Sức kháng cắt không thoát nước của đất bùn sét lòng sông gia cường vải địa kỹ thuật trong điều kiện nén 3 trục

Gia cường vải địa kỹ thuật là gì ? 

Hưng Phú xin gửi đến quý bạn muốn tham khảo những trường hợp. Sử dụng vải địa kỹ thuật loại dệt và không dệt. Trong tài liệu nghiên cứu sau đây của các tác giả.

THS NGUYỄN THANH TÚ, TS NGUYỄN MINH ĐỨC, THS MAI TRẦN NAM , TS TRẦN VĂN TIẾNG, THS LÊ PHƯƠNG
GV Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
HVCH, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Đất bùn khai thác từ lòng sông có hệ số rỗng lớn, khả năng chịu lực kém, đòi hỏi biện pháp gia tăng cường độ trước khi ứng dụng làm đất đắp trong xây dựng cơ bản. Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng độ bão hoà khi chịu cắt không thoát nước Su của đất gia cường vải địa kỹ thuật dưới điều kiện nén ba trục trong điều kiện không thoát nước không cố kết (UU).

Kết quả nghiên cứu cho thấy các lớp vải địa kỹ thuật làm tăng cường độ kháng cắt của đất trong cả hai trường hợp mẫu không bão hoà và mẫu bão hoà. Quá trình bão hòa làm giảm khoảng 70-80% sức kháng cắt không thoát nước của đất không gia cường.

Khi gia cường bằng vải 2 lớp địa kỹ thuật sau khi bão hòa, độ giảm tối thiểu của Su là từ 45-65%. Nghiên cứu cho thấy quá trình bão hòa giảm đáng kể sức kháng cắt không thoát nước của đất sét gia cường vải địa kỹ thuật.

GIỚI THIỆU

Khi cát san lấp khan hiếm, đất nạo vét từ lòng sông được sử dụng thay thế là phương pháp được đánh giá bảo vệ tài nguyên. Đất sét này chịu tải tốt khi ở trạng thái khô. Khi độ ẩm tăng lên, đất mất khả năng chịu lực (Huerta và Rodriguez, 1992).

Sử dụng gia cường vải địa kỹ thuật và đệm cát là phương pháp phổ biến để cải thiện cường độ đất. Stoltz, Delmas và Barral, (2019) thực Hiện với nhiều loại vải địa khác nhau để đánh giá sự phù hợp khi dùng với các loại bùn sét khác nhau. Kết quả cho thấy vải địa kỹ thuật không dệt với kích thước nhỏ hơn 60 m phù hợp cho các loại đất bùn sét.

Choudhary và cộng sự, (2012) cho thấy rằng việc chèn một lớp gia cường ngang được đặt bên trong mẫu thử ở độ sâu xác định từ đỉnh của mẫu đã nén chặt không chỉ kiểm soát đáng kể khả năng trương nở mà còn cải thiện đáng kể giá trị CBR. Hufenus và cộng sự., (2006) khẳng định đất sét yếu được gia cường khi có lớp cốt liệu thô ở giữa.

Vải địa kỹ thuật đóng vai trò biên thoát nước làm cải thiện sức chịu tải và ổn định nền móng công trình (Zornberg, J.G., & Mitchell, 1994). Yu, Zhang và Zhang, 2005 cho thấy lớp vải địa ngăn cản sự biến dạng ngang của đất. Yang và cộng sự, (2016) cho thấy khả năng gia tăng cường độ chống cắt của đất sét khi được gia cường vải địa kỹ thuật.

Đất bùn sét cần thời gian vài năm để có thể ổn định và cần có những xử lý, gia cường nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết trong đất bùn sét loại này. Phương pháp sử dụng vải địa kỹ thuật gia cường. Đem đến nhiều hiệu quả về mặt cải thiện cường độ cho đất bùn yếu.

Jotisankasa và Rurgchaisri, (2018) thực hiện cắt đất gia cường vải địa kỹ thuật tổng hợp với nhiều loại đất khác nhau và phương pháp tiếp xúc giữa vải và đất. Kết quả cho thấy mức độ hư hỏng đối với mặt phân cách đất sét-vải địa kỹ thuật cao hơn so với chỉ loại đất sét.

Việc cắt đất không bão hòa có cường độ đỉnh cao hơn và có xu hướng giãn ra nhiều hơn so với đất bão hòa, trong khi lớp đất không bão hòa dường như chặt hơn so với cắt lớp đất bão hòa. Như vậy, đất bùn sét gia cường sau khi đầm chặt bị giảm cường độ đáng kể khi bị bão hòa.

Có nhiều nghiên cứu về sức kháng cắt trong điều kiện nén 3 trục của đất sét gia cường, tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu về cường độ của đất sét gia cường bị ảnh hưởng do quá trình bão hòa. Do đó, nghiên cứu về độ giảm cường độ do quá trình bão hòa và biện pháp cải thiện cường độ là cần thiết khi sử dụng đất bùn gia cường trong công trình xây dựng. 

VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM

Đất sét lòng sông

Đất khai thác từ lòng rạch Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang, được phân loại là đất phù sa dẻo theo (MH) theo Unified Soil Classification System (USCS). Hình 1 biểu diễn thành phần hạt của đất và Bảng 1 trình bày các tính chất của đất sét.

Vải địa kỹ thuật 

Vải địa không dệt được sử dụng trong thí nghiệm có khối lượng riêng 200 g/m2 và bề dày 1,3mm. Khả năng chịu kéo theo phương dọc và ngang vải lần lượt là 9,28 kN/m và 7,08 kN/m với biến dạng dài khi phá hoại theo phương dọc và ngang vải là 84,1% và 117,8%. Với lưu lượng thấm ở 100 mm cột nước là 196 lít/m2/giây và hệ số thấm k là 3,6×10-3 m/giây, vải được xem là có tính thấm cao.

• Nếu bạn quan tâm xin tham khảo thêm 10 báo giá vải địa kỹ thuật không dệt thông dụng nhất mà Hưng Phú cung cấp. Chúng tôi là nhà cung cấp vải địa từ những năm 2008 đến nay. Vỡi am hiểu các thông số kỹ thuật mà dự án yêu cầu
• Vải địa kỹ thuật dệt nhập khẩu hiện nay chúng tôi vẫn còn sẳn trong kho. Nếu quý khách cần thì chúng tôi có các loại vải nhập khẩu từ Hàn Quốc có lực kéo 400 kN/m. Hoặc vải địa kỹ thuật dệt GET sản xuất trong nước luôn sẳn sàng đáp ứng không giới hạn.

CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM
Chuẩn bị mẫu

Đất sét từ nạo vét từ sông được đem đi phơi khô, nghiền nhỏ và ray qua sàn 0,5 mm để loại bỏ các thành phần tạp chất trong đất. Sau khi sấy khô tối thiểu 1 ngày ở 1000C, đất được trộn với nước để tạo ra hỗn hợp có độ ẩm tại 24,5%. Hỗn hợp này được dưỡng hộ trong tủ dưỡng ẩm 2 ngày trước khi đem đi tạo mẫu.

Các mẫu đất sẽ được tạo ở độ ẩm OMC và dung trọng khô lớn nhất với kích thước đường kính D là 50 mm và chiều cao là 100 mm.

Thí nghiệm xác định sức kháng cắt UU

Có tổng cộng 20 mẫu được thí nghiệm xác định sức kháng cắt không cố kết- không thoát nước theo ASTM-D2850-UU bao gồm mẫu không gia cường, mẫu gia cường 1 lớp, 2 lớp, 3 lớp vải địa kỹ thuật (Hình 2) với 2 điều kiện ban đầu và áp lực buồng nén:
– Các mẫu không bão hoà: các mẫu sẽ được nén với áp lực buồng 50 kPa, 100 kPa, 150 kPa, 200 kPa.
– Các mẫu bão hoà: các mẫu sẽ được bão hoà tại áp lực buồng 500 kPa và nén thí nghiệm tại áp lực buồng 300 kPa. 

KẾT QUẢ
Ứng xử cắt mẫu không bão hoà trong điều kiện UU

a) So sánh mẫu không gia cường và gia cường bằng vải địa kỹ thuật Hình 3 thể hiện quan hệ giữa ứng suất lệnh (hiệu số ứng suất dọc trục 1 và ứng suất buồng 3) theo sự biến dạng dọc trục.

Nhận xét: Áp lực buồng càng lớn thì ứng suất lệch càng lớn với cùng biến dạng dọc trục. Số lớp vải gia cường càng nhiều thì cường độ càng cao. Theo ASTM-D2850-UU, thời điểm mẫu bị phá hoại khi biến dạng dọc trục đạt 15%. Hình 4 thể hiện giá trị áp lực thẳng đứng khi mẫu bị phá hoại cho mẫu không gia cường và gia cường bằng vải tại các áp lực buồng khác nhau.

Ứng xử cắt mẫu bão hoà trong điều kiện UU

Ứng xử cắt mẫu bão hoà gia cường vải địa kỹ thuật

Kết quả cho thấy ứng suất chênh gia tăng theo biến dạng dọc trục mẫu. Số lớp vải càng nhiều, áp lực chênh càng cao (Hình 6)

Bảng 3 trình bày ứng suất chênh lệch, độ gia tăng áp lực nước lỗ rỗng và sức kháng cắt không thoát (Su) nước mẫu bão hoà không gia cường và gia cường bằng vải địa kỹ thuật. Sức chống
cắt không thoát nước mẫu bão hoà được xác định bằng phân nửa của ứng suất lệch.

Đây là sức kháng cắt tổng cộng của mẫu bão bão hoà trong đó cu = Su và u = 0. Sức chống cắt tăng lên khi số lớp vải tăng lên và áp lực nước lỗ rỗng cũng gia tăng (Hình7). Yang và cộng sự. (2016) khẳng định áp lực nước lỗ rỗng tăng lên do vải địa kỹ thuật khống chế độ nở hông của mẫu thí nghiệm từ đó làm gia tăng áp lực nước lỗ rỗng so với mẫu không gia cường.

Trong khoảng biến dạng 1% đến 3%, mẫu gia cường tạo ra áp lực nước lớn hơn so với mẫu không gia cường, do vải địa kỹ thuật ngăn cản quá trình nở hông của mẫu, từ đó làm gia tăng đột biến áp lực nước lỗ rỗng.

Khi biến dạng tăng lên mẫu thí nghiệm có sự phát triển biến dạng ngang (xảy ra hiện tượng trượt giữa đất và vải địa kỹ thuật) (mẫu gia cường 1 và 2 lớp vải) làm giảm áp lực nước lỗ rỗng đồng thời áp lực nước lỗ rỗng được tiêu tán thông qua khả năng thấm cao của vải địa kỹ thuật. Bảng 3: Kết quả thí nghiệm mẫu bão hoà không gia cường và gia cường bằng vải

KẾT LUẬN GIA CƯỜNG BẰNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

Các thí nghiệm sức kháng cắt bằng thiết bị nén 3 trục được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng vải địa với đất sét lòng sông. Các kết luận khác bao gồm:

• Ở mẫu không bão hòa, số lớp vải càng lớn thì cường độ càng cao. Khi gia cường, lực dính tăng lên 1,5 đến 2,5 lần, góc ma sát trong  không thay đổi khi gia cường bằng vải. Chỉ số gia tăng cường độ Ruf giảm khi áp lực buồng tăng.
• Các mẫu bão hòa, trong khoảng biến dạng từ 1-3% thì mẫu gia cường vải tạo ra áp lực nước lớn hơn so với mẫu không gia cường do vải ngăn cản sự nở hông của đất. Khi biến dạng tăng lên xảy ra hiện tượng trượt giữa đất và vải địa kỹ thuật, làm giảm áp lực nước lỗ rỗng đồng thời áp lực nước lỗ rỗng được tiêu tán thông qua khả năng thấm cao của vải địa kỹ thuật.
• Sau khi ngâm bão hoà, cường độ mẫu giảm từ 46% – 82%. – Kết quả cho thấy rằng gia cường đất sét lòng sông bằng vải địa kỹ thuật làm gia tăng cường độ đất trong điều kiện bão hoà và không bão hoà.

Hệ thống thoát nước đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng chịu tải của đất sét lòng sông.