Vải địa kỹ thuật là gì?

Vải địa kỹ thuật là tấm vải có tính thấm, khi sử dụng lót trong đất nó có khả năng phân cách, lọc, bảo vệ, gia cường và thoát nước. Loại vải này thường được sản xuất từ polypropylene hoặc polyester và được sử dụng nhiều trong các ngành kĩ thuật như thủy lợi, giao thông, môi trường.

|      Xem thêm: Vải địa kỹ thuật tiếng anh là gì?
 

Cấu tạo của vải địa kỹ thuật

Sử dụng vải địa kỹ thuật như thế nào

Chức năng phân cách

• Các phương pháp thông thường để ổn định hoá lớp đất đắp trên nền đất yếu bão hoà nước là phải tăng thêm chiều dày đất đắp để bù vào lượng đất bị mất do lún chìm vào nền đất yếu trong quá trình thi công. Mức độ tổn thất có thể hơn 100% đối với đất nền có CBR [1] nhỏ hơn 0,5. Việc sử dụng loại vải địa kĩ thuật thích hợp đặt giữa đất yếu và nền đường sẽ ngăn cản sự trộn lẫn của hai loại đất. Vải địa kĩ thuật phân cách ngăn ngừa tổn thất đất đắp và vì vậy tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng. Ngoài ra, vải địa kĩ thuật còn ngăn chặn không cho đất yếu thâm nhập vào cốt liệu nền đường nhằm bảo toàn các tính chất cơ lý của vật liệu đắp và do đó nền đường có thể hấp thụ và chịu đựng một cách hữu hiệu toàn bộ tải trọng xe.

Chức năng gia cường

• Đối với đường có chiều cao bé (từ 0,5 đến 1,5m), có giả thiết cho rằng cần phải dùng vải cường độ cao như là một bộ phận chịu lực của kết cấu móng đường. Tuy nhiên, tải trọng xe tác dụng trên móng đường chủ yếu theo phương đứng, trong khi phương chịu kéo của vải địa lại là phương nằm ngang. Vì vậy, cường độ chịu kéo và độ cứng chịu uốn của vải có ảnh hưởng rất nhỏ trong sự gia tăng khả năng chịu tải của nền dưới tải trọng đứng của bánh xe. Trong thực tế, dưới tải trọng bánh xe khả năng chịu tải của nền đường có vải địa kĩ thuật chủ yếu là do chức năng phân cách (nhằm duy trì chiều dày thiết kế và tính chất cơ học ban đầu của các lớp cốt liệu nền móng đường) hơn là chức năng gia cường về khả năng chịu kéo của kết cấu. Trong trường hợp đường có tầng mặt cấp cao (đường bê tông hoăc đường nhựa) hiệu ích từ chức năng gia cường càng rất giới hạn. Đó là bởi vì, để phát triển lực kéo trong vải địa cần phải có chuyển vị đủ lớn trong kết cấu móng đường để sinh ra biến dạng ngang tương ứng, mà điều nầy thi không cho phép đối với đường có tầng mặt cấp cao. Trong trường hợp xây dựng đê, đập hay đường dẫn vào cầu có chiều cao đất đắp lớn, có thể dẫn đến khả năng trượt mái hoặc chuyển vị ngang của đất đắp, vải địa kĩ thuật có thể đóng vai trò cốt gia cường cung cấp lực chống trượt theo phương ngang nhằm gia tăng ổn định của mái dốc. Trong trường hợp này vải địa có chức năng gia cường.

Chức năng tiêu thoát/ lọc ngược

• Đối với các nền đất yếu có độ ẩm tự nhiên lớn và độ nhạy cảm cao. Vải địa kĩ thuật có thể làm chức năng thoát nước nhăm duy trì và thậm chí gia tăng cường độ kháng cắt của đất nền và do đó làm gia tăng khả năng ổn định tổng thể của công trình theo thời gian. Vải địa kĩ thuật loại không dệt, xuyên kim có chiều dày và tính thấm nước cao là vật liệu có khả năng tiêu thoát tốt, cả theo phương đứng (thẳng góc với mặt vải) và phương ngang (trong mặt vải). Vì thế, loại vải địa này có thể làm tiêu tán nhanh chóng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong quá trình thi công cũng như sau khi xây dựng và dẫn đến sức kháng cắt của nền đất yếu sẽ được gia tăng.

• Hai tiêu chuẩn để đánh giá về đặc trưng lọc ngược là khả năng giữ đất và hệ số thấm của vải. Vải địa kỹ thuật cần phải có kích thước lỗ hổng đủ nhỏ để ngăn chặn không cho các hạt đất cần bảo vệ đi qua đồng thời kích thước lỗ hổng cũng phải đủ lớn để có đủ khả năng thấm nước bảo đảm cho áp lực nước lỗ rỗng được tiêu tán nhanh.

Lợi ích khi sử dụng vải địa kĩ thuật

• Cho phép tăng cường lớp đất đắp bằng việc tăng khả năng tiêu thoát nước.
• Giảm chiều sâu đào vào các lớp đất yếu.
• Giảm độ dốc mái lớp đất đắp yêu cầu và tăng tính ổn định của chúng.
• Giữ được tốc độ lún đều của các lớp đất, đặc biệt trong vùng chuyển tiếp.
• Cải thiện các lớp đất đắp và kéo dài tuổi thọ công trình.

Các tiêu chuẩn thiết kế với vải địa kĩ thuật

Vải có khả năng chống hư hỏng trong thi công và lắp đặt

• Để có khả năng phân cách hiệu quả, vải địa kĩ thuật phải đảm bảo không bị chọc thủng trong quá trình thi công như bị thủng bởi các vật liệu sắc cạnh như sỏi, đá và vật cứng xuyên thủng, hoặc lớp đất đắp không đủ dày trong khi đổ đất. Với trường hợp sau, chiều dày thiết kế tối thiểu của lớp đắp cần phải được duy trì trong suốt quá trình thi công. Để ngăng ngừa vải bị chọc thủng trong thi công, người ta thường tính toán các thông số sau để xác định tính kháng chọc thủng sau:
• Chiều dày lớp đất đắp đầu tiên trên mặt vải, phụ thuộc vào giá trị CBR của đất nền bên dưới lớp vải địa.
• Sự hiện hữu của vật cứng, sỏi, đá trong đất đắp đặc biệt là đối với đất lẫn sạn sỏi.
• Loại thiết bị thi công, tải trọng và diện tích tiếp xúc của bánh xe và từ đó gây ra áp lực tác dụng tạo cao trình mặt lớp vải.
• Lực kháng xuyên thủng của vải địa có thể xác định dựa theo điều kiện cân bằng lực:

• Trong đó:
  • dh = đường kính trung bình của lỗ thủng.
  • hh = độ lún xuyên thủng lấy bằng dh.
  • P = áp lực do tải trọng bánh xe tác dụng ở cao trình lớp vải.
• Hoặc có thể xác định lực kháng xuyên thủng theo phương pháp AASHTO:
• Từ các thông số về cường độ CBR của nền, áp lực tác dụng của bánh xe và chiều dày lớp đất đắp sau khi đầm nén sẽ xác định được yêu cầu về độ bền của vải thuộc loại cao (H) hay trung bình (M). Từ mức độ yêu cầu về độ bền (H hoặc M), người ta có thể chọn cường độ kháng chọc thủng yêu cầu.

Vải có các đặc điểm thích hợp về lọc ngược và thoát nước

• Hai tiêu chuẩn để đánh giá về đặc trưng lọc ngược là khả năng giữ đất và hệ số thấm của vải. Vải địa cần phải có kích thước lỗ hổng đủ nhỏ để ngăn chặn không cho các loại hạt đất cần bảo vệ đi qua, đồng thời kính thước lỗ hổng cũng phải đủ lớn để có đủ khả năng thấm nước bảo đảm cho áp lực nước kẽ rỗng được tiêu tán nhanh.

Độ bền cao khi tiếp xúc với ánh sáng

• Tất cả các loại vải địa kỹ thuật đều bị phá huỷ khi phơi dưới ánh sáng mặt trời. Do trong quá trình xây dựng vải địa kĩ thuật bị phơi trong một thời gian dài dưới ánh sáng nên cần sử dụng loại vải có độ bền cao khi tiếp xúc với ánh sáng.

Phương pháp thi công vải địa kỹ thuật

Phương pháp thí nghiệm vải địa kỹ thuật

• Khối lượng: ASTM D-3776 (đơn vị:g/m2)
•  
• Chiều dày: ASTM D-5199 (đơn vị: mm)
•  
• Cường độ chịu kéo giật: ASTM D-4632 (đơn vị: KN)
•  
• Độ giãn dài kéo giật: ASTM D-4632(đơn vị: %)
•  
• CBR đâm thủng: ASTM D-6241 hoặc Bs 6906-Part4 (đơn vị:N)
•  
• Kích thước lỗ 095: ASTM D-4751 (đơn vị: mm)
•  
• Hệ số thấm: ASTM D-4491 hoặc BS 6906/4 (đơn vị: x10-4 m/s)