Mục lục
Vật liệu địa kỹ thuật là một trong những vật liệu mang tính cách mạng nhất trong kỹ thuật xây dựng. Không chỉ giúp cung cấp các giải pháp với hiệu suất cao, tiết kiệm chi phí mà còn cho phép xây dựng các công trình cơ sở hạ tầng một cách kinh tế hơn, bền vững hơn và có khả năng phục hồi cao hơn so với các giải pháp khác thay thế. Vậy vật liệu địa kỹ thuật là gì? Bao gồm những loại vật liệu nào? Được ứng dụng như thế nào? Cùng Phú Thành Phát tìm hiểu về chủ đề này thông qua nội dung bài viết dưới đây nhé!
Vật liệu địa kỹ thuật là gì?
Thành phần cấu tạo
Vật liệu địa kỹ thuật hay còn gọi là vật liệu địa tổng hợp là những vật liệu được sản xuất từ nhiều loại polyme khác nhau. Phổ biến nhất là polyethylene mật độ cao (HDPE), polypropylene (PP) và polyester (PET). Các polyme này có khả năng chống phân hủy sinh học và hóa học cao. Ngoài ra, vật liệu còn được kết hợp các chất phụ gia hoặc chất biến tính để tạo ra các đặc tính mong muốn. Như khả năng chống chịu thời tiết và chống tia UV. Ngoài ra, các loại polyme khác, chẳng hạn như aramid hoặc polyvinyl alcohol (PVA). Được sử dụng cho các ứng dụng chuyên biệt với yêu cầu về độ bền rất cao.
Các loại vật liệu địa kỹ thuật chủ yếu
Lưới địa kỹ thuật (Geogrids)
Lưới địa kỹ thuật (Geogrids) là vật liệu địa kỹ thuật có cấu trúc mạng lưới có khả năng chịu lực cao liên kết với nhau bằng các nút lưới bằng phương pháp ép dãn dọc, đùn hoặc đan xen. Lưới có thành phần là polyme như polyethylene mật độ cao (HDPE), polypropylene hoặc các polyme bền khác..
Các gân lưới và mối nối cho phép tương tác ở mức độ cao giữa lưới địa và vật liệu đất xung quanh. Các hạt đất xâm nhập vào các lỗ hổng và bị cài chặt vào gân lưới tạo ra một khối liên kết chặt chẽ, giúp giữ lớp vật liệu đắp. Tăng cường khả năng chịu lực và các kết cấu giữ đất. Do đó, lưới địa là một trong những vật liệu địa kỹ thuật được sử dụng phổ biến nhất.
Phú Thành Phát hiện tại đang cung cấp 3 loại lưới địa chính:
- Lưới địa kỹ thuật 1 trục: Lưới trục đơn, có cấu trúc đơn giản, chịu lực theo một phương.
- Lưới địa kỹ thuật 2 trục: Lưới có cấu trúc gân lưới hình vuông, chữ nhật. Có khả năng chịu lực theo 2 phương: phương dọc và phương ngang.
- Lưới địa kỹ thuật 3 trục: Lưới cải tiến nhất và có cấu trúc phức tạp nhất. Có khả năng chịu lực theo 3 phương.
Vải địa kỹ thuật (Geotextiles)
Vải địa kỹ thuật là nhóm vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp lớn nhất. Và cũng là loại vật liệu ra đời sớm nhất trong lịch sử hình thành và phát triển. Có thành phần gồm các sợi tổng hợp như polyester hoặc polypropylene. Được liên kết bằng 2 phương pháp:
- Xuyên kim kết hợp gia nhiệt hoặc hóa học (vải không dệt)
- Dệt thoi, dệt kim (vải dệt gia cường)
Loại vật liệu này có đa dạng về loại và thông số kỹ thuật. Khác nhau về độ bền và trọng lượng, thấm chí là chức năng ứng dụng. Từ các sản phẩm lọc nhẹ đến vật liệu gia cố có độ bền cao.
Khi được sử dụng kết hợp với đất, vải địa kỹ thuật cung cấp nhiều chức năng khác nhau. Bao gồm phân cách, lọc, thoát nước, bảo vệ và gia cố. Mặc dù thường được sử dụng làm lớp phân tách trước khi xây dựng đường. Hoặc làm lớp lọc – thoát nước trong các ứng dụng thoát nước. Vải địa cũng có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau trong các dự án kỹ thuật. Kể cả các lĩnh vực nông – lâm – ngư nghiệp.
Ô địa kỹ thuật (Geocells)
Ô địa kỹ thuật hay còn gọi là Geocell là sản phẩm địa kỹ thuật tổng hợp có thiết kế ba chiều. Có cấu tạo từ các tấm polyethylene hoặc dải vải địa kỹ thuật hàn siêu âm. Mở rộng thành cấu trúc giống như tổ ong dùng để lấp đầy đất, cát hoặc sỏi.
Cấu trúc ô địa có khả năng chứa và ổn định vật liệu lấp. Giảm thiểu chuyển động của đất. Cho phép ô địa có nhiều chức năng sử dụng như ổn định và bảo vệ, chống xói mòn đất.
Lưới địa kỹ thuật (Geonets)
Khác với lưới địa kỹ thuật Geogrid, Lưới địa kỹ thuật Geonet có các sợi polyme đùn theo thiết kế song song để tạo thành cấu trúc lưới hình thoi. Đôi khi geonet sẽ được ép với vải địa kỹ thuật để tạo thành ‘hỗn hợp thoát nước’.
Lưới địa Geonet là vật liệu địa kỹ thuật có cấu trúc lưới hình thoi. Được làm từ sợi nhựa polyme tổng hợp. Lưới geonets có khả năng lọc – thoát nước và gia cố đất. Giúp giảm nguy cơ sạt lở, xói mòn ở những khu vực thường xuyên có mưa lớn hoặc lũ lụt. Khả năng gia cố nền đường, tường chắn, tách đất,…
Ống địa kỹ thuật (Geopipes)
Ống địa kỹ thuật Geopipes là loại ống dẫn được làm từ chất liệu nhựa polyme, có lỗ hoặc thành đặc có khả năng thoát khí và chất lỏng trong các dự án xây dựng. Chúng thường được bọc trong bộ lọc vải địa kỹ thuật để duy trì khả năng thoát nước.
Có nhiều tình huống khác nhau có thể áp dụng ống địa kỹ thuật. Bao gồm thu gom nước rỉ rác hoặc khí trong các ứng dụng chôn lấp.
Xốp địa kỹ thuật (Geofoam)
Xốp địa kỹ thuật Geofoam hay còn được gọi là EPS (Polystyrene giãn nở), là một vật liệu bền nhẹ được sử dụng trong nhiều ứng dụng thay thế cho đất lấp. Các khối Geofoam được tạo ra thông qua quá trình giãn nở polymer của polystyrene. Tạo ra nhiều ô kín chứa đầy khí trên khắp khối. Geofoam rất hữu ích trong các dự án kỹ thuật. Ứng dụng như một loại vật liệu lấp trên nền đất mềm hoặc có thể nén được. Được sử dụng làm lõi nhẹ cho bờ kè. Làm giảm độ lún và có thể giúp tránh được việc xây dựng theo giai đoạn.
Màng địa kỹ thuật
(Geomembranes)
Màng địa kỹ thuật – Geomembranes hay còn gọi là màng chống thấm HDPE là màng có thành phần cấu tạo từ nhựa HDPE có khả năng chống thấm gần như tuyệt đối được sử dụng làm lớp ngăn cách cho chất lỏng hoặc khí. Giúp kiểm soát chuyển động của chất lỏng. Cung cấp khả năng ngăn cách trong các dự án kỹ thuật địa kỹ thuật. Thường được sử dụng làm lớp lót trong các ngành công nghiệp chôn lấp, khai thác mỏ hoặc nông nghiệp.
Vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp
(Geocomposites)
Geocomposite là sự kết hợp hai hoặc nhiều loại vật liệu địa kỹ thuật lại với nhau. Dựa trên tính năng của từng loại để tạo ra một sản phẩm có nhiều chức năng hơn. Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng thoát nước, chứa nước hay công trình nền móng đường bộ.
Lớp lót đất sét địa kỹ thuật (Geosynthetic clay liners)
Lớp lót đất sét địa kỹ thuật viết tắt là GCL còn được gọi là màng chống thấm đất sét nén là màng có cấu tạo gồm 3 lớp, trong đó: lớp vải địa kỹ thuật không dệt dùng để phủ bề mặt, lớp giữa là bentonite tự nhiên và lớp lót đáy là vải địa kỹ thuật dệt. Chúng được tạo thành một lớp chống thấm nguyên khối. Đôi khi sẽ được phối hợp với một lớp màng mỏng HDPE kết hợp. Các lớp được liên kết với nhau bằng phương pháp khâu hoặc đục kim. Sau đó được xử lý nhiệt để cố định các lớp tại chỗ.
GCL cung cấp giải pháp thay thế nhanh hơn, tiện lợi hơn cho lớp lót đất sét truyền thống của ao chứa. Những vật liệu này có thêm một lợi thế là lớp natri bentonite có đặc tính trương nở. Do đó, lớp lót đất sét có khả năng tự bịt kín ở mức độ nào đó giúp giảm rò rỉ. Lớp lót GCL có lợi cho nhiều ứng dụng địa kỹ thuật. Bao gồm xử lý chất thải và chôn lấp.
Chức năng của vật liệu địa kỹ thuật
Ổn định
Vật liệu địa tổng hợp được ứng dụng để ổn định nền đất yếu thông qua cơ chế liên kết. Được ứng dụng chủ yếu ở nền đường và các công trình quy mô chịu tải trọng lớn. Điển hình như bến cảng, sân bay, đường cao tốc,…
Ví dụ: Lưới địa kỹ thuật có các lỗ giữa gân lưới với các mối nối chắc chắn. Gân có độ cứng cao ở ứng suất thấp. Cho phép cốt liệu xuyên qua và liên kết chúng lại với nhau. Giúp giam giữ vật liệu trên cấu trúc lưới. Hạn chế vật liệu cốt liệu và sự dịch chuyển của hạt đất. Tạo ra một lớp kết cấu có liên kết chắc chắn, ổn định bề mặt đất và chống biến dạng tốt hơn.
Gia cường
Vật liệu địa kỹ thuật có độ cứng và độ bền cao. Có khả năng chịu lực và tải trọng lớn. Chẳng hạn như một số loại lưới địa kỹ thuật và vải địa kỹ thuật,… Các loại vật liệu này có thể cải thiện các đặc tính cơ học của khối đất bằng cách bổ sung thêm phần tử gia cố. Giúp tăng cường khả năng chịu lực và chống biến dạng.
Việc sử dụng vật liệu địa kỹ thuật có chức năng gia cố cho phép các kỹ sư xây dựng bờ kè trên nền móng mềm và tạo ra các mái dốc đất có góc dốc lớn hơn.
Thoát nước
Chức năng thoát nước cho phép nước ngầm hoặc các chất lỏng khác được xâm nhập qua bề mặt và đi qua các loại đất ít thấm hơn. Vật liệu địa kỹ thuật thoát nước có thể được sử dụng để phân tán áp suất lỗ rỗng bên dưới bờ kè, chặn mạch nước ngầm ở các sườn dốc hoặc phía sau các công trình. Cung cấp hệ thống thoát nước cạnh cho vỉa hè đường bộ.
Vật liệu thoát nước thường là sự kết hợp của lõi thoát nước geonet với một hoặc nhiều lớp vải địa kỹ thuật không dệt. Hệ thống thoát nước tốt là điều cần thiết cho các công trình giao thông. Vì khi mưa, sẽ đọng nước dưới bề mặt công trình. Điều này có thể làm mềm đất nền và gây ra sự mất kết cấu công trình.
Kiểm soát xói mòn
Kiểm soát xói mòn là hoạt động hạn chế thiệt hại cho đất do tác động của gió hoặc nước trong tự nhiên. Vật liệu địa kỹ thuật kiểm soát xói mòn thường có liên kết ở dạng thảm được chồng thành nhiều lớp. Điển hình như rọ đá, thảm đá hoặc vải địa kỹ thuật giúp giảm xói mòn đất do tác động của các giọt nước và dòng chảy bề mặt. Ngoài ra, trong một số trường hợp, vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp được kết hợp với vật liệu tự nhiên để tăng cường khả năng giữ ẩm nhằm thúc đẩy sự phát triển của thảm thực vật.
Ở những khu vực đất tiếp xúc với dòng nước hoặc lượng mưa, vật liệu địa kỹ thuật kiểm soát xói mòn lý tưởng để bảo vệ lớp đất mặt, khuyến khích thảm thực vật phát triển và ngăn ngừa mất đất trong tương lai. Điều này đặc biệt phổ biến xung quanh các khu vực có nước và sườn kè.
Lọc
Vật liệu địa kỹ thuật lọc (vải địa kỹ thuật không dệt) được ứng dụng để giữ lại các hạt đất ở phía thượng lưu của bộ lọc. Đồng thời cho phép nước đi qua bề mặt vải tự do. Sau đó giữ lại các hạt đất, kể cả hạt cát mịn. Do hiệu ứng ‘cầu nối’ các hạt lớn hơn ở phía thượng lưu của bộ lọc.
Các đặc tính lọc của vải địa kỹ thuật có thể được thiết kế bằng cách thay đổi loại và mật độ sợi, độ dày và cấu trúc của vải. Chúng thường được kết hợp với lõi thoát nước dưới dạng vật liệu địa kỹ thuật khác như bấc thấm. Nhằm để ngăn đất di chuyển vào các lớp cốt liệu thoát nước hoặc cống chứa sỏi, hoặc cho các ứng dụng quan trọng bên dưới lớp bảo vệ kè trong các công trình ven sông hoặc ven biển
Phân cách
Một số loại vật liệu địa kỹ thuật có khả năng ngăn cách. Không cho đất và vật liệu đắp trộn lẫn vào nhau, làm mất tính liên kết của cấu trúc. Đây là ứng dụng cực kỳ quan trọng đối với các lớp nền đường và vỉa hè. Vật liệu chủ yếu có chức năng này chính là vải địa kỹ thuật (dệt gia cường). Vải có thể sẽ sử dụng riêng lẻ bên dưới công trình đường bộ, đường sắt. Hoặc kết hợp với lưới địa kỹ thuật.
Bảo vệ
Vật liệu địa kỹ thuật có chức năng bảo vệ, hoạt động như một lớp đệm cho nền đất. Ví dụ: Vải địa không dệt được thiết kế để bảo vệ màng địa khỏi bị thủng trong quá trình lấp đất phủ; Lưới địa Geonet được sử dụng để bảo vệ đường ống được phủ trong quá trình lấp đất,…
Rào chắn
Vật liệu địa kỹ thuật có thể được sử dụng để cung cấp một rào cản tương đối không thấm nước để ngăn chặn chất lỏng hoặc khí. Có một số dạng vật liệu địa kỹ thuật rào cản. Màng địa kỹ thuật được sản xuất từ polyethylene, PVC, cao su,… Có khả năng chống thấm gần như tuyệt đối. Ngoài ra, lớp lót đất sét (GCL) cũng là một giải pháp thay thế có khả năng tự phục hồi ở mức độ khá hiệu quả.
Ứng dụng này được sử dụng chủ yếu để ngăn chất lỏng trong khai thác mỏ, công nghiệp và nông nghiệp. Ngoài ra, cũng được sử dụng kết hợp với vật liệu composite thoát nước trong ngăn chứa chất thải và nắp bãi chôn lấp.
Ứng dụng vật liệu địa kỹ thuật
Vật liệu địa kỹ thuật được ứng dụng trong đa dạng lĩnh vực với nhiều công dụng khác nhau. Giúp cung cấp giải pháp tối ưu hiệu quả cho các vấn đề hoặc thách thức địa kỹ thuật cụ thể trong một dự án kỹ thuật.
Hệ thống công trình giao thông
Vật liệu địa tổng hợp thường được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực như đường bộ, đường sắt, sân bay,… Giúp ổn định và phân tách các lớp mặt đường, vỉa hè. Hoặc được ứng dụng để giải quyết vấn đề về chịu lực chịu tải, cung cấp hệ thống thoát nước 2 bên công trình.
Cải tạo nền đường ray xe lửa
Vật liệu địa tổng hợp được áp dụng để giải quyết vấn đề về hệ thống đường ray xe lửa. Ví dụ như:
- Lưới địa kỹ thuật giúp ổn định, tăng khả năng chịu lực và độ cứng của nền đường ray trên các khu vực đất yếu. Hoặc kiểm soát sự di chuyển của lớp đá dăm. Các vấn đề về độ cứng khác nhau liên quan đến quá trình chuyển đổi từ nền cứng sang nền mềm có thể được giải quyết bằng các vùng chuyển tiếp được ổn định bằng lưới địa kỹ thuật.
- Kết hợp vải địa kỹ thuật và vật liệu địa kỹ thuật thoát nước để kiểm soát các vấn đề liên quan đến độ ẩm, thay thế các bộ lọc cát bên dưới nền đường ray.
Kết cấu giữ đất và sườn dốc
Lưới địa và vải địa cường độ cao được sử dụng để xây dựng các mái dốc có diện tích nhỏ hơn so với các mái dốc tự nhiên. Lưới địa kỹ thuật cũng được sử dụng để xây dựng các bức tường đất gia cố và mố cầu. Đây là phương pháp thi công tối ưu. Tiết kiệm thời gian và chi phí đáng kể so với tường chắn bê tông hoặc tường chắn cọc.
Nền móng, kè đất
Các vấn đề phát sinh trong việc xây dựng kè đất trên nền đất yếu sẽ được giải quyết hiệu quả bằng vật liệu địa kỹ thuật. Ứng suất quá mức của đất nền khi tiến hành xây dựng có thể dẫn đến sự cố xoay sâu. Việc đưa cốt thép địa kỹ thuật vào đáy kè có thể duy trì sự ổn định chống lại cơ chế phá hoại này.
- Ô địa kỹ thuật: Tăng khả năng gia cố ở phần đế. Phân bổ đều tải trọng và kiểm soát ảnh hưởng sụt trượt đến cấu hình đất gây lún.
- Bấc địa kỹ thuật thoát nước: Được đóng sâu vào đất nền có thể làm giảm áp lực lỗ rỗng dư thừa khi bờ kè nâng lên. Đồng thời cho phép đẩy nhanh tiến độ xây dựng.
Hệ thống thoát nước
Vật liệu địa kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thoát nước, lọc, tách và di chuyển nước hoặc thay thế các ‘cống kiểu Pháp’ chứa đầy cốt liệu dọc theo công trình đường hoặc làm cống chặn mái dốc. Chúng cũng giúp thoát nước và giảm áp lực lỗ rỗng phía sau các công trình ngầm. Vải địa kỹ thuật với chức năng lọc được sử dụng để ngăn ngừa ô nhiễm cho các ống thoát nước đục lỗ và các lớp cốt liệu thoát nước.
Ngăn chặn và chôn lấp
Các bãi chôn lấp mới có thể được lót bằng các vật liệu địa kỹ thuật nhiều lớp. Bao gồm: lớp bảo vệ, vật liệu composite thoát nước và lớp vật liệu không thấm nước. Việc phủ các bãi chôn lấp sẽ sử dụng vật liệu composite thoát nước và ngăn cách để chứa khí và thông hơi. Ngành khai thác sử dụng màng không thấm nước để lót các đầm chứa chất thả, lưới địa kỹ thuật và vật liệu composite sẽ giúp ổn định lớp phủ đầm sau khi sử dụng.
Lợi ích của vật liệu địa kỹ thuật trong kỹ thuật địa kỹ thuật
Vật liệu địa kỹ thuật được thiết kế và áp dụng đúng cách sẽ mang lại rất nhiều lợi ích. Điều này đã được chứng minh trong nhiều ứng dụng, loại đất và vùng khí hậu với đa dạng chức năng. Từ việc kéo dài tuổi thọ công trình hạng nặng trên nền đất yếu, giảm khối lượng cốt liệu trong xây dựng cho đến việc bảo dưỡng các công trình thủy lợi và chống xói mòn ở các khu vực địa hình giáp biển. Thậm chí, còn đáp ứng được tiêu chí bảo vệ sức khỏe con người và thân thiện với môi trường.
Có thể thấy, ích lợi từ vật liệu địa kỹ thuật là không nhỏ. Đặc biệt, một số lợi ích quan trọng được thể hiện nổi bật như:
- Nâng cao tuổi thọ công trình: Duy trì hiệu suất sử dụng của công trình, tăng độ bền và kéo dài khả năng hiệu dụng.
- Tiết kiệm chi phí: Giảm số lượng vật liệu lấp, cốt liệu.
- Đơn giản hóa trong công nghiệp xây dựng: Vật liệu địa kỹ thuật lắp đặt dễ dàng và nhanh chóng. Một số loại vật liệu nhẹ gọn, vận chuyển đơn giản. Ứng dụng vật liệu địa kỹ thuật còn giúp đẩy nhanh tiến độ thi công. Góp phần làm giải pháp tối ưu hiệu quả công trình, tiết kiệm thời gian đáng kể.
- Độ bền: Có khả năng chống chịu thời tiết và điều kiện khắc nghiệt của mọi địa hình. Kháng được các môi trường ăn mòn, phân hủy sinh học hoặc ô nhiễm hóa học cao.
- Cường độ chịu lực cao: Trong các ứng dụng gia cố, vật liệu địa kỹ thuật có tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao. Giúp tăng tải trọng cho công trình. Kháng cắt, kháng sụt lún, xói mòn đất cực kỳ hiệu quả.
- Đa dạng hóa thiết kế phù hợp với từng yêu cầu công trình: Vật liệu địa kỹ thuật có thể được điều chỉnh để phù hợp với yêu cầu của công trình. Điển hình như: Cấu trúc vật liệu, kích thước, thành phần cấu tạo, thông số kỹ thuật,… Để đáp ứng riêng một số yêu cầu kỹ thuật cho các khu vực địa chất, dự án đặc biệt.
- Thân thiện với môi trường: Vật liệu địa kỹ thuật chủ yếu được sản xuất từ các hạt nhựa nguyên sinh có tính thân thiện với môi trường. Ngoài ra, việc ứng dụng phương pháp từ các vật liệu này cũng giúp giảm khối lượng vật liệu, vận chuyển và xây dựng,… Gián tiếp làm giảm các khí cacbon liên quan.
- Khả năng phục hồi: vật liệu địa kỹ thuật giúp bảo vệ cơ sở hạ tầng khỏi những tác động của biến đổi môi trường. Chẳng hạn như: lũ lụt, thiên tai băng và sự xuống cấp của các công trình cơ sở hạ tầng.
Kết luận
Vật liệu địa kỹ thuật rất đa dạng chủng loại. Mỗi loại sẽ có 1 chức năng riêng phù hợp cho từng yêu cầu thiết kế của công trình. Rất hy vọng rằng qua bài viết trên, Phú Thành Phát đã giúp bạn giải quyết một số thắc mắc về vật liệu địa kỹ thuật. Cũng như biết được cơ bản của một số loại vật liệu phổ biến được ứng dụng trong công trình.
Nếu có bất kỳ thắc mắc hoặc yêu cầu tư vấn mua vật liệu địa kỹ thuật. Vui lòng để lại thông tin hoặc liên hệ trực tiếp với Phú Thành Phát. Chúng tôi tự hào là đơn vị hoạt động hơn thập kỷ trong lĩnh vực địa kỹ thuật. Cung cấp hàng trăm giải pháp địa chất chất cho nhiều quy mô dự án lớn nhỏ khắp đất nước. Sẽ là đơn vị khiến quý khách hàng tin tưởng và lựa chọn.
THÔNG TIN LIÊN HỆ
Trụ sở chính: 15 Đường số 5, KDC Vĩnh Lộc, Bình Hưng Hòa B, Bình Tân, TP.HCM
Hotline: 028.666.03482 – 0909.452.039 – 0903.877.809
Email: infor@vaidiakythuat.com
Bài viết liên quan
–
Độ giãn dài VĐKT dệt GT đạt ASTM D4595
Mục lụcHệ số độ giãn dài theo tiêu chuẩn ASTM D4595Độ giãn dài…
–
Vải địa kỹ thuật dệt GT 200 – Vải địa kỹ thuật dệt gia cường
Mục lụcVải địa kỹ thuật GT 200 là gì?Thông tin chi tiết vải…
–
Cường độ kéo VĐKT dệt GT đạt ASTM D4595
Mục lụcCường độ chịu kéo theo tiêu chuẩn ASTM D4595 là gì?Cường độ…