Nghiên cứu cải tiến phương pháp xác định giới hạn chảy của đất bằng chùy xuyên trong TCVN 4197-1995

THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 39 
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN CHẢY CỦA 
ĐẤT BẰNG CHÙY XUYÊN TRONG TCVN 4197-1995 
KS. Nguyễn Thanh Danh 
Khoa X y d ng, tr ng HXD Miền Trung 
TÓM TẮT: Giới hạn chảy của đất là một chỉ tiêu vật lý quan trọng trong việc phân loại và 
đánh giá trạng thái đất loại sét (đất dính). Tuy nhiên, khi tiến hành thí nghiệm xác định giới 
hạn chảy của đất bằng chùy xuyên Vaxiliev theo TCVN 4197-1995 lại gặp một số khó khăn. Bài 
báo này tổng hợp các kết quả đã được nghiên cứu về giới hạn chảy của đất theo phương pháp 
chùy xuyên và phương pháp Casagrande. Bên cạnh đó, bài báo cũng đề xuất phương pháp cải 
tiến chùy xuyên kiểu Anh và phương pháp xác định giới hạn chảy của đất cho phù hợp với 
TCVN 4197-1995. 
Từ khóa: Giới hạn chảy của đất; Các giới hạn Atterberg; Vaxiliev; Casagrande 
1. GIỚI THIỆU 
Theo định nghĩa của Atterberg (1911), 
giới h n chảy của đất dính (WL) là độ ẩm mà 
khi đó, đất chuyển từ tr ng thái dẻo sang 
tr ng thái chảy. Hiện nay các phòng thí 
nghiệm địa kỹ thuật sử dụng hai ph ơng 
pháp xác định giới h n chảy của đất: ph ơng 
pháp Casagrande ho t động theo nguyên lý 
“động” và ph ơng pháp chùy xuyên (xuyên 
côn) ho t động theo nguyên lý “tĩnh”. ể 
xác định giới h n chảy của đất bằng chùy 
xuyên, theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 
4197-1995) quy định chùy xuyên hình nón 
(chùy xuyên Vaxiliev, kiểu Nga) có góc ở 
đỉnh 30o, khối l ợng 76g lún t do vào trong 
cốc đất 10mm sau 10 gi y. Lúc đó đất ở 
tr ng thái chảy. 
Tuy nhiên, qua th c tế sử dụng cho 
thấy ph ơng pháp sử dụng bộ dụng cụ chùy 
xuyên theo TCVN 4197-1995 có hai nh ợc 
điểm: 
a) Mất nhiều th i gian đối với những 
ng i không có nhiều kinh nghiệm vì phải 
th c hiện thí nghiệm nhiều lần thì độ lún của 
chùy xuyên đ t 10mm trong 10 gi y. 
b) Việc đọc độ lún của chùy xuyên ở 
mức 10mm đ ợc ớc l ợng bằng mắt 
th ng d a vào v ch chia 10mm sẵn có trên 
bề mặt chùy xuyên nên độ chính xác không 
cao. 
Nghiên cứu này nhằm mục đích khắc 
phục hai nh ợc điểm trên. Từ đó rút ngắn 
th i gian thí nghiệm, thao tác thí nghiệm dễ 
dàng nh ng vẫn đảm bảo độ chính xác, đáp 
ứng đ ợc các yêu cầu về học tập, nghiên cứu 
và sản xuất. 
2. CÁC PHƢƠNG PHÁP VÀ TIÊU 
CHUẨN XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN CHẢY 
CỦA ĐẤT 
2.1. PHƢƠNG PHÁP CASARANDE 
Dụng cụ Casagrande (Hình 1) ho t 
động theo nguyên lý “động”: một chỏm cầu 
đ ng đất rơi từ độ cao 10mm xuống một 
ch n đế (làm bằng gỗ hoặc cao su) t o ra l c 
va đập, nh đó, hai khối đất ở hai bên một 
rãnh cắt rộng 2mm (Hình 1c) sẽ “chảy” 
THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 40 
xuống và khép kín rãnh cắt. Khi nào rãnh cắt 
khép liền l i một đo n bằng 13mm (Hình 
1d) thì thí nghiệm sẽ kết thúc. Nếu vết khép 
13mm đ t đ ợc sau 25 lần rơi của chỏm cầu 
thì độ ẩm của mẫu đất lúc đó đ ợc xem là 
giới h n chảy của đất. 
Hình 1. Dụng cụ Casagrande để xác định giới hạn chảy của đất 
Hiện nay có hai lo i dụng cụ 
Casagrande đang đ ợc sử dụng ở các n ớc: 
một lo i theo tiêu chuẩn ASTM và một lo i 
theo tiêu chuẩn BS. Hai lo i dụng cụ này 
giống nhau về nguyên lý ho t động, chỉ khác 
nhau về độ cứng của ch n đế. Ch n đế của 
dụng cụ Casagrande theo tiêu chuẩn BS 
th ng đ ợc gọi là “đế mềm”, còn theo tiêu 
chuẩn ASTM đ ợc gọi là “đế cứng”. 
Dụng cụ Casagrande ngày càng bộc lộ 
nhiều nh ợc điểm, trong đó chủ yếu là: 
a) s khó khăn khi phải t o rãnh cho 
những lo i đất chứa nhiều cát hoặc bụi; 
b) đất có tính dẻo thấp có khuynh 
h ớng tr ợt dọc theo rãnh cắt chứ không 
phải “chảy dẻo” để khép kín rãnh cắt; 
c) đất có tính dẻo thấp có khuynh 
h ớng hóa lỏng khi bị rung động (Sherwood 
và Ryley, 1970); 
Do vậy, các nhà nghiên cứu đã nỗ l c 
tìm kiếm một ph ơng pháp thí nghiệm khác 
có thể khắc phục những nh ợc điểm của 
ph ơng pháp Casagrande. 
2.2. PHƢƠNG PHÁP CHÙY XUYÊN 
Các kết quả nghiên cứu của Skempton và 
Northey (1953), Youssef, el Ramli và el 
Demery (1965) cho thấy sức kháng cắt 
không thoát n ớc của đất ở tr ng thái giới 
h n chảy hầu nh không thay đổi cho tất cả 
các lo i đất dính. Vì vậy, việc sử dụng dụng 
cụ chùy xuyên hình nón đo nhanh sức kháng 
cắt không thoát n ớc để xác định giới h n 
chảy của đất là hợp lý. 
Các nhà nghiên cứu đều thống nhất với nhau 
rằng, việc sử dụng dụng cụ chùy xuyên để 
xác định giới h n chảy có thể lo i bỏ đ ợc 
nh ợc điểm a) và b) nh ng vẫn không thể 
khắc phục đ ợc nh ợc điểm c) của dụng cụ 
Casagrande. 
Nếu nh dụng cụ Casagrande chỉ có hai 
d ng thì dụng cụ chùy xuyên l i rất đa d ng. 
Các lo i chùy xuyên có thể đ ợc chia thành 
hai nhóm chính: nhóm 1 sử dụng chùy xuyên 
có góc ở đỉnh là 60°; nhóm 2 sử dụng chùy 
xuyên có góc ở đỉnh là 30°. Ở mỗi nhóm, 
mỗi chùy xuyên đều có khối l ợng và độ lún 
quy ớc ở giới h n chảy khác nhau. Bảng 1 
trình bày các nhóm chùy xuyên (ph n lo i 
theo hình d ng, khối l ợng và các quốc gia 
đang sử dụng). 
13mm 
d) c) b) a) 
(Dao trộn) 
(Dụng cụ 
quay đập) 
(Mẫu đất) (Hộp ẩm) 
(Dao tạo 
rãnh) 
THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 41 
Bảng 1. Phân nhóm các chùy xuyên xác định giới hạn chảy [5] 
Nhóm 
Phụ 
nhóm 
Quốc gia đang sử dụng 
Chùy xuyên 
 ộ lún ở 
WL 
Sức 
kháng 
cắt ở 
WL 
Góc ở 
đỉnh 
Khối 
l ợng 
(
o
) (g) (mm) (kPa) 
A 
A1 Thụy iển, Na Uy, Canada 
60 60 
10 1,83 
A2 Nhật bản 11,5 1,38 
B 
B1 Nga và các n ớc khác 
30 
76 
10 4,52 
B2 Trung Quốc 17 3,50 
B3 Anh, New Zealand 80 20 2,66 
a) Trên mặt nón có 
khắc v ch đánh dấu 
ứng với độ lún 10mm 
b) Sử dụng th ớc 
thẳng để đo độ lún 
c) Sử dụng đồng hồ 
so để đo độ lún 
d) Sử dụng tế bào quang điện 
để đo độ lún 
Hình 2. Các lo i chùy xuyên xác định giới h n chảy đang đ ợc sử dụng hiện nay 
Ngoài s đa d ng về thông số kỹ thuật 
của chùy xuyên, các lo i chùy xuyên cũng 
khác nhau về nguyên lý đo độ lún. Hình 2a 
đ i diện cho dụng cụ chùy xuyên đ ợc sử 
dụng ở Nga và các n ớc khác. Trên dụng cụ 
này không có th ớc để đo độ lún mà chỉ 
khắc một v ch đánh dấu ứng với độ lún 
10mm trên bề mặt của chùy xuyên. ộ chính 
xác khi xác định độ lún của chùy xuyên lo i 
này không cao. Hình 2b sử dụng th ớc thẳng 
để đo độ lún. ối với dụng cụ chùy xuyên ở 
hình 2c, độ chính xác khi xác định độ lún 
của chùy xuyên tăng lên đáng kể. Th ớc 
thẳng nh ở hình 2b đ ợc chuyển thành 
“th ớc tròn”. Trên mặt đồng hồ có 360 v ch 
chia, mỗi v ch ứng với 0,1mm. Sau đó, các 
nhà nghiên cứu đã chuyển từ nguyên lý đo 
độ lún bằng dụng cụ cơ học sang nguyên lý 
đo lún bằng thiết bị điện tử, n ng cao độ 
chính xác khi xác định độ lún (Hình 2d). 
3. NHẬN XÉT 
1) Cả hai ph ơng pháp Casagrande và 
chùy xuyên dùng để xác định giới h n chảy 
của đất đ ợc đ a vào nhiều tiêu chuẩn khác 
nhau nh sau: 
a) Ph ơng pháp Casagrande: TCVN 
4197-1995; BS 1377: Part 2: 1990; 
AASHTO T89-90; ASTM D4318-00. 
b) Ph ơng pháp chùy xuyên: TCVN 
4197-1995; BS 1377: Part 2: 1990. 
2) Theo Sridharan và Prakash (2000): 
giới h n chảy xác định bằng dụng cụ 
Casagrande đế cứng (ASTM) và đế mềm 
(BS) sẽ không t ơng đồng. ối với đất có 
tính dẻo thấp, giới h n chảy xác định bằng 
dụng cụ chùy xuyên sẽ thấp hơn so với dụng 
cụ Casagrande; đối với đất có tính dẻo cao 
thì kết quả ng ợc l i. 
3) Cho đến nay, các nhà nghiên cứu 
đồng ý rằng, khi WL không quá 100% thì kết 
THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 42 
quả thí nghiệm bằng dụng cụ chùy xuyên 
(kiểu Anh) t ơng đ ơng với dụng cụ 
Casagrande đế mềm (BS). 
4) Ph ơng pháp chùy xuyên có tính 
định l ợng nhiều hơn so với ph ơng pháp 
Casagrande, kết quả thí nghiệm từ dụng cụ 
chùy xuyên có độ hội tụ tốt hơn, ít phụ thuộc 
vào “cảm tính” của thí nghiệm viên so với 
ph ơng pháp Casagrande, nên ph ơng pháp 
thí nghiệm bằng chùy xuyên ngày càng đ ợc 
sử dụng phổ biến hơn so với ph ơng pháp 
Casagrande. 
5) Theo Serge và Jean Pierre (1996), 
trong khoảng độ lún từ 10 đến 30mm đối với 
chùy xuyên có góc ở đỉnh 30o thì quan hệ 
giữa độ lún và độ ẩm là quan hệ tuyến tính, 
cùng với s t ơng đồng về thông số kỹ thuật 
góc ở đỉnh 30o giữa chùy xuyên kiểu Nga 
(TCVN 4197-1995) và chùy xuyên kiểu Anh 
(BS 1377: Part 2: 1990), để xác định giới 
h n chảy của đất theo TCVN 4197-1995, tác 
giả bài viết đề xuất sử dụng dụng cụ chùy 
xuyên kiểu Anh đ ợc cải tiến trên cơ sở: 
a) iều chỉnh giảm khối l ợng chùy 
xuyên từ 80g xuống còn 76g; 
b) ộ ẩm của đất ở giới h n chảy của 
đất ứng với độ lún 10mm của chùy xuyên 
đ ợc xác định theo nguyên lý trong tiêu 
chuẩn BS 1377: Part 2: 1990; 
4. NỘI DUNG CẢI TIẾN PHƢƠNG 
PHÁP XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN CHẢY 
CỦA ĐẤT 
Trình t các b ớc tiến hành thí nghiệm 
và một số thiết bị khác đi kèm, về cơ bản là 
giống nh trong TCVN 4197-1995. Tuy 
nhiên ở ph ơng pháp cải tiến này có một số 
điều chỉnh về chùy xuyên và ph ơng pháp 
xác định độ ẩm giới h n chảy nh sau: 
1) Thay bộ chùy xuyên kiểu Nga (Hình 
2a) bằng bộ chùy xuyên kiểu Anh với 
nguyên lý đo lún bằng đồng hồ so (Hình 2c) 
hoặc bằng thiết bị điện tử (Hình 2d) nhằm 
đ t độ chính xác cao; 
2) Bỏ bớt các viên bi chì trong chùy 
xuyên sao cho khối l ợng chùy xuyên giảm 
từ 80g xuống còn 76g (Hình 3); 
3) Tiến hành xuyên và xác định 3 điểm 
trên biểu đồ có độ ẩm khác nhau ứng với các 
độ lún của chùy xuyên thay đổi trong 
khoảng từ 5 đến 20mm với th i gian lún của 
chùy xuyên mỗi lần là 10 gi y, vẽ đ ng 
thẳng đi qua gần nhất giữa các điểm này, khi 
đó giới h n chảy của đất là độ ẩm của đất 
ứng với độ lún chùy xuyên 10mm (Hình 4).
Hình 3. Chùy xuyên kiểu Anh Hình 4. Biểu đồ xác định độ ẩm WL 
5. KẾT LUẬN Từ th c tiễn nghiên cứu và qua các 
phân tích nêu trên, tác giả rút ra kết luận và 
kiến nghị sau: 
THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 43 
1) Giới h n chảy của đất xác định từ 
dụng cụ chùy xuyên kiểu Anh có độ tin cậy 
cao hơn so với xác định từ bộ dụng cụ 
Casagrande. 
2) Việc xác định giới h n chảy của đất 
bằng dụng cụ chùy xuyên Vaxiliev theo 
TCVN 4197-1995 gặp khó khăn khi phải thử 
nhiều lần xuyên để đ t độ lún 10mm trong 
10 gi y. ộ lún của chùy xuyên 10mm phải 
 ớc chừng bằng mắt th ng nên có độ chính 
xác không cao. 
3) Sử dụng bộ chùy xuyên kiểu Anh có 
điều chỉnh về thông số kỹ thuật khối l ợng 
của mũi xuyên kết hợp với thiết bị đo lún 
bằng đồng hồ so hoặc đồng hồ điện tử sẽ cho 
kết quả đo lún có độ chính xác cao. 
4) Ph ơng pháp vẽ đ ng thẳng đi qua 
gần nhất 3 điểm có độ ẩm khác nhau ứng với 
các độ lún của chùy xuyên từ 5 đến 20mm 
với th i gian lún của chùy xuyên mỗi lần là 
10 gi y để xác định giới h n chảy ứng với độ 
lún 10mm là dễ dàng th c hiện. 
5) Bộ thiết bị chùy xuyên và ph ơng 
pháp xuyên cải tiến này có thể áp dụng để 
xác định độ ẩm giới h n chảy của đất theo 
tiêu chuẩn Trung Quốc. 
6) ể sử dụng hiệu quả hơn thiết bị thí 
nghiệm và đáp ứng đ ợc các tiêu chuẩn thí 
nghiệm TCVN; BS; ASTM; AASHTO, các 
phòng thí nghiệm địa kỹ thuật cần thiết phải 
trang bị bộ chùy xuyên kiểu Anh (lo i có 
đồng hồ đo lún bằng cơ học hay điện tử) và 
bộ dụng cụ Casagrande. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. ASTM D4318-00. Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of 
Soils. (2000). 
[2]. BS 1377: Part 2. Methods of test for soils for civil engineering purposes. (1990). 
[3]. AASHTO T89-90. Standard Specification for Determining the Liquid Limit of Soils 
[4]. TCVN 4197-1995. Đất xây dựng. Phương pháp xác định giới hạn dẻo và giới hạn chảy 
trong phòng thí nghiệm, Nhà xuất bản X y d ng. (1995). 
[5]. Phan Thị San Hà, Lê Minh Sơn. Các phương pháp xác định giới hạn chảy của đất và mối 
tương quan giữa chúng, Science & Technology Development, Vol 12, No.05-2009.