý một trạng thái của đất hơn là một loại đất.

Humus: Chỉ vật liệu màu nâu hoặc đen được tạo thành do sự phân hủy một phần của vật chất thực vật hoặc động vật. Đây là phần hữu cơ của đất.

Kaolin: Chỉ loại đất sét màu trắng hoặc hồng, dẻo thấp. Nó được cấu tạo chủ yếu từ các khoáng vật thuộc họ kaolinite.

Laterites: Chỉ các loại đất tàn dư giàu sắt, hình thành trong khí hậu nóng ẩm (vùng nhiệt đới). Tác dụng gắn kết của các oxide sắt và các oxide nhôm ngậm nước làm cho laterites khô trở nên cực kỳ cứng. Hàm lượng oxide sắt cao làm cho gần như tất cả laterites có màu đỏ gỉ sắt. Chúng thường được hình thành sau quá trình phong hóa mạnh của đá mẹ.

Ledge: Tên gọi dùng cho đá gốc ở bang Vermont, và đôi khi ở New Hampshire.

Loam: Chỉ loại đất bụi pha cát hoặc cát pha bụi dẻo thấp, trộn với vật chất hữu cơ, rất thích hợp cho canh tác. Chủ yếu áp dụng cho lớp đất bề mặt trên cùng và không nên dùng để mô tả các trầm tích sâu của vật liệu đá mẹ. Đây là một loại đất chính trong hệ thống USDA.

Marl: Chỉ đá trầm tích calcium carbonate hoặc đá trầm tích giàu vôi. Nó chủ yếu gồm hỗn hợp cát, bụi hoặc sét. Marls thường có màu xám nhạt đến xám đậm hoặc xanh lục nhạt, và đôi khi chứa vật chất hữu cơ dạng keo.

Montmorillonite: Một nhóm khoáng vật sét rất mịn có tính trương nở và co ngót rất lớn. Thường hình thành từ các hoạt động núi lửa hoặc nhiệt dịch. Bentonite là một dạng của montmorillonite.

Muskeg: Chỉ than bùn gặp ở Bắc Mỹ. Theo Sowers (1979), các bog mà trong đó có than bùn hình thành thường được gọi là muskegs.

Peat: Chỉ loại đất hữu cơ có cấu trúc sợi, phân hủy một phần và rất dễ nén lún. Peats có màu nâu sẫm hoặc đen.

Pit-run sand and gravel: Xem bank run.

Pluff mud: Chỉ loại bùn có mùi và rất mềm, thường gặp ở South Carolina.

Recycled concrete aggregate (RCA): Bê tông đường hoặc bê tông kết cấu đã được tái chế. Bê tông thường được gia công và sàng tuyển. Quá trình gia công gồm việc nghiền bê tông thành các mảnh nhỏ hơn. Mọi cốt thép còn sót lại được loại bỏ bằng nam châm. Loại vật liệu này rất phổ biến như một vật thay thế cho cốt liệu đá tự nhiên.

Recycled or reclaimed asphalt pavement (RAP): Thuật ngữ dùng để chỉ lớp mặt đường asphalt đã được bóc dỡ. Khi được xử lý đúng cách, nó gồm các cốt liệu chất lượng cao, cấp phối tốt, được phủ asphalt cement.

Recycled or reclaimed asphalt shingles (RAS): Tấm lợp asphalt tái chế được dùng làm cốt liệu cho bê tông asphalt trộn nóng. Tùy theo chất lượng, vật liệu này có thể làm giảm chi phí của hỗn hợp asphalt mới và giảm lượng cốt liệu mịn dùng trong hỗn hợp.

Recycled pavement material (RPM): Hỗn hợp được nghiền vụn của asphalt và vật liệu lớp móng, thường tạo thành một vật liệu có cấp phối rộng.

Reefrock: Các trầm tích san hô được gắn kết.

Riprap: Vật liệu cỡ tảng đá, thường được bố trí để gia cường công trình chống lại xói lở, tác động của sóng và xói mòn.

Riverjack: Tên gọi thường dùng cho cuội và tảng đá có nguồn gốc phù sa.

Rock dirt combination (RDC): Thuật ngữ địa phương dùng ở khu vực Harrisonburg, bang Virginia, để chỉ vật liệu từ mỏ đá gồm hỗn hợp đất phủ và đá.

Rock flour: Đất hạt mịn với các hạt cỡ silt được tạo thành do đá gốc bị sông băng mài nghiền.

Shale: Chỉ loại đá trầm tích hạt mịn gồm các hạt bụi và sét. Loại đá này thường tách vỡ theo các lớp mỏng và có thể bị nhão rã khi chịu các chu kỳ ướt-khô.

Shot rock: Chỉ vật liệu từ mỏ đá chưa được sàng tuyển. Nó bao gồm mọi thứ có thể xúc lên được (từ cát mịn đến các tảng đá nhỏ) sau một đợt nổ mìn trong mỏ. Đây cũng là tên gọi dùng cho riprap, mặc dù riprap thường được sàng tuyển và phân cỡ.

Slickensided clay: Tên gọi dành cho đất sét đã trải qua chuyển vị lặp lại hoặc đủ lớn dọc theo một khe nứt hoặc mặt phá hoại, làm cho bề mặt trở nên nhẵn và bóng.

Stone: Các hạt cỡ sỏi được tạo ra bằng cách nghiền đá.

Sugar sand: Tên gọi địa phương cho một loại đất cát mịn gặp ở New Jersey. Tại Kansas, thuật ngữ này chỉ một loại caliche hạt rời gặp ở các hạt Ness và Hodgeman. Ngoài ra, thuật ngữ này cũng có thể chỉ một loại cát mịn thường gặp ở Florida, loại này giữ nước hoặc dinh dưỡng rất kém. Nó thường là cát vừa và/hoặc cát mịn do gió thổi, cấp phối kém, không dẻo. Nó thường chứa silt không dẻo.

Till: Xem boulder clay.

Tire derived aggregate (TDA): Chỉ vật liệu xây dựng nhẹ thu được bằng cách băm hoặc cắt nhỏ lốp xe phế thải. Kích thước hạt thường dao động từ 0.5 in (12.7 mm) đến 12 in (304.8 mm). TDA đã được sử dụng trong nhiều dự án, gồm nền đắp nhẹ, sửa chữa hoặc ổn định trượt đất, bãi chôn lấp, vật liệu lấp sau tường chắn, đường, giảm rung, v.v.

Topsoil: Lớp đất trên cùng và ngoài cùng nâng đỡ sự sống thực vật. Thường chứa lượng đáng kể vật chất hữu cơ.

Trap: Bao gồm mọi loại đá xâm nhập hạt mịn, không phải granit, có màu sẫm. Loại đá trap phổ biến nhất là basalt, nhưng cũng bao gồm peridotite, diabase và gabbro.

Tuff: Chỉ loại đá mềm, rỗng xốp, được tạo thành từ tro núi lửa đã gắn kết.

Varved clays: Các trầm tích gồm các lớp mỏng xen kẽ của bụi và sét. Theo Sowers (1979), mỗi cặp lớp bụi và sét dày từ 1/8 in (3.2 mm) đến 1/2 in (12.7 mm). Các loại đất này là kết quả của sự lắng đọng trong hồ trong các thời kỳ mực nước của các dòng chảy cấp nước vào hồ luân phiên cao và thấp, và thường được hình thành trong các hồ băng hà.

1-4 MÔ TẢ TRỰC QUAN VÀ PHÂN LOẠI ĐÁ

1-4.1 Định nghĩa.

Azimuth (góc phương vị): Góc của một đặc điểm được đo từ hướng Bắc ở 0° trong hệ tọa độ cầu.

Bedding (phân lớp): Các mặt phẳng giữa các vật liệu khác nhau do quá trình lắng đọng, thường gặp trong đá trầm tích.

Dip (góc dốc): Góc mà bề mặt đá tạo với mặt phẳng nằm ngang.

Flow banding (dải chảy): Chỉ các lớp phân dải thường thấy trong đá hình thành từ magma.

Foliation (phiến hóa): Chỉ cấu trúc phân lớp của các khoáng vật trong đá được tạo ra do biến dạng.

Igneous rocks (đá magma): Đá hình thành từ quá trình nguội và đông cứng của magma.

Lamination (phân lớp mỏng): Chuỗi các lớp mỏng ở quy mô nhỏ (thường dày dưới một centimet), thường quan sát được trong đá trầm tích.

Metamorphic rocks (đá biến chất): Đá hình thành do sự biến đổi bởi nhiệt, áp suất, hoặc cả hai từ đá đã có sẵn. Sự biến đổi này có thể làm thay đổi tính chất vật lý và hóa học của đá.

Rock (đá): Khoáng vật rắn tự nhiên hoặc tập hợp khoáng vật, thường được phân loại theo cách thức hình thành.

Rock mass (khối đá): Một khối lớn chứa đá ở trạng thái nguyên khối và phong hóa, kèm theo các gián đoạn cấu trúc như đứt gãy, khe nứt, v.v., có thể xen kẹp với vật liệu đất.

Sedimentary rocks (đá trầm tích): Đá hình thành do sự tích tụ và gắn kết của các hạt nhỏ hơn.

Strike (đường phương): Là đường biểu diễn giao tuyến giữa bề mặt đá và mặt phẳng nằm ngang.

1-4.2 Phân loại Trực quan.

Mẫu đá và các điểm lộ đá có thể được phân loại bằng mắt dựa trên mức độ phong hóa, các gián đoạn cấu trúc (discontinuities), màu sắc và kích thước hạt, độ cứng, và nguồn gốc địa chất.

1-4.2.1 Tên gọi Địa chất và Nguồn gốc.

Bước đầu tiên trong việc phân loại đá bằng mắt là xác định loại đá (ví dụ: đá magma, đá biến chất, hoặc đá trầm tích). Sau đó, tên gọi địa chất và tên gọi địa phương (nếu có) được xác định dựa trên các đặc điểm như kết cấu (texture) và thành phần khoáng vật (mineralogy). Đá magma thường được phân loại theo thành phần khoáng vật, kết cấu và màu sắc, như trình bày trong Bảng 1-6.

Đá biến chất thường được phân loại theo kết cấu và cấu trúc của chúng, như trình bày trong Bảng 1-7. Đá trầm tích thường được phân loại theo việc chúng có nguồn gốc từ trầm tích mảnh vụn (clastic sediments) hay từ kết tủa hóa học/sinh vật (chemical precipitates/organisms), như trình bày trong Bảng 1-8. Các thành phần thứ yếu trong mẫu đá, chẳng hạn như các mạch hoặc dải khoáng vật khác loại, cũng cần được xác định (ví dụ: đá vôi đôlômit, đá cát vôi, đá vôi cát, đá phiến mica).

1-4.2 Phân loại trực quan.

Các mẫu đá và các mặt lộ có thể được phân loại trực quan theo mức độ phong hóa, các mặt gián đoạn, màu sắc và cỡ hạt, độ cứng, và nguồn gốc địa chất.

Bảng 1-6    Phân loại đá đơn giản hóa – Các loại đá magma thông dụng

Màu sắc		Sáng (Felsic)		Trung gian (Intermediate)	Tối (Dark)
Khoáng vật chính		Quartz và Feldspar, ít khoáng vật khác	Feldspar	Feldspar và Hornblende	Augite và Feldspar	Augite, Hornblende, Olivine
Kiến trúc (Texture)	Tinh thể thô, không đều	Pegmatite	Syenite Pegmatite	Diorite Pegmatite	Gabbro Pegmatite
	Tinh thể thô và trung bình	Granite	Syenite	Diorite Dolerite	Gabbro Dolerite	Peridotite Dolerite
	Tinh thể mịn	Aplite(một loại đá magma hạt mịn, thường sáng màu, thành phần thường gần granite)			Diabase
	Aphanitic (kiến trúc ẩn tinh)	Felsite (đá magma sáng màu, hạt rất mịn)			Basalt
	Dạng thủy tinh	Volcanic Glass (thủy tinh núi lửa)			Obsidian
	Rỗng xốp (lỗ khí)	Pumice (đá bọt)		Scoria hoặc vesicular basalt (đá xỉ núi lửa hoặc đá bazan lỗ rỗng)
	Mảnh vụn	Tuff (mịn), Breccia (thô), cinders (biến đổi)

(Quartz và Feldspar là gì?)

Quartz là thạch anh. Đây là một khoáng vật rất phổ biến, cứng, bền, thành phần hóa học là SiO₂.

Feldspar là fenspat. Đây là một nhóm khoáng vật tạo đá rất phổ biến, thường chứa silicat nhôm kết hợp với kali, natri hoặc canxi.

Trong địa chất:

• Quartz (thạch anh) thường trong, trắng sữa, xám; rất cứng.
• Feldspar (fenspat) thường màu trắng, hồng, xám; độ cứng thấp hơn quartz một chút và là thành phần chính của nhiều đá magma.

(Hornblende là gì?)

Đây là một khoáng vật thuộc nhóm amphibole, thường có màu đen hoặc xanh đen, dạng lăng trụ dài, và là khoáng vật tạo đá phổ biến trong nhiều loại đá magma và đá biến chất.

(Augite là gì?)

Augite là augit, một khoáng vật thuộc nhóm pyroxene.

Đặc điểm chung:

• thường có màu đen đến xanh lục đậm
• là khoáng vật tạo đá phổ biến trong nhiều đá magma mafic
• thường gặp trong basalt, gabbro, diabase

(Aphanitic là gì?)

Aphanitic là kiến trúc hạt rất mịn, đến mức không thể nhận ra từng tinh thể bằng mắt thường.

Nói đơn giản:

• đây là kiến trúc của đá magma nguội nhanh
• vì nguội nhanh nên tinh thể không kịp phát triển lớn
• thường gặp ở đá phun trào như basalt

(Olivine là gì?)

Olivine là olivin, một nhóm khoáng vật silicat giàu magie và sắt.

Đặc điểm chung:

• thường có màu xanh ôliu đến xanh lục
• là khoáng vật phổ biến trong đá magma mafic và siêu mafic
• thường gặp trong basalt, gabbro, peridotite

(Pegamatine là gì?)

Pegmatite là đá pegmatit, một loại đá magma có tinh thể rất thô.

Đặc điểm chính:

• hạt khoáng vật rất lớn, thường lớn hơn nhiều so với đá magma thông thường
• thường gồm thạch anh, fenspat, mica
• thường hình thành ở giai đoạn cuối của quá trình kết tinh magma

(Granite → Syenite → Diorite → Gabbro → Peridotite)

Đây là tên các loại đá magma:

• Granite: đá granite / đá hoa cương, đá magma axit, thường màu sáng, hạt trung đến thô.
• Syenite: đá syenite, gần giống granite nhưng ít hoặc không có thạch anh, chủ yếu là fenspat.
• Diorite: đá diorite, đá magma thành phần trung gian, thường gồm fenspat và hornblende.
• Dolerite: đá dolerite (nhiều tài liệu cũng gọi gần với diabase), đá magma mafic, hạt trung bình đến mịn hơn gabbro.
• Gabbro: đá gabbro, đá magma mafic, màu sẫm, hạt thô, thường chứa augit và fenspat.
• Peridotite: đá peridotite, đá magma siêu mafic, rất giàu olivin, màu rất sẫm.

Hiểu nhanh theo xu hướng thành phần:

Granite → Syenite → Diorite → Gabbro → Peridotite
là đi từ sáng hơn, giàu silica hơn sang sẫm hơn, giàu Fe-Mg hơn.

(Aplite, Felsite, Volcanic Glass, Pumice)

Đây là các tên đá/vật liệu núi lửa:

• Aplite: đá aplite, một loại đá magma hạt mịn, thường sáng màu, thành phần thường gần granite.
• Felsite: đá felsite, tên gọi chung cho đá magma sáng màu, hạt rất mịn.
• Volcanic Glass: thủy tinh núi lửa, vật liệu núi lửa có cấu trúc dạng kính do nguội quá nhanh.
• Pumice: đá bọt, đá núi lửa rất rỗng xốp, rất nhẹ, có nhiều lỗ khí.

Nếu dịch ngắn gọn trong bảng:

• Aplite → đá aplite
• Felsite → đá felsite
• Volcanic Glass → thủy tinh núi lửa
• Pumice → đá bọt

(Diabase, Basalt, Obsidian, Scoria, vesicular basalt)

• Diabase: đá diabase, một loại đá magma mafic, hạt mịn đến trung bình. Nhiều tài liệu xem rất gần hoặc gần như đồng nghĩa với dolerite.
• Basalt: đá bazan, đá magma phun trào màu sẫm, hạt rất mịn.
• Obsidian: đá obsidian / đá thủy tinh núi lửa, là thủy tinh núi lửa tự nhiên.
• Scoria: đá xỉ núi lửa, đá núi lửa nhiều lỗ rỗng, sẫm màu hơn đá bọt.
• Vesicular basalt: đá bazan lỗ rỗng, tức basalt có nhiều lỗ khí.

Nếu ghi trong bảng, bạn có thể dịch:

• Diabase → đá diabase
• Basalt → đá bazan
• Obsidian → đá obsidian (thủy tinh núi lửa)
• Scoria or vesicular basalt → đá xỉ núi lửa hoặc đá bazan lỗ rỗng

Phân biệt nhanh:

Obsidian: dạng kính, không phải dạng tinh thể thông thường

Basalt: bazan bình thường

Vesicular basalt: bazan có lỗ khí

Scoria: đá núi lửa xốp, tối màu, nhiều lỗ rỗng

Bảng 1-7    Phân loại đá đơn giản hóa – Các loại đá biến chất thông dụng

Kiến trúc (Texture)	Cấu tạo (Struture)
	Foliated (Phân phiến)		Massive (Khối đặc)
Tinh thể thô (Coarse Crystalline)	Gneiss (đá biến chất hạt thô, thường có cấu tạo dải/phiến rõ)		Metaquartzite (đá metaquartzite, tức quartzite biến chất)
Tinh thể trung bình (Medium Crystalline)	Schist (đá biến chất có cấu tạo phiến rõ, dễ tách theo mặt phiến)	Sericite (một loại mica hạt rất mịn)	Marble (đá marble / đá cẩm thạch, đá biến chất từ đá vôi hoặc dolomite)
		Mica (nhóm khoáng vật dạng phiến)	Quartzite (đá thạch anh, đá biến chất rất giàu thạch anh)
		Talc (khoáng vật rất mềm)	Serpentine (đá hoặc vật liệu giàu khoáng vật serpentine)
		Chlorite (khoáng vật thường màu xanh lục)	Soapstone (đá xà phòng, đá biến chất mềm, thường giàu talc)
Mịn đến vi mô (Fine to Microscopic)	Phyllite (đá biến chất mịn, nằm giữa slate và schist)		Hornfels (đá hornfels, đá biến chất tiếp xúc, hạt mịn, rất rắn chắc)
	Slate (đá phiến sét, đá biến chất hạt rất mịn, dễ tách thành tấm mỏng)		Anthracite Coal (than antraxit, loại than biến chất có hàm lượng carbon cao)

\(\\\)

Bảng 1-8 Phân loại đá đơn giản hóa – Các loại đá trầm tích thông dụng

Nhóm	Cỡ hạt	Thành phần		Tên
Clastic	Chủ yếu là hạt thô	Cuội tròn trong nền hạt trung		Conglomerate
		Mảnh hạt thô góc cạnh, thường khá biến đổi		Breccia
	Hơn 50% là hạt trung	Hạt trung đến thô	Dưới 10% khoáng vật khác	Siliceous sandstone
			Có lượng đáng kể khoáng vật sét	Argillaceous sandstone
			Có lượng đáng kể calcite	Calcareous sandstone
			Trên 25% feldspar	Arkose
			25%-50% feldspar và các khoáng vật sẫm màu hơn	Graywacke
	Hơn 50% là hạt mịn	Hạt quartz mịn đến rất mịn với khoáng vật sét		Siltstone (nếu có phiến mỏng, Shale)
		Khoáng vật sét vi mô	<10% khoáng vật khác	Shale
			Có lượng đáng kể calcite	Calcareous Shale
			Có lượng đáng kể carbon / vật liệu carbonaceous	Carbonaceous Shale
			Có lượng đáng kể chất gắn kết oxide sắt	Ferruginous Shale
Organic	Biến đổi	Calcite và hóa thạch		Fossiliferous Limestone
	Trung bình đến vi mô	Calcite và lượng đáng kể dolomite		Dolomite Limestone hoặc Dolomite
	Biến đổi	Vật liệu carbonaceous		Bituminous coal
Chemical	Vi mô	Calcite		Limestone
		Dolomite		Dolomite
		Quartz		Chert, Flint, v.v.
		Các hợp chất sắt với Quartz		Iron Formation
		Halite		Rock Salt
		Gypsum		Rock Gypsum

\(\\\)

1-4.2.2 Màu sắc và cỡ hạt.

Đá có thể được mô tả theo các màu cơ bản trên bảng màu đá. Bảng màu được dùng phổ biến nhất cho mục đích này tại Hoa Kỳ là bảng màu đá Munsell, gồm 115 mẫu màu và dùng được cho cả mẫu ướt lẫn mẫu khô. Một hệ thống khác cũng thường được dùng là hệ thống do Geological Society of London (1977) công bố.

Hệ thống này dựa trên ba chỉ tiêu mô tả, như có thể thấy trong Bảng 1-9.

Cỡ hạt của đá là kích thước của các hạt nhỏ cấu tạo nên đá. Do bản chất của một số loại đá, có thể cần dùng kính lúp 10X để quan sát mẫu đá. Nhiều tiêu chí về cỡ hạt đã được thiết lập, và không có một tiêu chí nào là tiêu chuẩn hoặc được dùng phổ biến nhất. Ví dụ về các chỉ tiêu mô tả cỡ hạt cho các loại đá khác nhau được nêu trong Bảng 1-10. Một tiêu chí khác do FHWA (2017) trình bày cũng được đưa vào đây trong Bảng 1-11, tiêu chí này tương tự với tiêu chí do Geological Society of London (1977) trình bày.

Bảng 1-9 Các chỉ tiêu mô tả màu đá (Geological Society of London, 1977)

Chỉ tiêu mô tả thứ 1	Chỉ tiêu mô tả thứ 2	Chỉ tiêu mô tả thứ 3
Sáng Tối	Vàng nhạt Màu da bò Ánh cam Ánh nâu Ánh hồng Ánh tím Cam Ôliu Ánh lục Ánh xám	Trắng Vàng Màu da bò Cam Nâu Hồng Đỏ Xanh lam Xanh lục Tím Ôliu Xám Đen

\(\\\)

Bảng 1-10 Các chỉ tiêu mô tả cỡ hạt cho đá

Đá magma và đá biến chất		Đá trầm tích
Mô tả	Đường kính hạt	Mô tả	Đường kính hạt
Hạt thô	> 5 mm	Hạt thô	> 2 mm
Hạt trung	1 đến 5 mm	Hạt trung	0.06 đến 2 mm
Hạt mịn	< 1 mm	Hạt mịn	0.002 đến 0.06 mm
Aphanitic	Quá nhỏ để mắt thường nhận biết	Hạt rất mịn	< 0.002 mm
Dạng thủy tinh	Không phân biệt được dạng hạt

\(\\\)

Bảng 1-11 Tiêu chí xác định cỡ hạt của đá (theo FHWA 2017)

Cỡ hạt	Mô tả	Tiêu chí
< 0.003 in. (< 0.075 mm)	Hạt rất mịn	Không thể phân biệt bằng mắt thường. Rất ít hoặc không có hạt khoáng nào nhìn thấy được bằng kính lúp cầm tay.
0.003 – 0.02 in. (0.075 – 0.425 mm)	Hạt mịn	Chỉ nhìn thấy được một ít ranh giới tinh thể; các hạt khó phân biệt bằng mắt thường nhưng có thể phân biệt phần nào bằng kính lúp cầm tay.
0.02 – 0.8 in. (0.425 – 2 mm)	Hạt trung bình	Phần lớn ranh giới tinh thể có thể nhìn thấy; các hạt có thể phân biệt bằng mắt thường và bằng kính lúp cầm tay.
0.8 – 2 in. (2 – 4.75 mm)	Hạt thô	Có thể nhìn thấy ranh giới tinh thể; các hạt có thể phân biệt bằng mắt thường.
2 in. (> 4.75 mm)	Hạt rất thô	Ranh giới tinh thể nhìn thấy rõ; các hạt có thể phân biệt bằng mắt thường.

(cỡ hạt của đá là thế nào?)

“Kích thước hạt đá” (grain size) ở đây nói về kích thước của từng tinh thể khoáng vật (hạt khoáng) cấu tạo nên đá — chứ không phải kích thước của mảnh đá hay khối đá.

Khi đá magma hoặc đá biến chất hình thành (kết tinh từ magma nguội, hoặc tái kết tinh dưới nhiệt/áp suất), nó gồm nhiều tinh thể khoáng vật riêng lẻ (thạch anh, fenspat, mica…) gắn kết chặt với nhau. Kích thước của các tinh thể đó chính là “grain size” trong bảng này.

Đây là một tiêu chí quan trọng để mô tả và phân loại đá bằng mắt (như Mục 1-4.2), vì kích thước hạt phản ánh tốc độ nguội/kết tinh của đá — nguội chậm (sâu trong lòng đất) tạo hạt lớn, nguội nhanh (trên bề mặt) tạo hạt mịn.

\(\\\)

1-4.2.3 Phong hóa.

Phong hóa là sự suy giảm các tính chất của đá về mặt cơ học hoặc hóa học do tiếp xúc với nước, do thay đổi nhiệt độ, cùng các yếu tố khác. Đá có thể được mô tả là tươi, phong hóa nhẹ, v.v., theo Bảng 1-12 như được International Society of Rock Mechanics (ISRM) chỉ ra. Khi mức độ phong hóa tăng lên, thông thường cường độ, độ cứng, và chất lượng của đá sẽ giảm đi.

Bảng 1-12 Phân loại mức độ phong hóa

Cấp	Ký hiệu	Cấp phong hóa1	Đặc điểm nhận biết
Tươi	F	I	Không có dấu hiệu phân hủy hoặc đổi màu nhìn thấy được; kêu vang khi bị búa gõ.
Phong hóa nhẹ	WS	II	Đổi màu nhẹ từ phía trong các khe nứt hở; ngoài ra tương tự như đá tươi F.
Phong hóa vừa	WM	III	Đổi màu toàn bộ; các khoáng vật yếu hơn như feldspar đã phân hủy; cường độ thấp hơn phần nào so với đá tươi nhưng mẫu lõi không thể bẻ gãy bằng tay hoặc cạo bằng dao; kiến trúc được giữ nguyên.
Phong hóa mạnh	WH	IV	Phần lớn khoáng vật bị phân hủy ở mức độ nhất định; mẫu có thể bị bẻ bằng tay nếu dùng lực hoặc gọt bằng dao; còn các lõi đá trong khối đá; kiến trúc trở nên không rõ nhưng cấu trúc vẫn được bảo tồn.
Phong hóa hoàn toàn	WC	V	Khoáng vật đã phân hủy thành đất nhưng cấu tạo và cấu trúc vẫn được giữ lại (saprolite); mẫu dễ vụn nát hoặc dễ bị xuyên thấu.
Đất tàn dư	RS	V	Mức độ phân hủy rất cao dẫn đến hình thành đất dẻo; cấu tạo và cấu trúc đá bị phá hủy hoàn toàn; biến đổi thể tích lớn.
1 Theo FHWA (2017).

\(\\\)

1-4.2.4 Gián đoạn cấu trúc (Discontinuities).

Khoảng cách giữa các gián đoạn cấu trúc trong đá có thể được mô tả là sát nhau, thưa, v.v., theo Bảng 1-13. Các đặc trưng cấu trúc của khối đá có thể được mô tả là phân lớp dày hoặc phân lớp mỏng, theo Bảng 1-13. Tùy theo yêu cầu của dự án, hình dạng của khe nứt cần được xác định là dạng bậc thang, phẳng nhẵn, uốn lượn, phẳng phiến, v.v. Ngoài ra, cũng cần ghi nhận góc dốc (dip, tính bằng độ), tình trạng bề mặt (nhám, nhẵn, slickensided), kích thước khe hở (cho biết bề rộng), và vật liệu lấp nhét (không có, cát, sét, breccia, v.v.).

\(\\\)

1-4.2.5 Độ cứng.

Độ cứng của đá có thể được ước lượng bằng các thí nghiệm hiện trường sử dụng búa địa chất hoặc dao, và trong phòng thí nghiệm bằng thí nghiệm nén điểm theo Bảng 1-14. Khoảng giá trị cường độ tương ứng của đá nguyên khối cũng được cung cấp. Một hệ thống phân cấp mới hơn do ISRM trình bày được nêu trong Bảng 1-15.

Bảng 1-13 Khoảng cách giữa các khe nứt (hoặc Khoảng cách gián đoạn)

Loại Đặc điểm	Mô tả	Khoảng cách	Mô tả đối với Khe nứt, Đứt gãy, hoặc các Nứt gãy khác
Cấu trúc vĩ mô: Phân lớp, Phiến hóa, hoặc Dải chảy	Rất dày (phân lớp, phiến hóa, hoặc dải)	> 6 feet (~1.8m)	Rất thưa (nứt vỡ hoặc có khe nứt)
	Dày	2 đến 6 feet (~0.6-1.8m)	Thưa
	Trung bình	8 đến 24 inch (~200-600mm)	Trung bình
	Mỏng	2.5 đến 8 inch (~60-200mm)	Dày đặc
	Rất mỏng	0.75 đến 2.5 inch (~19-64mm)	Rất dày đặc
Cấu trúc vi mô: Phân lớp mỏng, Phiến hóa, hoặc Khe cắt	Mạnh (phân lớp mỏng, phiến hóa, hoặc khe cắt)	0.25 đến 0.75 inch (~6-19mm)	Cực kỳ dày đặc
	Rất mạnh	< 0.25 inch (~6mm)

\(\\\)

Bảng 1-14 Phân loại độ cứng của đá nguyên khối (Hough, 1969)

Cấp	Độ cứng	Thử nghiệm hiện trường	Cường độ nén xấp xỉ (kg/cm² hoặc tsf)
I	Cực cứng	Cần nhiều nhát búa địa chất để phá vỡ mẫu nguyên khối.	>2000
II	Rất cứng	Mẫu cầm tay bị vỡ bởi đầu nhọn của búa sau hơn một nhát đập.	1000 – 2000
III	Cứng	Không thể cạo hoặc bóc bằng dao; mẫu cầm tay có thể bị phá vỡ chỉ với một nhát đập vừa phải bằng đầu nhọn của búa.	500 – 1000
IV	Mềm	Chỉ vừa có thể cạo hoặc bóc bằng dao. Khi đập vừa phải bằng đầu nhọn của búa, trên mẫu xuất hiện vết lõm từ 1 mm đến 3 mm.	250 – 500
V	Rất mềm	Vật liệu vụn rã dưới một nhát đập vừa phải bằng đầu sắc của búa và có thể bóc bằng dao, nhưng vẫn quá cứng để gọt sửa bằng tay thành mẫu thí nghiệm ba trục.	10 – 250

\(\\\)

Bảng 1-15 Tiêu chí và mô tả về cường độ tương đối của đá (theo FHWA 2017)

Cấp	Mô tả	Nhận dạng hiện trường	Cường độ nén xấp xỉ (kg/cm² hoặc tsf)
R0	Đá cực yếu	Mẫu có thể bị lõm bởi móng tay cái.	2.5 – 10.8
R1	Đá rất yếu	Mẫu vụn rã dưới một nhát đập mạnh bằng đầu nhọn của búa địa chất và có thể bóc bằng dao nhíp.	10.8 – 52.2
R2	Đá yếu	Có thể tạo các vết cắt hoặc vết cạo nông trên mẫu bằng dao nhíp; một nhát đập chắc bằng búa địa chất tạo ra các vết lõm nông.	52.2 – 252
R3	Đá bền trung bình	Mẫu không thể bị cạo hoặc cắt bằng dao nhíp; mẫu có thể bị nứt vỡ chỉ với một nhát đập chắc bằng đầu nhọn của búa địa chất.	252 – 522
R4	Đá bền	Mẫu cần nhiều hơn một nhát đập chắc bằng đầu nhọn của búa địa chất mới bị nứt vỡ.	522 – 1,044
R5	Đá rất bền	Mẫu cần nhiều nhát đập chắc bằng đầu búa của búa địa chất mới bị nứt vỡ.	1,044 – 2,610
R6	Đá cực bền	Mẫu chỉ có thể bị sứt mẻ khi dùng các nhát đập chắc bằng đầu búa của búa địa chất.	> 2,610

\(\\\)

1-4.3 Phân loại theo các phép đo hiện trường và phòng thí nghiệm.

1-4.3.1 Chỉ số chất lượng đá.

Rock Quality Designation (RQD) chỉ áp dụng cho mẫu lõi khoan cỡ NX và được tính bằng cách cộng chiều dài của tất cả các đoạn lõi có chiều dài 4 in (101.6 mm) trở lên rồi chia cho tổng chiều dài đợt khoan lấy lõi. Kết quả được nhân với 100 để thu được RQD theo phần trăm.

Cần phân biệt giữa các vết nứt tự nhiên và các vết nứt do quá trình khoan hoặc thu hồi mẫu gây ra. Các chỗ gãy tươi, không đều cần được bỏ qua và các đoạn lõi được tính như các đoạn nguyên vẹn. Tùy theo yêu cầu kỹ thuật của dự án, các chỗ gãy phát sinh dọc theo các mặt có tính dị hướng cao, như mặt phiến hóa (foliation) hoặc mặt phân lớp (bedding), có thể được tính là các vết nứt tự nhiên.

Mối quan hệ định tính giữa RQD, chỉ số vận tốc, và chất lượng khối đá được trình bày trong Bảng 1-16. Chỉ số vận tốc được định nghĩa là bình phương của tỷ số giữa vận tốc sóng nén in situ và vận tốc sóng nén trong phòng thí nghiệm hoặc của đá nguyên khối.

Bảng 1-16 Phân loại kỹ thuật chất lượng đá tại hiện trường (Merritt và Coon, 1970)

RQD	Chỉ số vận tốc	Chất lượng khối đá
90-100	0.80-1.00	Rất tốt
75-90	0.60-0.80	Tốt
50-75	0.40-0.60	Trung bình
25-50	0.20-0.40	Kém
0-25	0.00-0.20	Rất kém

(chỉ số vận tốc là gì?)

Chỉ số vận tốc (velocity index) là một đại lượng dùng để đánh giá gián tiếp mức độ nứt nẻ/chất lượng của khối đá tại hiện trường, dựa trên nguyên lý: sóng nén (P-wave) truyền qua đá càng nhanh khi đá càng nguyên khối, ít khe nứt; và truyền chậm hơn khi đá bị nứt nẻ nhiều (do sóng phải “vòng qua” hoặc bị suy giảm tại các khe nứt, mặt gián đoạn).

Công thức:

Chỉ số vận tốc = \(left(\dfrac{V_\text{in situ}}{V_\text{lab}}\right)^2\)

Trong đó:

• \(V_\text{in situ}\): vận tốc sóng nén đo được tại hiện trường, trong khối đá tự nhiên (còn nguyên khe nứt, gián đoạn cấu trúc)
• \(V_\text{lab}\) (hoặc \(V \text{nguyên khối}\): vận tốc sóng nén đo được trong phòng thí nghiệm, trên mẫu lõi đá nguyên khối (intact), không có khe nứt

Nếu chỉ số này gần 1 → khối đá hiện trường gần như nguyên khối (ít gián đoạn). Nếu chỉ số nhỏ (gần 0) → khối đá bị nứt nẻ nhiều, chất lượng kém.

Các thí nghiệm dùng để xác định:

1. \(V_\text{in situ}\) — đo bằng các phương pháp địa vật lý hiện trường, phổ biến nhất:
   • Seismic refraction survey (khảo sát địa chấn khúc xạ) — đo trên bề mặt
   • Crosshole seismic test (thí nghiệm địa chấn xuyên lỗ khoan) — giữa 2 hoặc nhiều lỗ khoan
   • Downhole seismic test (thí nghiệm địa chấn trong lỗ khoan)
2. \(V_\text{lab}\) — đo trong phòng thí nghiệm trên mẫu lõi đá nguyên khối bằng:
   • Ultrasonic pulse velocity test (thí nghiệm vận tốc xung siêu âm), theo tiêu chuẩn ASTM D2845 — gắn đầu phát và đầu thu sóng siêu âm ở hai đầu mẫu lõi, đo thời gian truyền sóng để tính vận tốc.

Chỉ số này thường được dùng kết hợp với RQD để đánh giá chất lượng khối đá (như trong Bảng 1-16 vừa nhắc tới), vì RQD chỉ dựa trên mẫu lõi (thông tin điểm/tuyến), còn chỉ số vận tốc phản ánh được ứng xử của khối đá trên phạm vi rộng hơn ngoài hiện trường.

\(\\\)

1-4.3.2 Phân loại theo cường độ.

Cường độ nén một trục và tỷ số môđun có thể được dùng để phân loại đá dựa trên kết quả của ASTM D7012. Cường độ của mẫu nguyên khối có thể được dùng cùng với Hình 1-4 để gán phân loại như yếu, bền, v.v.

Cường độ nén điểm cũng có thể được dùng để phân loại đá như chỉ ra trong Hình 1-4. Các thí nghiệm cường độ nén điểm, được mô tả trong ASTM D5731, đôi khi được thực hiện ngoài hiện trường cho các dự án lớn, nơi khả năng đào xới (ripability) và cường độ đá là các yếu tố thiết kế quan trọng. Thí nghiệm hiện trường đơn giản này có thể được thực hiện trên mẫu lõi khoan và mẫu đá có hình dạng bất kỳ. Chỉ số cường độ nén điểm, \(I_{s(50)}\), được định nghĩa như sau:

\[
I_{s(50)} = F \cdot \frac{P}{d^2}
\tag{1-4}
\]

\[
F = \sqrt{\frac{D_e}{50}}
\tag{1-5}
\]

trong đó:

\(\qquad F\) = hệ số hiệu chỉnh kích thước,
\(\qquad P\) = lực tác dụng tại phá hoại,
\(\qquad d\) = khoảng cách giữa các điểm chịu tải, và
\(\qquad D_e\) = đường kính lõi tương đương.

Chỉ số này có quan hệ với cường độ chịu kéo trực tiếp (direct tensile strength) của đá thông qua một hằng số tỷ lệ F phụ thuộc vào kích thước mẫu. Các mối quan hệ hữu ích giữa chỉ số cường độ nén điểm với các thông số khác như tỷ trọng riêng (specific gravity), vận tốc địa chấn, môđun đàn hồi, và cường độ chịu nén đều có sẵn trong các tài liệu tham khảo.

1-4.3.3 Phân loại theo độ bền phong hóa.

Sự phong hóa ngắn hạn của đá, đặc biệt là đá phiến sét (shale) và đá bùn (mudstones), có thể ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử kỹ thuật của chúng. Khả năng bị phong hóa của các vật liệu này biến đổi rất lớn, và những loại đá có khả năng suy giảm khi lộ ra ngoài cần được đặc trưng thêm bằng các thí nghiệm về độ bền phong hóa dưới các chu kỳ làm khô và làm ướt tiêu chuẩn. Thí nghiệm độ bền hóa mềm (slake durability test) là một quy trình chuẩn hóa, được mô tả trong ASTM D4644, dùng cho mục đích này. Ví dụ, nếu các chu kỳ làm ướt và làm khô làm giảm cỡ hạt của đá phiến sét, thì khả năng xảy ra hiện tượng hóa mềm nhanh và xói mòn ngoài hiện trường khi đá bị lộ ra là rất lớn. Một phương pháp khác cũng dùng cho mục đích này là jar slake test do Santi (1998) mô tả.

1-4.4 Các hệ thống phân loại khối đá.

Nhiều hệ thống phân loại đã được phát triển để phân loại khối đá phục vụ các dự án kỹ thuật. Ba hệ thống chính được mô tả trong mục này. Người đọc nên kiểm tra hệ thống phân loại đang được sử dụng tại khu vực hành nghề và hệ thống phù hợp nhất với dự án đang xét.

Việc phân loại khối đá bằng một số hệ thống này hữu ích để ước lượng các tính chất vật lý và tính chất kỹ thuật dựa trên các giá trị và biểu đồ đã công bố. Ngoài ra, một số phương pháp thiết kế cũng dựa vào việc phân loại khối đá.

1-4.4.1 Hệ thống Chỉ số Q (Q-System)

Barton và các cộng sự (1974) định nghĩa giá trị $Q$ dựa trên các yếu tố: chỉ số chất lượng đá ($RQD$), số lượng hệ thống khe nứt, đặc tính của khe nứt và hệ số giảm ứng suất ($SRF$). Các bảng tra cứu chi tiết được cung cấp để hướng dẫn kỹ sư lựa chọn các giá trị phù hợp. Áp lực vòm (roof pressure) và yêu cầu về kết cấu chống đỡ cho đường hầm có thể được ước tính từ giá trị $Q$ cũng như một số đặc tính của khe nứt.

1-4.4.2 Hệ thống Phân loại Khối đá (RMR – Rock Mass Rating System)

Hệ thống phân loại khối đá (\(RMR\)), hay còn gọi là Phân loại Cơ học đá (Geomechanics classification) do Bieniawski (1973) đề xuất, thực hiện phân loại đá dựa trên: cường độ nén đơn trục, chỉ số \(RQD\), khoảng cách và đặc tính của các khe nứt, và điều kiện nước ngầm. Mặc dù không chỉ dành riêng cho các ứng dụng trong đường hầm, hệ thống \(RQD\) có thể được sử dụng để liên hệ với thời gian tự đứng (stand-up time), chiều dài nhịp hoạt động không chống đỡ (unsupported active span length) và áp lực vòm.

1-4.4.3 Chỉ số Cường độ Địa chất (Geological Strength Index).

Chỉ số Cường độ Địa chất (GSI) đã trở thành một phương pháp phổ biến để mô tả chất lượng khối đá theo cách định tính (Marinos et al. 2007). Do có liên hệ chặt chẽ với cường độ đá, GSI hữu ích nhất khi được dùng như một công cụ hỗ trợ ước tính các đặc trưng của đá phục vụ phân tích ổn định. GSI có thể được lượng hóa như trình bày trong Hình 1-5; tuy nhiên, luôn nên sử dụng một khoảng giá trị thay vì một giá trị đơn lẻ. Các giá trị GSI này có thể được dùng làm đầu vào cho các phương trình thực nghiệm xác định cường độ chống cắt của khối đá.

GSI hữu ích nhất đối với các khối đá có nhiều gián đoạn cấu trúc mà không thể mô hình hóa hiệu quả theo cách trực tiếp. Theo Marinos et al. (2007), GSI không nên được sử dụng cho: (1) đá có các gián đoạn cấu trúc rõ ràng và cấu trúc chủ đạo được xác định rõ, (2) mặt đào trong đá cứng, khỏe với các gián đoạn cấu trúc có khoảng cách tương đương với kích thước của hầm hoặc mái dốc, hoặc (3) đá “trẻ” có cường độ thấp như đá vôi sét (marl), đá sét (claystone), đá bột (siltstone), và đá cát yếu. Marinos et al. (2007) đã xây dựng một hệ thống GSI cải tiến dành cho đá không đồng nhất, chẳng hạn như đá phiến sét và đá cát xen lớp, như trình bày trong Hình 1-6. Việc áp dụng GSI cho các loại đá này cần tính đến xu hướng ứng xử khác nhau ở độ sâu lớn so với gần bề mặt đất.

1-4.4.4 Các hệ thống phân loại khác.

Một số hệ thống phân loại khác đã được đề xuất tùy theo khu vực, mục đích và nhu cầu sử dụng. Một số hệ thống trong số đó được tóm tắt trong Bảng 1-17.

Bảng 1-17 Các hệ thống phân loại đá khác

Hệ thống phân loại khối đá	Mục đích sử dụng chính	Tài liệu tham khảo
Rock Structure Rating	Chống đỡ đường hầm, đào hầm, và các công tác chống đỡ nền đất khác trong khai khoáng và xây dựng	Skinner (1988)
Unified Rock Classification	Móng, phương pháp đào, ổn định mái dốc, sử dụng vật liệu đất, đặc tính nổ phá của vật liệu đất, và sự truyền dẫn nước ngầm	Williamson và Kuhn (1988)
Rock Material Field Classification	Đào nông, đặc biệt liên quan đến khả năng bị xói do nước ở các tràn xả lũ đất; khả năng đào, chất lượng thi công của đá, sự truyền dẫn chất lỏng, và ổn định khối đá	NRCS (2002)
New Austrian Tunneling Method	Đào hầm theo chu kỳ (như khoan-nổ mìn) và đào hầm liên tục (bằng máy đào hầm TBM); đây là một quy trình thi công hầm trong đó thiết kế được kéo dài sang giai đoạn thi công thông qua việc theo dõi liên tục chuyển vị của đá; yêu cầu chống đỡ được điều chỉnh để đạt ổn định	Lauffer (1997)
Coal Mine Roof Rating	Các đá mái mỏ than phân lớp, đặc biệt xét đến năng lực chịu lực kết cấu của chúng khi bị ảnh hưởng bởi các mặt gián đoạn trong khối đá	Molinda và Mark (1994)

1-5 VẬT LIỆU ĐẶC BIỆT

1-5.1 Đất trương nở.

1-5.1.1 Đặc điểm.

Đất trương nở được đặc trưng bởi khả năng tăng thể tích quá mức khi tiếp xúc với độ ẩm. Khả năng trương nở và độ lớn của áp lực trương nở được kiểm soát bởi các khoáng vật sét có trong đất, cấu trúc và kết cấu (fabric) của đất, áp lực lớp phủ (overburden pressure), và các yếu tố hóa – lý khác của đất (Holtz et al. 2011). Các loại đất này thường chứa khoáng vật sét montmorillonite và vermiculite. Đất trương nở được đặc trưng bởi độ bền khô rất cao và độ dẻo cao, thường bóng khi cắt bằng dao, và rất yếu khi ướt (Holtz et al. 2011). Các loại đất này thường hình thành các vết nứt sâu trong mùa khô và trương nở khép kín các khe nứt tạo thành một khối đồng nhất trong mùa mưa.

Mặc dù đất trương nở có thể gặp ở độ sâu lớn, nhưng chúng chủ yếu gây vấn đề ở độ sâu nông, nơi ảnh hưởng của sự biến đổi hàm lượng nước là lớn hơn (FHWA 2017). Vùng chịu ảnh hưởng bởi sự biến đổi hàm lượng nước theo mùa còn được gọi là vùng hoạt động (active zone) đối với đất trương nở. Đây là yếu tố rất quan trọng khi thiết kế móng, đường, v.v.

Theo Holtz et al. (2011), đất trương nở có thể được tìm thấy trên khắp thế giới. Tại Hoa Kỳ, các khu vực có mức độ xuất hiện đất trương nở mạnh cao nhất là Bắc và Nam Dakota, Montana, phía đông Wyoming, phía đông Colorado, vùng Four Corners, California, và phía đông Texas. Hình 1-7 minh họa sự phân bố đất trương nở trên khắp Hoa Kỳ.

1-5.1.2 Nhận dạng và phân loại.

1-5.1.2 Nhận dạng và Phân loại.

Đất trương nở có thể được nhận dạng bằng nhiều cách khác nhau, và khả năng trương nở của chúng có thể được dự đoán một cách sơ bộ. Đôi khi có thể nhận biết đất trương nở khi khảo sát tại công trường bằng cách quan sát các vết nứt trên các công trình lân cận hoặc các vết nứt co ngót (desiccation cracks) trên bề mặt đất. Một phương pháp khác là xác định các khoáng vật sét có trong đất. Nếu đất chứa các khoáng vật sét có khả năng trương nở cao (ví dụ montmorillonite), đó là dấu hiệu tốt cho thấy đất có thể là đất trương nở. Một số phương pháp có thể dùng để xác định khoáng vật sét là nhiễu xạ tia X (x-ray diffraction), phân tích nhiệt vi sai (differential thermal analyses), dung lượng trao đổi cation (cation exchange capacity), và kính hiển vi điện tử (electron microscopy).

Độ dẻo của đất thường được dùng để nhận dạng đất trương nở. Khi chỉ số dẻo hoặc giới hạn chảy của đất tăng, khả năng trương nở khi tiếp xúc với nước cũng có xu hướng tăng theo. Dakshanamurthy và Raman (1973) đã đưa ra phương pháp trình bày trong Bảng 1-18 để suy đoán khả năng trương nở dựa trên giới hạn chảy. Thông tin trình bày trong Bảng 1-19 và Hình 1-8 cung cấp thêm một phương pháp khác để đánh giá khả năng thay đổi thể tích của một loại đất cho trước.

Bảng 1-18 Tiềm năng trương nở (Dakshanamurthy và Raman, 1973)

Giới hạn chảy	Phân loại
0 đến 20	Không trương nở
20 đến 35	Trương nở thấp
35 đến 50	Trương nở trung bình
50 đến 70	Trương nở cao
70 đến 90	Trương nở rất cao
> 90	Trương nở cực cao

\(\\\)

Bảng 1-19 Tiềm năng trương nở từ số liệu thí nghiệm phân loại (Holtz và cộng sự, 2011)

Mức độ trương nở	Độ trương nở có thể xảy ra tính theo phần trăm biến đổi thể tích tổng cộng (từ khô đến bão hòa)1	Hàm lượng keo (% < 1 µm)	Chỉ số dẻo	Giới hạn co ngót
Rất cao	>30	>28	>35	<11
Cao	20-30	20-31	25-41	7-12
Trung bình	10-20	13-23	15-28	10-16
Thấp	<10	<15	<18	>15
1 Dưới tải phủ 1 psi.

\(\\\)

Quy chuẩn Xây dựng Quốc tế 2018 (International Building Code 2018 – ICC 2018) coi một loại đất là đất trương nở nếu thỏa mãn bốn tiêu chí sau:

1. Chỉ số dẻo bằng hoặc lớn hơn 15, xác định theo ASTM D4318,
2. Trên 10% hạt đất lọt qua sàng số 200 (75 μm), xác định theo ASTM D6913 hoặc D1140,
3. Trên 10% hạt đất có kích thước nhỏ hơn 5 μm, xác định theo ASTM D7928, và
4. Chỉ số trương nở (expansion index) lớn hơn 20, xác định theo ASTM D4829 (mô tả dưới đây).

Nếu đất đáp ứng Tiêu chí 4, thì không cần phải chứng minh đáp ứng các Tiêu chí 1 đến 3.

Có hai thí nghiệm trong phòng có quy trình tiêu chuẩn hóa để đo khả năng trương nở của đất. Trong thí nghiệm Chỉ số Trương nở (Expansion Index test) (ASTM D4829), đất được đầm chặt trong khuôn cứng ở hàm lượng nước và trọng lượng đơn vị sao cho đạt độ bão hòa 50% ± 2%. Áp lực khống chế thẳng đứng (vertical confining pressure) 1 psi được tác dụng lên mẫu trước khi mẫu được ngâm ngập trong nước cất, và biến dạng của mẫu được ghi nhận trong 24 giờ hoặc cho đến khi tốc độ biến dạng nhỏ hơn 0,0002 inch/giờ, tùy điều kiện nào đến trước, với thời gian ghi nhận tối thiểu là 3 giờ. Thí nghiệm này được dùng để xác định chỉ số trương nở của đất, được định nghĩa như sau:

\[
EI=\frac{\Delta H}{H_i}\times 1000
\tag{1-6}
\]

trong đó:

\(\qquad EI\) = chỉ số trương nở,
\(\qquad \Delta H\) = độ thay đổi chiều cao trong quá trình thí nghiệm, và
\(\qquad H_i\) = chiều cao ban đầu của mẫu thí nghiệm.

Theo ASTM D4829, chỉ số trương nở có thể được dùng để ước lượng tiềm năng trương nở của đất như mô tả trong Bảng 1-20.

Bảng 1-20 Phân loại tiềm năng trương nở của đất theo EI (ASTM D4829)

Chỉ số trương nở, EI	Tiềm năng trương nở
0-20	Rất thấp
21-50	Thấp
51-90	Trung bình
91-130	Cao
>130	Rất cao

Thí nghiệm trương nở hoặc sụp lún một chiều (ASTM D4546) cũng có thể được dùng để đo tiềm năng trương nở. Phương pháp thí nghiệm này cho phép thí nghiệm trên mẫu nguyên dạng và các mẫu được đầm chặt ở các hàm lượng nước và mức độ đầm nén khác nhau. Ngoài ra, thí nghiệm này cũng cho phép sử dụng các điều kiện gia tải, chế độ làm ướt và làm khô, và khoảng thời gian đọc số liệu khác nhau.

1-5.2 Đất Lún sập (Collapsing Soils)

1-5.2.1 Đặc điểm.

Đất lún sập được đặc trưng bởi khả năng giảm thể tích lớn khi hàm lượng nước tăng lên mà không có sự gia tăng tải trọng ngoài. Khi khô, các loại đất này ổn định và có khả năng chịu được tải trọng công trình đáng kể. Các loại đất thể hiện ứng xử này bao gồm đất hoàng thổ (loess), cát và bụi liên kết yếu (weakly cemented) với chất kết dính hòa tan (ví dụ thạch cao hòa tan, halite), và một số loại đất tàn tích granit (granite residual soils). Một đặc điểm chung của đất lún sập là các hạt rời, xốp được liên kết với nhau nhờ ứng suất mao dẫn (capillary stresses). Đất lún sập cũng được đặc trưng bởi sự suy giảm cường độ khi bị làm ướt, khối lượng thể tích thấp, độ nhạy với độ ẩm, và sự có mặt của thạch cao (gypsum) hoặc anhydrit. Các tầng đất lún sập thường liên quan đến các khu vực thiếu độ ẩm (vùng khô hạn hoặc bán khô hạn). Theo FHWA (2017), các điều kiện sau đây là cần thiết để hiện tượng lún sập xảy ra:

1. Kết cấu hở (open), bán bão hòa và không ổn định,
2. Ứng suất tổng đủ lớn để làm cho kết cấu đất trở nên siêu ổn định giả (metastable),
3. Có mặt chất kết dính hoặc áp lực nước lỗ rỗng âm để tạo ra kết cấu siêu ổn định giả, và
4. Có sự bổ sung nước làm phá vỡ kết cấu siêu ổn định giả.

Hiện tượng lún sập của đất nền đỡ công trình có thể gây hư hỏng đáng kể do lún tổng và lún lệch. Độ lớn của lún sập phụ thuộc vào các yếu tố như thành phần đất, khối lượng thể tích khô, hàm lượng nước, ứng suất nén hông (confining stress), và tác nhân gây ra kết cấu siêu ổn định giả. Vì lý do này, việc nhận dạng đất lún sập trong quá trình khảo sát địa chất công trình là rất quan trọng để có thể xử lý hoặc xem xét trong giai đoạn thiết kế.

1-5.2.2 Nhận diện và phân loại.

Một phương pháp để nhận dạng khả năng lún sập của đất được Holtz et al. (2011) đưa ra, sử dụng dữ liệu từ USBR và được trình bày trong Hình 1-9. Theo hình này, khả năng lún sập tăng khi giới hạn chảy và khối lượng thể tích khô của đất đo được ngay tại hiện trường, ở trạng thái tự nhiên (tức là chưa bị xáo trộn, chưa lấy mẫu đem về phòng thí nghiệm) giảm.

Ayadat và Hanna (2007b) đã trình bày một nghiên cứu chi tiết về khả năng lún sập của đất. Trong nghiên cứu này, họ khảo sát ảnh hưởng của hệ số đồng đều (uniformity coefficient), hàm lượng nước, và khối lượng thể tích khô đối với khả năng lún sập. Hình 1-10 được đưa ra như một phương pháp để đánh giá khả năng lún sập của đất, cùng với một phương pháp chi tiết để ước tính biến dạng gây ra bởi hiện tượng lún sập đối với các loại đất khác nhau. Ayadat và Hanna (2007a) cũng đưa ra một phương pháp để đánh giá khả năng lún sập của đất sử dụng thiết bị côn rơi (fall cone apparatus) (Mục 3-2.4.2.6).

Một phương pháp định lượng khả năng lún sập của đất được trình bày trong ASTM D4546. Phương pháp thí nghiệm này cho phép thí nghiệm cả mẫu nguyên trạng (intact) và mẫu được đầm chặt ở các hàm lượng nước và công đầm khác nhau, trong thiết bị nén một chiều (one-dimensional apparatus). Trong thí nghiệm này, mẫu được gia tải đến ứng suất pháp mong muốn theo trình tự gia tải bất kỳ, sau đó cho nước vào, và chuyển vị theo phương đứng được theo dõi.

1-5.3 Khả năng Nhạy cảm với Băng giá (Frost Susceptibility) và Băng vĩnh cửu (Permafrost).

1-5.3.1 Đặc điểm.

Đối với đất không nhạy cảm với băng giá, sự gia tăng thể tích điển hình do đóng băng nền đất thường vào khoảng 4%. Sự gia tăng thể tích này là do sự gia tăng thể tích nước khi đóng băng. Đối với đất nhạy cảm với băng giá, hiện tượng đất trồi (frost heave) lớn hơn nhiều do nước di chuyển đến các vùng lạnh hơn tạo thành các thấu kính băng (ice lenses). Sự hình thành các thấu kính băng thường không đồng đều, nghĩa là sự gia tăng thể tích không phân bố đều trên toàn công trường và có thể gây hư hỏng cho công trình. Trong thời tiết ấm hơn, đất và các thấu kính băng có xu hướng tan từ trên xuống dưới. Nước có thể bị giữ lại trong đất gần bề mặt, dẫn đến sự gia tăng hàm lượng nước và làm mềm đất. Sự mất khả năng chịu lực đi kèm với hiện tượng này có thể gây hại nghiêm trọng hơn cho công trình so với chính hiện tượng đất trồi. Đây đặc biệt là vấn đề đối với kết cấu mặt đường và các công trình đặt trên móng nông, cũng như các công trình hạ tầng kỹ thuật (utilities), nếu không được chôn đủ sâu dưới độ sâu đóng băng.

Băng vĩnh cửu (Permafrost) là lớp đất dày ở phía trên luôn ở trạng thái đóng băng quanh năm. Băng vĩnh cửu đặc biệt xuất hiện ở Bắc Bán cầu, bao gồm Canada và Alaska. Việc thi công trên nền băng vĩnh cửu rất khó khăn và đòi hỏi các xem xét đặc biệt trong quá trình thiết kế và thi công.

1-5.3.2 Nhận diện và phân loại.

Tác động bất lợi của băng giá đòi hỏi cả sự xâm nhập của băng giá xuống nền đất và sự hiện diện của đất nhạy cảm với băng giá. Theo Holtz và cộng sự (2011), nếu độ sâu xâm nhập của băng giá trong giai đoạn khắc nghiệt nhất của mùa đông nhỏ hơn khoảng 0.30 m, thì hiện tượng trồi do băng không cần phải quan tâm đối với công trình. Độ sâu xâm nhập băng giá lớn nhất tại Hoa Kỳ được thể hiện trong Hình 1-11. Các độ sâu này ứng với những mùa đông cực lạnh và ít có lớp tuyết phủ. Lớp tuyết phủ, đặc biệt vào đầu mùa đông, sẽ làm giảm đáng kể độ sâu đóng băng.

Đất bụi là loại đất nhạy cảm với băng giá nhất, nhưng phần lớn các loại đất có chứa một lượng hạt mịn nhất định cũng có một mức độ nhạy cảm với hiện tượng đóng băng. Điều này bao gồm các loại đất được phân loại là SM, ML, GM, SC, GC và CL. Holtz và cộng sự (2011) đã trình bày thông tin trong Bảng 1-21, tóm tắt một hệ thống phân loại thiết kế cho đất nhạy cảm với băng giá. Hệ thống này sử dụng hệ thống phân loại đất và phần trăm hạt đất nhỏ hơn 0.02 mm (8×10⁻⁴ in) để đánh giá mức độ nhạy cảm với đóng băng.

Bảng 1-21 Phân loại Đất theo Khả năng Đóng băng của Công binh Lục quân Hoa Kỳ
(U.S. Army Corps of Engineers)

\(\\\)

Hình 1-12 cho thấy mối quan hệ giữa tốc độ trồi do băng và tỷ lệ phần trăm hạt có kích thước nhỏ hơn 0.02 mm (8×10⁻⁴ in), dựa trên phân loại USCS. Hình này cũng bao gồm phân loại mức độ nhạy cảm đối với băng giá cho từng loại đất. Thông tin trình bày trong hình này dựa trên thí nghiệm trong phòng do Bộ Lục quân Hoa Kỳ (1984) thực hiện. Theo Holtz và cộng sự (2011), các tốc độ này cao hơn so với giá trị dự kiến ngoài hiện trường, và các loại đất có tốc độ trồi do băng trong phòng thí nghiệm đến 1 mm/ngày (0.04 in/ngày) vẫn có thể được sử dụng dưới kết cấu áo đường, trừ khi dự kiến có điều kiện khắc nghiệt; tuy nhiên vẫn phải dự kiến sẽ có một mức độ trồi do băng nhất định.

1-5.4 Đá vôi và Vật liệu liên quan.

1-5.4.1 Đặc điểm.

Đá vôi, đôlômit, thạch cao và anhydrit được đặc trưng bởi khả năng hòa tan, và do đó có khả năng tồn tại và/hoặc hình thành các hang hốc (cavities). Đá vôi được định nghĩa là loại đá gồm trên 50% khoáng vật cacbonat, trong đó 50% trở lên là canxit và/hoặc aragonit. Một số trầm tích cacbonat gần bờ (cũng được gọi là đá vôi, đá vôi sét, và đá phấn) có thể phù hợp với định nghĩa này. Các trầm tích này thường có mức độ gắn kết (induration) không đồng đều, do đó có sự biến động về khả năng chịu tải và tính không chắc chắn về ứng xử lâu dài dưới tải trọng duy trì. Đặc điểm quan trọng nhất của đá vôi là khả năng hòa tan. Một loại đá vôi có khả năng hòa tan rất cao có thể chứa nhiều hang hòa tan (solution caves), kênh dẫn (channels), hoặc các đặc điểm hở khác, chứa nước hoặc lấp đầy bằng sét. Các đặc điểm này thường được gọi là địa chất hoặc địa hình karst.

Các đặc điểm karst gây ra thách thức kỹ thuật quan trọng bao gồm khe nứt và khe hở thẳng đứng và nằm ngang, đỉnh nhọn đá (pinnacles), và hố sụt (sinkholes). Các khe nứt và khe hở có thể chứa đất rất yếu và cũng tạo thành đường dẫn cho dòng nước chảy, đây là vấn đề đặc biệt nghiêm trọng đối với các công trình chứa nước. Pinnacles là các mỏm hoặc gai đá còn sót lại sau quá trình hòa tan, gây ra tình trạng nền móng không đều rất nghiêm trọng. Sinkholes (hố sụt) là kết quả của hiện tượng xói mòn đất vào các hốc karst hoặc sự sụp đổ đột ngột của các hốc rỗng. Công trình và mặt đường có thể bị hư hỏng nghiêm trọng do hố sụt.

1-5.4.2 Nhận diện và phân loại.

Việc nhận dạng các khu vực karst nên bắt đầu bằng nghiên cứu tài liệu (desk study) và khảo sát thực địa để tìm kiếm các biểu hiện bề mặt của hiện tượng hòa tan đá. Hố sụt (sinkholes) là biểu hiện bề mặt của quá trình hòa tan đá và có thể được dùng để suy đoán sự có mặt của đá karst trong khu vực. Ảnh chụp trên không, bản đồ địa chất địa phương, dữ liệu LIDAR, v.v. cũng là nguồn thông tin hữu ích để nhận dạng các đặc điểm do đá karst gây ra. Bản đồ các khu vực karst và tiềm năng karst tại Hoa Kỳ do USGS (2014) công bố được trình bày trong Hình 1-13.

Một chương trình khảo sát địa chất dưới mặt đất (subsurface investigation) là rất quan trọng ở các khu vực karst để đặc trưng hóa tốt hơn các hang động, hố sụt, đỉnh nhọn đá (pinnacles), v.v. có thể tồn tại. Khoan là một công cụ rất hiệu quả cho mục đích này và nên được thực hiện rộng rãi hơn ở loại địa hình này (FHWA 2017). Các kỹ thuật địa vật lý, bao gồm địa chấn khúc xạ nông (shallow seismic refraction), đo điện trở suất (resistivity), và trọng lực kế (gravimetry), thường là các phương pháp bổ sung hữu ích. Các phương pháp được đề xuất bởi ASTM D6429 để ước tính độ sâu đến đá gốc và sự xuất hiện của hố sụt và hốc rỗng được trình bày trong Bảng 1-22.

Bảng 1-22. Lựa chọn phương pháp địa vật lý (theo ASTM D6429)

Ứng dụng hoặc phương pháp	Địa chấn		Điện	Điện từ
	Khúc xạ hoặc Phản xạ	Địa chấn	Điện trở suất một chiều (DC)	Miền tần số	Miền thời gian	Tần số rất thấp	Ra đa xuyên đất	Trọng lực
Độ sâu đến đá gốc	A	A	B	B	B	B	A	B
Hốc rỗng và hố sụt	B	A	B	B	B		A	A
Ghi chú: “A” nghĩa là phương pháp ưu tiên và “B” là phương pháp thay thế theo phiên bản tiêu chuẩn năm 2020.

(MASW là gì?)

MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves): Phân tích đa kênh sóng mặt. Đây là phương pháp phổ biến để xác định cấu trúc vận tốc sóng cắt của nền đất.

1-5.5 San hô và Thành tạo San hô.

1-5.5.1 Đặc điểm.

San hô sống và các mảnh vụn san hô thường được tìm thấy ở các vùng nhiệt đới nơi nhiệt độ nước vượt quá 20°C. San hô là thuật ngữ thường dùng để chỉ nhóm động vật tiết ra bộ khung ngoài (outer skeleton) gồm canxi cacbonat, và thường phát triển thành quần thể (colonies). Thuật ngữ rạn san hô (coral reef) thường được dùng để chỉ các khu vực tập trung lớn của các quần thể này, hình thành nên các dải ngập nước rộng lớn quanh bờ biển và đảo nhiệt đới. Nhìn chung, đất san hô (coralline soils) lắng đọng sau khi rạn san hô bị phá vỡ, thường do tác động của sóng, có bề dày mỏng (vài mét) và tạo thành một lớp phủ mỏng trên các vật liệu gắn kết (đá vôi, đá cát, v.v.).

Các trầm tích san hô nhìn chung là vật liệu nền móng kém trong trạng thái tự nhiên do tính không đồng đều, khả năng bị hòa tan bởi nước thấm, và bản chất giòn của chúng. Vật liệu san hô thường được dùng làm vật liệu đắp đầm chặt cho đường và các công trình nhẹ. Dưới tác dụng của tải trọng, hiện tượng đầm chặt xảy ra khi các hạt cacbonat giòn bị vỡ và cố kết lại. Chúng có thể cung cấp khả năng chịu lực tốt cho móng bè hoặc móng đơn chịu tải nhẹ, nhưng cần phải đầm chặt kỹ vật liệu trước khi sử dụng làm bề mặt chịu lực. Các công trình nặng ở khu vực san hô thường được đặt trên móng cọc do mức độ gắn kết không đồng đều. Việc khoan dẫn hướng (predrilling) thường là cần thiết.

Do tính biến động cực lớn về đặc trưng kỹ thuật của các thành tạo san hô tự nhiên, không nên đưa ra các quyết định kỹ thuật sơ bộ dựa trên “đặc trưng điển hình”. Cường độ chịu nén nở hông (unconfined compression strength) của mẫu nguyên khối có thể dao động từ 50 tsf đến 300 tsf.

1-5.5.2 Nhận dạng và Phân loại.

Do vật liệu san hô và tảo dạng hạt rời có nguồn gốc từ các sinh vật có kích thước biến đổi từ vỏ vi mô đến các khối san hô lớn có đường kính vài mét, các mảnh vụn có cấp phối rất rộng, kích thước dao động từ tảng đá đến bùn hạt mịn. Tương tự, hình dạng của các vật liệu này cũng biến đổi từ mảnh vụn sắc cạnh, không đều đến các hạt tròn cạnh tốt. Các trầm tích san hô thường được các nhà địa chất gọi chung là “vật liệu sinh học (biogenic materials)”. Khi bị gắn kết, chúng có thể được gọi là “reefrock” hoặc “beachrock”, hoặc các tên gọi khác hàm ý nguồn gốc hình thành qua quá trình gắn kết các hạt thành một vật liệu cứng, liên kết chặt.

1-5.6 Đất sét nhạy

1-5.6.1 Đặc điểm

Đất sét nhạy là các đất sét có nguồn gốc biển, được đặc trưng bởi độ nhạy rất cao hoặc sự suy giảm sức kháng mạnh khi bị xáo động. Đất sét nhạy được hình thành khi nước trong lỗ rỗng chứa muối trong đất được thay thế bằng nước ngọt. Sự xáo động của các đất sét này có thể do hoạt động xây dựng hoặc do rung động địa chấn. Ở trạng thái nguyên dạng, chúng tương đối bền. Sau khi bị xáo động, chúng trở nên rất yếu và có thể hóa lỏng. Do bản chất giòn của chúng, sự sụp đổ xảy ra ở các biến dạng tương đối nhỏ. Loại đất sét này thường gặp ở Na Uy, Canada, Thụy Điển, Phần Lan, Nga, Hoa Kỳ và các nơi khác trên thế giới. Đất sét Leda và đất sét Champlain ở Canada là các ví dụ của vật liệu dạng quick.

1-5.6.2 Nhận diện và phân loại

Đất sét nhạy được nhận biết khá dễ dàng khi độ nhạy đo được lớn hơn khoảng 15, đồng thời qua dạng mềm hóa theo biến dạng đặc trưng của các đường cong ứng suất–biến dạng thu được từ các thí nghiệm sức kháng hoặc thí nghiệm nén lún. Độ nhạy của đất sét được định nghĩa là tỷ số giữa sức kháng cắt không thoát nước ở trạng thái nguyên dạng và sức kháng cắt không thoát nước ở trạng thái bị xáo động. Chỉ số độ sệt tại chỗ của đất sét nhạy thường lớn hơn 1, nghĩa là hàm lượng nước vượt quá giới hạn chảy.

1-5.7 Vật liệu và Xem xét Khác

1-5.7.1 Vật liệu đắp nhân tạo

Đất đắp nhân tạo có thể được chia thành đất đắp có kiểm soát kỹ thuật (engineered fills) và đất đắp không kiểm soát (uncontrolled fills). Đất đắp có kiểm soát kỹ thuật là loại đất đắp được đầm chặt đúng cách đến khối lượng thể tích quy định trong khoảng hàm lượng nước quy định. Các loại đất đắp này thường có cường độ cao, tính nén lún thấp, và rất thuận lợi cho việc xây dựng móng công trình. Thông tin chi tiết hơn về đất đắp có kiểm soát kỹ thuật có thể tham khảo trong NAVFAC DM 7.2 (NAVFAC 1982).

Đất đắp không kiểm soát rất có vấn đề vì các loại đất đắp này được thi công trong điều kiện không được kiểm soát và/hoặc vật liệu cấu thành không được kiểm soát. Các loại đất đắp này có thể được tạo thành từ đất chưa đầm chặt và có thể chứa các vật liệu phế thải xây dựng có hại (deleterious building debris), mặt đường cũ, hoặc bê tông. Do tính không đồng đều của vật liệu và điều kiện thi công không kiểm soát, các đặc trưng kỹ thuật của loại đất đắp này rất khó dự đoán và cần được phân tích theo từng trường hợp cụ thể.

1-5.7.2 Đất có hoạt tính hóa học

Đối với công tác thi công móng, các vấn đề chính liên quan đến đất hoạt tính hóa học thường là ăn mòn (corrosion) và sinh khí (gas generation). Đất có tính ăn mòn có thể gây vấn đề khi thi công móng, đặc biệt là các hệ móng bằng thép. Khả năng ăn mòn cần được xem xét trong thiết kế móng so với tuổi thọ thiết kế của công trình. Có thể sử dụng các hệ thống bảo vệ để giảm tốc độ ăn mòn. Đối với móng bê tông, việc tăng chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép, sử dụng bê tông có phụ gia xử lý, hoặc loại xi măng chuyên dụng cho mục đích này có thể giúp giảm thiểu tác động của ăn mòn đối với cốt thép.

Khả năng ăn mòn được xác định thông qua độ pH, điện trở suất (resistivity), hoạt động dòng điện tản mạn (stray current activity), vị trí nước ngầm, phân tích hóa học, v.v. Dựa trên các thông tin này, có thể đề xuất một biện pháp xử lý móng phù hợp (ví dụ: bê tông chống sunfat, sơn phủ (lacquers), creosote, bảo vệ catot (cathodic protection), v.v.). Theo AASHTO (2017), một loại đất được coi là có khả năng ăn mòn cao nếu: (1) điện trở suất nhỏ hơn 2.000 ohm-cm, (2) pH nhỏ hơn 5.5, (3) pH nằm trong khoảng 5.5 đến 8.5 đối với đất có hàm lượng hữu cơ cao, (4) nồng độ sunfat lớn hơn 1.000 ppm, (5) chịu ảnh hưởng của nước thải mỏ hoặc nước thải công nghiệp, hoặc (6) nồng độ clorua lớn hơn 500 ppm.

Vị trí mực nước ngầm cũng ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn. Decker et al. (2008) quan sát thấy tốc độ ăn mòn cao hơn đối với cọc thép ở đoạn nằm phía trên mực nước ngầm, trong vùng dao động mực nước (fluctuation zone).

FHWA (2009) trình bày một nghiên cứu chi tiết về khả năng ăn mòn của đất, tập trung vào tường chắn đất có cốt (MSE walls). Bảng 1-23 chỉ ra các khu vực tại Hoa Kỳ có đất với khả năng ăn mòn cao.

Bảng 1-23. Môi trường đất ăn mòn (FHWA 2009)

Môi trường	Phạm vi phân bố	Đặc điểm
Đất sunfat axit	Vùng Appalachian	Pyrit, pH < 4,5, SO4 (1000 đến 9000 ppm), Cl– (200 đến 600 ppm)
Đất mặn kiềm natri	Các bang miền Tây	pH > 9, hàm lượng muối cao bao gồm SO4 và Cl–
Đất vôi	FL, TX, NM và các bang miền Tây	Giàu cacbonat, có tính kiềm nhưng tại pH<8,5 thì ăn mòn nhẹ
Đất hữu cơ	FL (Everglades), GA, NC, MI, WI, MN	Chứa vật liệu hữu cơ vượt quá 1%, tạo điều kiện cho ăn mòn do vi sinh vật gây ra
Môi trường ven biển	Các bang ven biển phía Đông, phía Nam và phía Tây, cùng Utah	Muối khí quyển và đất nhiễm muối trong môi trường biển
Muối khử băng trên đường	Các bang phía Bắc	Chất lỏng khử băng chứa muối có thể thấm vào đất
Vật liệu đắp công nghiệp	Xỉ, tro than, tro bay, bãi thải mỏ	Có thể là axit hoặc kiềm và có thể có hàm lượng sunfat và clorua cao

\(\\\)

Đối với nồng độ khí, thường thực hiện xác định hàm lượng hữu cơ và thí nghiệm hiện trường đo nồng độ khí. Nếu dự kiến có hiện tượng sinh khí, cần thiết kế một dạng hệ thống thông khí (venting system) phù hợp. Khả năng có mặt của khí độc hại hoặc khí dễ nổ cần được xem xét trong quá trình đào và thi công hầm.

1-5.7.3 Đất Đá ong (Lateritic Soils).

Đất đá ong được tìm thấy ở các khu vực khí hậu nhiệt đới trên khắp thế giới. Các loại đất này giàu sắt và nhôm. Do hàm lượng sắt cao, hầu hết các loại đất này có màu đỏ gỉ sắt. Sự phong hóa mạnh của đá gốc (parent rock) thường hình thành nên các loại đất này. Các loại đất này có thể gây vấn đề do sự suy giảm cường độ theo thời gian, hệ số rỗng và tính thấm cao, sự suy thoái cốt liệu (aggregate deterioration), và các vết nứt co ngót. Các loại đất này thường có đặc trưng cường độ chống cắt nằm giữa cát và bụi (silts). Chúng dễ gây trượt lở đất, có hàm lượng ẩm biến động lớn, và tạo ra điều kiện nền móng khó lường.

1-5.7.4 Cát Vôi (Calcareous Sands).

Cát vôi chủ yếu được cấu tạo từ tàn dư bộ xương của sinh vật biển có hàm lượng cacbonat cao. Các loại cát này có hệ số rỗng nội hạt (intra-particle voids) đáng kể, hình thành do các vỏ chưa bị vỡ và các hốc rỗng trong san hô. Các loại cát này cũng được đặc trưng bởi các hạt góc cạnh. Đặc trưng kỹ thuật của các loại cát này biến động trong một khoảng rất rộng và được kiểm soát bởi mức độ gắn kết (cementation) và cấu trúc của cát. Thông tin chi tiết hơn về cát vôi có thể tham khảo trong một ấn phẩm kỹ thuật đặc biệt (Special Technical Publication) của ASTM về chủ đề này (ASTM International 1981).

1-5.7.5 Đất Đáy biển (Submarine Soils).

Môi trường đại dương gồm các đặc điểm địa hình chính sau: (1) thềm lục địa (continental margin) bao gồm thềm lục địa nông (continental shelf) viền quanh bờ biển và sườn lục địa (continental slope); (2) chân lục địa (continental rise); và (3) đồng bằng vực thẳm (abyssal plains) với các núi ngầm (seamounts) và rãnh đại dương (trenches) cục bộ (Randolph and Gourvenec 2011). Sự phân bố trầm tích biển dọc theo các vùng địa mạo này biến đổi khác nhau, với tầng trầm tích dày nhất thường ở gần lục địa và mỏng nhất ở các sống núi giữa đại dương (mid-oceanic ridges) mới hình thành. Thềm lục địa chứa gần 75% trầm tích biển, trong khi chỉ chiếm 20% diện tích đáy biển. Chân lục địa cũng được coi là một đặc điểm lắng đọng, với bề dày trầm tích cục bộ có thể đạt tới 1,6 km (Randolph and Gourvenec 2011).

Trầm tích biển hoặc có nguồn gốc lục địa (terrigenous, tức là được vận chuyển từ đất liền ra biển), hoặc có nguồn gốc biển khơi (pelagic, tức là lắng đọng qua cột nước). Các vùng ven bờ và gần bờ chủ yếu là trầm tích nguồn gốc lục địa. Trầm tích nguồn gốc lục địa thường là các khoáng vật silicat dạng hạt hình thành từ quá trình xói mòn (lithogenous). Trầm tích nguồn gốc biển khơi thường mịn hơn và có nguồn gốc từ tàn dư không hòa tan của sinh vật biển. Poulos (1988) đã trình bày các mẫu từ môi trường đồng bằng và đồi vực thẳm, và nhận thấy rằng hầu hết các mẫu từ đồng bằng và đồi vực thẳm có đặc trưng là bụi sét đến sét. Việc lập bản đồ trầm tích đại dương cũng cho thấy đáy đại dương sâu được phủ rộng rãi bởi bùn vôi (calcareous ooze), được phân loại chủ yếu là sét bụi (Poulos 1988).

Các trầm tích biển được lắng đọng chậm và không bị xáo trộn bởi các quá trình vật lý, hóa học, sinh học đáy biển (benthic biogenic), và/hoặc nhân sinh (anthropogenic) thường là trầm tích cố kết bình thường (normally consolidated). Trầm tích quá cố kết (overconsolidated sediments) có thể hình thành do quá trình băng hà, xói mòn trầm tích gần đây, hoặc trượt lở dưới đáy biển (submarine landslides). Trầm tích biển chưa cố kết hoàn toàn (underconsolidated) có thể hình thành do các sự kiện lắng đọng nhanh và động lực trầm tích gần đây, cũng như do các quá trình sinh học đáy biển, cùng với các nguyên nhân khác. Thông tin chi tiết hơn về trạng thái ứng suất của trầm tích biển có thể tham khảo trong Randolph and Gourvenec (2011).

Có thể liệt kê các khác biệt chính sau đây giữa trầm tích biển và trầm tích lục địa:

• Điều kiện môi trường bao trùm một phạm vi rộng hơn về áp lực (tùy thuộc vào độ sâu nước) và nhiệt độ, có thể ảnh hưởng đến ứng xử kỹ thuật của trầm tích biển, đặc biệt ở các môi trường đại dương sâu.
• Đại dương có nước mặn. Độ mặn cục bộ có thể ảnh hưởng đến ứng xử kỹ thuật, đặc biệt là đối với sét.
• Điều kiện thủy động lực (tức là sóng, thủy triều, dòng chảy) biến đổi theo không gian và thời gian, đặc biệt ở các môi trường gần bờ và trên thềm lục địa nông. Tác động thủy động lực có thể gây ra ứng suất lên đáy biển và làm thay đổi áp lực nước lỗ rỗng. Nó cũng chi phối động lực trầm tích, có thể dẫn đến các diễn biến trầm tích phức tạp bao gồm xói mòn, vận chuyển, và lắng đọng, và tạo ra các biến đổi địa mạo động lực (geomorphodynamics) bao gồm sự hình thành, phá hủy, và di chuyển của các dạng đáy (bedforms) trên các quy mô từ vài centimét đến hàng trăm mét. Các quá trình này ảnh hưởng đến thành phần, kết cấu trầm tích, và do đó ảnh hưởng đến đặc trưng kỹ thuật.

\(\\\)

1-6 TÀI LIỆU ĐỌC THÊM

Chủ đề	Tài liệu tham khảo
Phân loại Đất	Holtz, R. D., Kovacs, W. D., and Sheehan, T. C. (2011). An Introduction to Geotechnical Engineering (Nhập môn Kỹ thuật Địa kỹ thuật). Pearson.
	FHWA. (2017). Geotechnical Engineering Circular No. 5 – Geotechnical Site Characterization (Thông tư Kỹ thuật Địa kỹ thuật số 5 – Đặc trưng hóa Hiện trường Địa kỹ thuật). U.S. Department of Transportation – Federal Highway Administration, Washington, DC.
Mô tả và Phân loại Đá	Hoek, E. (2007). Practical Rock Engineering (Kỹ thuật Đá Thực hành).
	ASTM. (1988). Rock Classification Systems for Engineering Purposes – STP984 (Các Hệ thống Phân loại Đá cho Mục đích Kỹ thuật – STP984). ASTM International.
Đất Trương nở và Lún sập	Holtz, R. D., Kovacs, W. D., and Sheehan, T. C. (2011). An Introduction to Geotechnical Engineering (Nhập môn Kỹ thuật Địa kỹ thuật). Pearson.
	FHWA. (2017). Geotechnical Engineering Circular No. 5 – Geotechnical Site Characterization (Thông tư Kỹ thuật Địa kỹ thuật số 5 – Đặc trưng hóa Hiện trường Địa kỹ thuật). U.S. Department of Transportation – Federal Highway Administration, Washington, DC.
Khả năng Nhạy cảm Băng giá	U.S. Department of the Army. 1984. Engineering and Design – Pavement Criteria for Seasonal Frost Conditions – Mobilization Construction – EM 1110-3-138 (Kỹ thuật và Thiết kế – Tiêu chí Mặt đường cho Điều kiện Băng giá Theo mùa – Thi công Huy động – EM 1110-3-138).
Đá vôi / Karst	FHWA. (2017). Geotechnical Engineering Circular No. 5 – Geotechnical Site Characterization (Thông tư Kỹ thuật Địa kỹ thuật số 5 – Đặc trưng hóa Hiện trường Địa kỹ thuật). U.S. Department of Transportation – Federal Highway Administration, Washington, DC.
	Veress, M. (2020). “Karst Types and Their Karstification.” (“Các Loại Karst và Quá trình Karst hóa.”) Journal of Earth Science (Tạp chí Khoa học Trái đất), 31(3), 621–634.
	Waltham, A. C., and Fookes, P. G. (2003). “Engineering Classification of Karst Ground Conditions.” (“Phân loại Kỹ thuật đối với Điều kiện Nền đất Karst.”) Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology (Tạp chí Hàng quý về Địa chất Công trình và Địa chất Thủy văn), 36, 101–118.
Đất Đá ong	Wesley, L. D. (2010). Geotechnical Engineering in Residual Soils (Kỹ thuật Địa kỹ thuật trong Đất Tàn dư). John Wiley & Sons, Ltd.
Đất Đáy biển	Randolph, M., and Gourvenec, S. (2011). Offshore Geotechnical Engineering (Kỹ thuật Địa kỹ thuật Ngoài khơi). CRC Press.

\(\\\)

1-7 KÝ HIỆU

Ký hiệu	Mô tả
Cu	Hệ số đồng đều
Cc	Hệ số cấp phối
d	Khoảng cách giữa các điểm gia tải trong thí nghiệm nén điểm (Point load test)
De	Đường kính lõi tương đương
D10	Đường kính hạt tương ứng với 10% lọt sàng
D30	Đường kính hạt tương ứng với 30% lọt sàng
D60	Đường kính hạt tương ứng với 60% lọt sàng
EI	Chỉ số trương nở
F	Phần trăm lọt qua sàng số 200 (75 µm) (chỉ xét các hạt lọt qua sàng 3 inch)
F	Hệ số hiệu chỉnh kích thước cho thí nghiệm tải trọng điểm của đá
GI	Chỉ số nhóm
GSI	Chỉ số sức mạnh địa chất cho đá có khe nứt
Hi	Chiều cao ban đầu của mẫu thí nghiệm trong thí nghiệm chỉ số trương nở
LL	Giới hạn chảy của đất
P	Lực tác dụng tại thời điểm phá hoại
PI	Chỉ số dẻo của đất
PL	Giới hạn dẻo của đất
RMR	Phân hạng khối đá
RQD	Chỉ số chất lượng đá
ΔH	Độ thay đổi chiều cao trong thí nghiệm chỉ số trương nở

(\(C_u, C_c\))

Các hệ số này được dùng để phân loại đất (chẳng hạn như trong hệ USCS) nhằm xác định đất là cấp phối tốt hay cấp phối kém. Chúng được xác định từ đường cong phân bố cỡ hạt.

* \(C_u\) Hệ số đồng đều: biểu thị mức độ phân bố rộng hay hẹp của kích thước hạt. Được tính theo:
\(\qquad \qquad C_u=\dfrac{D_{60}}{D_{10}}\)
* \(C_c\) Hệ số cấp phối: mô tả hình dạng của đường cong cấp phối giữa phần trên và phần dưới của đường cong. Được tính theo:
\(\qquad \qquad C_c=\dfrac{(D_{30})^2}{D_{10}\times D_{60}}\)

Hỗ trợ duy trì trang:

Tôi xây dựng trang này để chia sẻ các tài liệu kỹ thuật cốt lõi trong thiết kế hạ tầng giao thông.

Nếu bạn thấy nội dung hữu ích và muốn góp phần duy trì trang hoạt động bền vững, tôi rất trân trọng mọi sự ủng hộ.

Qua USD (Buy Me a Coffee)

BIDV • STK: 3101226659 • HOANG HAI HA