Vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật là tấm vải lót được sử dụng nhiều trong các ngành kỹ thuật như thủy lợi, giao thông, môi trường...

Cấu tạo

Vải địa kỹ thuật dệt polypropylene

Tập tin:Vải địa kỹ thuật không dệt 1.jpg

Vải địa kỹ thuật không dệt

Vải địa kỹ thuật được chế tạo từ những sản phẩm phụ của dầu mỏ, được chế tạo bằng một hoặc hai của các hợp chất chính: Polyester; polypropylene; polyamide gọi chung là polymer. Tùy theo hợp chất và cách cấu tạo, mỗi loại vải ĐKT có những đặc tính cơ lý hóa như sức chịu kéo, độ dãn, độ thấm nước, môi trường thích nghi,.v.v...khác nhau. Nói chung vải polyester tốt hơn vải polypropylene, còn vải polyamide ở giữa hai loại vải trên.

Hầu hết các sản phẩm có mặt tại Việt Nam đều được chế tạo bằng Polyester và polypropylene. Vải ĐKT được chia làm ba nhóm chính dự theo cấu tạo sợi: Dệt,Không dệt và vải địa phức hợp.

Dệt: gồm những sợi dọc và sợi ngang dệt lại giống như vải may, như vải địa kỹ thuật loại dệt Polypropylene. Biến dạng của nhóm này thường được thí nghiệm theo 2 hướng chính: Hướng dọc máy, viết tắt MD (machine direction); hướng ngang máy, viết tắt CD (cross machine derection). Sức chịu kéo theo hướng dọc máy bao giờ cũng lớn hơn sức chịu kéo theo hướng ngang máy. Vải dệt thông thường được ứng dụng làm cốt gia cường cho các công tác xử lý nền đất khi có yêu cầu.

Không dệt: Gồm những sợi ngắn và sợi dài liên tục, không theo một hướng nhất định nào, được liên kết với nhau bằng phương pháp hóa (dùng chất dính), hoặc nhiệt (dùng sức nóng) hoặc cơ (dùng kim dùi).

Vải phức hợp: Là loại vải kết hợp giữa vải dệt và không dệt. Nhà sản xuất may những bó sợi chịu lực (Dệt) lên trên nền vải không dệt để tạo ra một sản phẩm có đủ các chức năng của vải dệt và không dệt.

Ứng dụng

Sử dụng vải địa kỹ thuật

VKĐT được sử dụng trong các lĩnh vực: Trong giao thông: Sử dụng vải địa kỹ thuật có thể làm tăng độ bền, tính ổn định cho các tuyến đường đi qua những khu vực có nền đất yếu như đất sét mềm, bùn, than bùn...

Trong thủy lợi: che chắn bề mặt vách bờ bằng các ống vải địa kỹ thuật độn cát nhằm giảm nhẹ tác động thủy lực của dòng chảy lên bờ sông.

Trong xây dựng: Gia cố nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật, các dạng cọc nhồi, bấc thấm ứng dụng trong nền móng...

Dựa vào công dụng chính sau đây người ta chia chúng thành 3 loại chính:

1.Phân cách.

2.Gia cường.

3.Tiêu thoát, lọc ngược.

Để thiết kế và lựa chọn đúng loại vải cần phải hiểu và nhận định được các chức năng thứ cấp của vải địa trong từng giai đoạn thi công.

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 nhỏ hơn 0,5. Việc sử dụng loại vải địa thích hợp đặt giữa đất yếu và nền đường ngăn cản sự trộn lẫn của hai loại đất. Vải địa kỹ thuật phân cách ngăn ngừa tổn thấn đất đắp và vì vậy tiếc kiệm đáng kể chi phí xây dựng. Ngoài ra, vải địa kỹ 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 ĐKT 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 kỹ 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

Ở Việt Nam, nền đất yếu thường có độ ẩm tự nhiên lớn và độ nhạy cảm cao. Vì thế, vải địa kỹ 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 kỹ thuật loại không dệt, xuyên kim có chiều dày và tính thấm nước cao là vật liệu có khả năng tiêu thoát tôt, 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 kẽ 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 kẽ rỗng được tiêu tán nhanh.

Các tiêu chuẩn thiết kế vải địa

Với những ứng dụng mà vải địa có những chức năng chính là phân cách, tiểu biểu như các loại đường có và không có tầng mặt cấp cao, thì các tiêu chuẩn chính cho việc lựa chọn vải địa là:

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

Để có khả năng phân cách hiệu quả, vải địa phải đảm bảo không bị chọc thủng trong quá trình thi công. Trong khi đổ đất, đặc biệt là trên diện rộng, có vật liệu sắc cạnh hoặc lớp đất đắp không đủ dày, vải địa rất dễ bị hư hỏng hay xuyên thủng. Với trường hợp sau, chiều dày thiết kế tối thiểu của lớp đắp cần phải được duy trì trong suốt quá trình thi công. Hư hỏng trong thi công do sỏi, đá và vật cứng xuyên thủng vải địa là hình thức hư hỏng dễ xảy ra nhất. Vì thế phải thỏa mãn điều kiện chông xuyên thủng. Để ngăng ngừa vải bị chọc thủng trong thi công, các thông sô sau đây phải được đánh giá để xác định sức kháng chọc thủng:

• 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 lãn 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:

F_vert=π.d_h.h_h.P

Trong đó: d_h = đường kính trong bình của lỗ thủng. h_h = độ lún xuyên thủng lấy bằng d_h. P = áp lực do tải trong bánh xe tác dụng ở cao trình lớp vải.

Hoặc có thể xác định lực kháng chọc 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, 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) ta có thể chọn cường độ kháng chọc thủng yêu cầu.

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

Với các đê đập cao khi mà các chức năng chính là gia cường và phân cách thì vải địa cần phải có cường độ chịu kéo đủ cao. Thêm nữa, vải phải chịu được ứng suất thi công đồng thời phải bảo đảm tính chất tiêu thoát và lọc ngược tốt.

Phương pháp thi công

VĐKT thường được thi công theo các trình tự sau:

- Chuẩn bị nền đường: phát quang những cây cối, bụi rậm, dãy cỏ trong phạm vi thi công. Gốc cây đào sâu 0.6m dưới mặt đất. Nền đường cần có độ dốc để thoát nước khi mưa.

- Trải vải ĐKT trên nền đường, lớp vải nọ nối tiếp lớp vải kia theo một khoảng phủ bì tùy thuộc vào sức chịu lực của đất,

Sức chịu lực của đất:

CBR	Vải không khâu	Vải khâu
< 1	120cm	22cm
1 - 2	91cm	15cm
2 - 3	76cm	8cm
>3	60cm	8cm

- Sau cùng trải và cán đá dăm hoặc đá sỏi.

Ghi chú: đối với vải không khâu, được khuyến cáo không nên trải quá 8m trước khi đổ đá để tránh khoảng phủ bì bị tách rời. (VK: Vải khâu mép nối; VKK: Vải không khâu mép nối)

Phương pháp thí nghiệm

Khối lượng: ASTM D-3776 (ĐVT:g/m2)

Chiều dày: ASTM D-5199 (ĐVT: mm)

Cường độ chịu kéo giật: ASTM D-4632 (ĐVT: KN)

Độ giãn dài kéo giật chiều khổ: ASTM D-4632(ĐVT: %)

CBR đâm thủng: BS 6906-Part4 (ĐVT:N)

Kích thước lỗ 095: ASTM D-4751 (ĐVT: mm)

Hệ số thấm: ASTM D-4491 hoặc BS 6906/4 (ĐVT: x10-4m/s)

Xem thêm

Lưới địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật chống thấm HDPE