Vải địa kỹ thuật là gì ? Những ứng dụng chính cập nhật năm 2023

Vải địa kỹ thuật là gì ? 

Vải địa kỹ thuật là một loại vải có khả năng thấm nước, được sử dụng để lót trong đất. Nó có công dụng phân cách, lọc, bảo vệ, gia cường và thoát nước. Thường được sản xuất từ polypropylene hoặc polyester, loại vải này được áp dụng rộng rãi trong các ngành kỹ thuật như thủy lợi, giao thông và môi trường.

Cấu tạo

Vải địa kĩ thuật dệt polypropylene là sản phẩm được tạo ra từ các thành phần của  carcking từ dầu mỏ, sử dụng một hoặc hai loại polymer (polyamide) như polyester và/hoặc polypropylene. Tùy thuộc vào hợp chất và cấu trúc, mỗi loại vải địa kĩ thuật có các tính chất về cơ lý hóa khác nhau như độ bền kéo, độ co giãn, khả năng thấm nước, và khả năng hoạt động trong môi trường khác nhau.

Ở Việt Nam, phần lớn các sản phẩm được chế tạo từ polyester và polypropylene. Vải địa kĩ thuật được chia thành ba nhóm chính dựa trên cấu trúc sợi: dệt, không dệt và vải địa phức hợp.

• Nhóm vải dệt bao gồm các sợi được dệt nằm ngang và dọc tương tự như quá trình dệt vải, ví dụ như vải địa kĩ thuật dệt polypropylene. Nhóm này thường được kiểm tra biến dạng theo hai hướng chính: theo chiều ngang máy, viết tắt là MD (machine direction), và theo chiều dọc máy, viết tắt là CD (cross machine direction). Sức chịu kéo theo chiều ngang máy thường lớn hơn so với sức chịu kéo theo chiều dọc máy. Vải dệt thông thường thường được sử dụng để gia cố cho các công trình xử lý đất khi cần thiết.
• Nhóm vải không dệt bao gồm các sợi ngắn và sợi dài liên tục không theo bất kỳ hướng cụ thể nào, được kết nối với nhau bằng phương pháp hóa (sử dụng chất kết dính), hoặc nhiệt (sử dụng nhiệt độ cao) hoặc cơ (sử dụng kim dùi).
• Nhóm vải địa phức hợp là loại hỗn hợp giữa vải dệt và không dệt. Các sợi chịu lực (dệt) được ghép lên một nền vải không dệt để tạo ra một sản phẩm có đầy đủ các tính chất của cả vải dệt và không dệt.

Ứng dụng 

Sử dụng vải địa kỹ thuật trong các lĩnh vực khác nhau có thể cung cấp độ bền và sự ổn định cho các công trình xây dựng. Trong giao thông, vải địa kỹ thuật giúp tăng cường độ bền và 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, vải địa kỹ thuật được sử dụng để che chắn bề mặt vách bờ bằng cách đóng cát để giảm tác động thủy lực của dòng chảy lên bờ sông. Trên công trường xây dựng, vải địa kỹ thuật được sử dụng để gia cố nền đất yếu cho các nền móng. Trong các công trình bảo vệ bờ (đê, kè,…), vải địa kỹ thuật được sử dụng để hạ thấp mực nước ngầm và đảm bảo giữ cốt liệu nền khỏi bị rửa trôi theo dòng nước.

Dựa vào công dụng chính, vải địa kỹ thuật được chia thành ba loại: phân cách, gia cường và tiêu thoát và lọc ngược.

Chức năng phân cách: Vải địa kỹ thuật ngăn cách hai loại đất khác nhau, giữ cho đất đắp không bị trộn lẫn và tiết kiệm chi phí xây dựng. Nó cũng ngăn chặn đất yếu thâm nhập vào cốt liệu nền đường, để đảm bảo tính chất cơ lý của vật liệu đắp và tải trọng xe hiệu quả.

Chức năng gia cường: Trên đường có chiều cao bé, vải địa kỹ thuật được sử dụng như một phần chịu lực của kết cấu móng đường. Tuy nhiên, cường độ chịu kéo và độ cứng chịu uốn của vải có ảnh hưởng ít đến khả năng chịu tải của nền dưới tải trọng đứng của xe.

Trong trường hợp đường có tầng mặt cấp cao (đường bê tông hoặc đường nhựa), chức năng gia cường có ích rất hạn chế. Trong trường hợp xây dựng đê, đập hoặc đường dẫn vào cầu có chiều cao đất đắp lớn, vải địa kỹ thuật có thể đóng vai trò cốt gia cường để tăng tính ổn định của mái dốc.

Chức năng tiêu thoát/ lọc ngược

Đối với các loại đất yếu có độ ẩm tự nhiên lớn và độ nhạy cảm cao, vải địa kỹ thuật có thể được sử dụng để làm chức năng thoát nước, giúp duy trì và tăng khả năng chống cắt của đất nền. Điều này làm tăng tính ổn định toàn bộ công trình theo thời gian.

Vải địa kỹ thuật không dệt, xuyên kim và có độ dày và tính thấm nước cao, là vật liệu có khả năng tiêu thoát tốt theo cả phương đứng (thẳng góc với mặt vải) và phương ngang (trong mặt vải). Nhờ đó, loại vải địa này có thể nhanh chóng tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong quá trình thi công và sau khi xây dựng, từ đó gia tăng khả năng chống cắt của đất yếu.

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

Lợi ích của việc sử dụng vải địa kĩ thuật là gì ?

• Tăng khả năng thoát nước và củng cố lớp đất đắp.
• Giảm sâu đào vào các lớp đất yếu.
• Giảm độ dốc mái của lớp đất đắp và đảm bảo tính ổn định.
• Đồng nhất tốc độ lún của các lớp đất, đặc biệt trong vùng chuyển tiếp.
• Cải thiện chất lượng lớp đất đắp và kéo dài tuổi thọ công trình.

Các tiêu chuẩn thiết kế với vải địa kĩ thuật là gì ?

Với các ứng dụng của vải địa trong việc phân cách và gia cường, các tiêu chuẩn thiết kế cần được tuân thủ. Đối với các công trình như đê đập cao, vải địa phải có cường độ chịu kéo cao để đảm bảo tính gia cường và phân cách. Ngoài ra, vải cũng cần chịu được áp lực thi công và phải có khả năng thoát nước và lọc ngược tốt. Các tiêu chuẩn quan trọng cho việc lựa chọn vải bao gồm:

1. Khả năng chống hư hỏng trong quá trình thi công và lắp đặt: Vải địa kĩ thuật phải được thiết kế sao cho không bị thủng trong quá trình thi công, ví dụ như bị thủng bởi sỏi, đá hoặc lớp đất đắp không đủ dày. Trong trường hợp này, độ dày tối thiểu của lớp đất đắp cần được duy trì suốt quá trình thi công. Để ngăn chặn vải bị thủng trong quá trình thi công, ta thường tính toán các thông số sau để xác định khả năng chống thủng:

• Độ dày lớp đất đắp đầu tiên trên mặt vải, phụ thuộc vào giá trị CBR của đất nền dưới lớp vải.
• Sự tồn tại của vật cứng, sỏi, đá trong đất đắp, đặc biệt là đối với đất có sự lẫn sạn sỏi.
• Loại thiết bị thi công, tải trọng và diện tích tiếp xúc của bánh xe, gây ra áp lực tác động lên mặt vải.

2. Lực kháng xuyên thủng: Để xác định lực kháng xuyên thủng của vải địa, ta có thể sử dụng công thức cân bằng lực sau:

Fvert = π.dh.hh.P

Trong đó:

• dh là đường kính trung bình của lỗ thủng.
• hh là độ lún xuyên thủng, tính bằng dh.
• P là áp lực do tải trọng bánh xe tác động lên mặt vải.

Hoặc ta có thể sử dụng phương pháp AASHTO để xác định lực kháng xuyên thủng.

3. Vải có khả năng lọc ngược và thoát nước thích hợp: Để đánh giá khả năng lọc ngược của vải địa, ta xem xét hai yếu tố chính là khả năng giữ đất và hệ số thấm của vải. Vải địa cần có kích thước lỗ nhỏ để ngăn chặn hạt đất đi qua, đồng thời cũng phải có lỗ lớn đủ để đảm bảo việc thoát nước nhanh chóng và giảm áp lực nước trong khoảng rỗng.

Độ bền cao khi tiếp xúc với ánh sáng

Tất cả các loại vải địa kỹ thuật bị hủy hoại khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Trong quá trình xây dựng, việc phơi vải địa kỹ thuật dưới ánh sáng trong thời gian dài yêu cầu sử dụng loại vải có độ bền cao khi tiếp xúc với ánh sáng.

Phương pháp thi công

Vải địa kĩ thuật thường được thi công theo các bước sau:

• Chuẩn bị nền đường: loại bỏ cây cối, bụi rậm và cỏ trong khu vực thi công. Đào sâu gốc cây 0.6m dưới mặt đất. Nền đường cần có độ dốc để thoát nước khi mưa.
• Trải vải địa kĩ thuật lên nền đường, lớp vải này liền kề lớp vải khác với một khoảng phủ bì tùy thuộc vào sức chịu lực của đất.

Sức chịu lực của đất:

CBRVải không khâuVải khâu360 cm8 cm

• Cuối cùng, trải và cán đá dăm hoặc đá sỏi lên.

Ghi chú: Không nên trải quá 8m của vải không khâu trước khi đổ đá để tránh tình trạng khoảng phủ bì bị tách rời.

Phương pháp thử nghiệm 

Khối lượng: ASTM D-3776 (đơn vị: g/m2)

Chiều dày: ASTM D-5199 (đơn vị: mm)

Cường độ 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 mắt lưới 095: ASTM D-4751 (đơn vị: mm)

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