Bài giảng Thiết kế Vải Địa Kỹ Thuật - Design with Geotextiles

Trang 1

1Thiết kế Vải Địa Kỹ Thuật

Design with Geotextiles

Bộ môn Cầu Đường

Đại học Bách Khoa TP HCM

Trang 2

Sơ lượt về Vải Địa Kỹ Thuật

(Woven geotextile)

 Loại không dệt

(Non-woven geotextile)

Trang 3

Loại dệt

giao nhau

Trang 4

Lọaivải không dệt:

Sợi vải không theo những phương nhất định

Các p/pháp sản xuất:

Xuyên kim (Needle punched)

Trang 5

 Sản xuấtvải không dệt:

Trang 6

Trang 7

Trang 8

Trang 9

Trang 10

Bảng Chỉ Tiêu Kỹ Thuật của V i a K ải Địa Kỹ Địa Kỹ ỹ Thu tật

GeotextileTechnical Data

Trang 11

Trang 12

Nguyên liệu sải Địa Kỹ n xuất Vải Địa Kỹ ThuậtTừ các Polymer tổng hợp sau:

Trang 14

Nguyên liệu sải Địa Kỹ n xuất Vải Địa Kỹ ThuậtTừ các Polymer tổng hợp sau:

Theo Koerner, 1998:

hủy bởi tia cực tím

Nếu cho 2% Carbon (phụ gia) vào khi nung chảy Polymer sẽ tăng sức

Trang 15

15

Trang 16

Geotextile - Lĩnh vực ứng dụng

Trang 17

17

Trang 18

Trang 19

19

Trang 20

Trang 21

21

Trang 22

Geotextile – Vải Địa Kỹ Thuật

 Kỹ thuật thi công

Trang 23

CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH

CỦA VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

Phân cách (Separation)

Tiêu thoát nước(Drainage)

B o v ảệ (Protection)

Ch ng th m ống thấm ấm (Waterproofing)

Trang 24

Trang 25

Trang 26

CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

THÍ NGHI M V i a K Thu tỆM Vải Địa Kỹ Thuậtải Địa Kỹ Địa Kỹ ỹ ật - Geotextile

(Mass per Unit Area test: g/m2)

Tiêu chuẩn: ASTM D 3776

Khối lượng (g) của một đơn vị diện tích (m) vải

Trang 27

THÍ NGHI M V i a K Thu tỆM Vải Địa Kỹ Thuậtải Địa Kỹ Địa Kỹ ỹ ật – GeotextileXÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG ĐƠN VỊ

Trang 28

THÍ NGHI M V i a K Thu tỆM Vải Địa Kỹ Thuậtải Địa Kỹ Địa Kỹ ỹ ật – GeotextileXÁC ĐỊNH ĐỘ DÀY

(Nominal Thickness test: mm)

Độ dày khi ép lên mặt phẳng vải một áp lực 2kPa

Trang 29

Trang 30

Lưu ý: ASTM D 5199 khác với

ISO 9863

lên mặt phẳng vải 5 giây

mặt phẳng vải 20 giây

Trang 31

THÍ NGHI M V i a K Thu tỆM Vải Địa Kỹ Thuậtải Địa Kỹ Địa Kỹ ỹ ật – GeotextileXÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC LỖ VẢI

(Apparent Openning Size, AOS, mm)

P/Pháp: Rây sàng KHÔ (dry seiving)

Tiêu chuẩn: ASTM D 4751

Cho các hạt thủy tinh biết trước đường kính lên phía trên mặt phẳng vải và đặt trên máy rây sàng

Cở hạt nào có95% khối lượng lọt qua vải sau 10 phút rây sẽ đại diện cho kích thước lỗ vải lớn nhất (O95)

Trang 32

Trang 33

THÍ NGHI M V i a K Thu tỆM Vải Địa Kỹ Thuậtải Địa Kỹ Địa Kỹ ỹ ật – Geotextile

XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG KÍCH THƯỚC LỖ VẢI

(Characteristic Openning Size, COS, mm)

P/Pháp: Rây sàng ƯỚT (wet seiving)

Tiêu chuẩn: ISO 12956

 Cho một lượng đất lên phía trên mặt phẳng vải và tưới nước đều

trên khối đất trong quá trình rây sàng

Trang 34

P/Pháp: Rây sàng ƯỚT (wet seiving): O90

Trang 35

Thu lại lượng đất và nước lọt qua vải

sau 10 phút rây Sấy khô và rây sàng

để phân tích, vẽ đường cong cở hạt

của đất lọt qua vải sau khi rây.

Đường kính (d90) của đất lọt qua vải

sẽ đại diện cho Đặc trưng kích thước

lỗ vải (O90)

Trang 36

THÍ NGHI M V i a K Thu tỆM Vải Địa Kỹ Thuậtải Địa Kỹ Địa Kỹ ỹ ật – GeotextileXÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CHỊU KÉO BĂNG

(Wide Width Tensile test, N/m)

Xác định cường độ chịu kéo đứt (N/m) và độ giãn dài (%) của vải

khi đứt

Tiêu chuẩn: ASTM D 4595 (khác

với ISO 10319)

Mẫu vải vuông: 200x200mm

Được kẹp trên toàn bộ chiều

ngang (200mm)của mẫu khi thí

Trang 37

•Tiêu chuẩn: ASTM D 4595

•Mẫu vải vuông: 200x200mm

mỗi phút

•Khoảng cách giữa 2 ngàm kẹp: 100mm (là chiều dài bị kéo của mẫu)

Trang 38

•Tiêu chuẩn: ASTM D 4595

Trang 39

• Tiêu chuẩn: ASTM D 4595

Trang 40

Lưu ý:

Tiêu chuẩn: ISO 10319

Tốc độ kéo đều: 20% mỗi phút

Trang 41

•Tiêu chuẩn: ISO 10319

Trang 42

THÍ NGHI M V i a K Thu tỆM Vải Địa Kỹ Thuậtải Địa Kỹ Địa Kỹ ỹ ật – GeotextileXÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CHỊU KÉO KẸP

(Grab Tensile Strength, N)

và độ giãn dài(%) của vải khi đứt

Được kẹp một phần (25mm) trên

chiều ngang của mẫu khi thí nghiệm

Khoảng cách giữa 2 ngàm kẹp:

Trang 43

(Grab Tensile Strength, N)

• Tiêu chuẩn: ASTM D 4632• Tốc độ kéo: 300mm/phút

Trang 44

XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CHỐNG CHỌC THỦNG CBR

(CBR Puncture test, N)

Sức kháng chọc thủng CBR của vảiTiêu chuẩn: ASTM D 6241 hoặc

ISO 12236

Thanh trụ tròn d=50mm xuyên vuông góc mặt phẳng vải đến khi vải bị đâm thủng

Tốc độ xuyên:300mm/phút

Mẫu tròn 250mm được kẹp chừa

Trang 46

XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CHỐNG CHỌC THỦNG CBR

(CBR Puncture test, N)

Sức kháng chọc thủng CBR của vải: ASTM D 6241 hoặc ISO 12236

Trang 47

Thanh trụ tròn d=8mm xuyên vuông góc mặt phẳng vải đến khi vải bị đâm thủng

Tốc độ xuyên:300mm/phút

Mẫu tròn 100mm được kẹp chừa

môt lỗ tròn có đường kính trong 45mm

Trang 48

XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CHỐNG CHỌC THỦNG THANH

(ROD Puncture Resistance, N)

 Sức kháng chọc thủng THANH của vải: ASTM D 4833

Trang 49

XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CHỐNG CHỌC THỦNG THANH

(ROD Puncture Resistance, N)

 Sức kháng chọc thủng THANH của vải: ASTM D 4833

Trang 50

XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG THẤM VUÔNG GÓC QUA MẶT PHẲNG VẢI

(Permitivity test, l/s/m2)

Xác định lưu lượng nước thấm

xuyên vuông góc qua mặt phẳng vải

Tiêu chuẩn: ASTM D 4491 hoặc

Trang 51

(Permitivity test, l/s/m2)

Tiêu chuẩn: ASTM D 4491 hoặc ISO 11058

Trang 52

(Permitivity test, l/s/m2)

Lưu ý:

ngâm mẫu 2 giờ trong nước trước khi thí nghiệm

trong nướctrước khi thí

Trang 53

XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG THẤM NGANG DẪN TRUYỀN TRONG MẶT PHẲNG VẢI

(In-Plane water flow capacity test, l/m/s)

Đo lưu lượng nước dẫn truyền trong mặt phẳng vải (Transmissivity)

với một áp lực nhất định ép lên mặt phẳng vải và độ chênh cột nước không đổi.

Tiêu chuẩn: ASTM D 4716 hoặc

ISO 12958

Kích thước mẫu: rộng 300mm x dài 350mm (chiều dài thấm là 350mm)

Trang 54

(In-Plane water flow capacity test, l/m/s)

 Tiêu chuẩn: ASTM D 4716 hoặc ISO 12958

Trang 55

(Inplane water flow capacity test, l/m/s)

Lưu ý:

thí nghiệm

trong nướctrước khi thí nghiệm

Trang 56

THÍ NGHI M V i a K Thu tỆM Vải Địa Kỹ Thuậtải Địa Kỹ Địa Kỹ ỹ ật – GeotextileXÁC ĐỊNH ĐỘ XUYÊN THỦNG CÔN RƠI

(Dynamic Cone Penetration)

thủng do vật nhọn hoặc đá nhọn rơi gây thủng vải

Tiêu chuẩn: EN 918

Vật nặng 1000g có mũi nhọn 45 độ, chiều cao rơi 500mm

Trang 58

THÍ NGHI M V i a K Thu tỆM Vải Địa Kỹ Thuậtải Địa Kỹ Địa Kỹ ỹ ật – GeotextileXÁC ĐỊNH ĐỘ XUYÊN THỦNG

(Dynamic Cone Penetra

Trang 60

Trang 61

Trang 62

Trang 63

Trang 64

THI T K V i a K Thu tẾT KẾ Vải Địa Kỹ ThuậtẾT KẾ Vải Địa Kỹ Thuật ải Địa Kỹ Địa Kỹ ỹ ật – Geotextile

THEO CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH

CÁCH

Trang 66

THI T K V i a K Thu tẾT KẾ Vải Địa Kỹ ThuậtẾT KẾ Vải Địa Kỹ Thuật ải Địa Kỹ Địa Kỹ ỹ ật – Geotextile

THEO CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH

Phân cách (Separation)

Tiêu thoát nước(Drainage)

B o v ảệ (Protection)

Ch ng th m ống thấm ấm (Waterproofing)

Trang 67

NHẬN BIẾT CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA VẢI

theo Christopher và Holtz (1985)

°cu = 60 - 90 kPa (CBR = 2 - 3):- Lọc

- Phân cách

 cu = 30 - 60 kPa (CBR = 1 - 2):+ Lọc

+ Phân cách

+ Gia cố (có thể)

 cu < 30 kPa (CBR < 1): - Tất cả các chức năng

(bao gồm cả Gia cố)

Trang 68

NHẬN BIẾT CHỨC NĂNG CHÍNH

CỦA VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

Trang 69

THI T K VẢI ĐỊA KỸ THUẬTẾT KẾ Vải Địa Kỹ ThuậtẾT KẾ Vải Địa Kỹ Thuật

Chọn vải thế nào ???

Chọn theo:

ªKhả năng chịu kéo tính toán

ªXét thêm tính chống chọc thủng và thấm lọc

Trang 70

Trang 72

KHI NÀO DÙNG VẢI ???

Theo Christopher và Holtz (1985), dùng VĐKT hiệu qủa khi:

° cu < 90 kPa = 0.9 kg/cm2 (CBR < 3)

°Đất có độ nhạy cảm lớn

Nhận xét:

Đất Sét cứng cu = 90 kPa: sức chịu tải đáy móng khoảng 1.5 kg/cm2 (150 kPa)

Trang 73

73Xác định các chức năng của vải

(theo Christopher và Holtz (1985))

°cu = 60 - 90 kPa (CBR = 2 - 3):- Lọc

- Phân cách

°cu = 30 - 60 kPa (CBR = 2 - 3): + Lọc

+ Phân cách

+ Gia cố (có thể)

°cu < 30 kPa (CBR < 1): - Tất cả các chức năng (bao gồm cả Gia cố)

Trang 74

Chọn vải PHÂN CÁCH thế nào ???

Yêu cầu khi Thiết kế:

Vải KHÔNG ĐƯỢC THỦNG khi làm việc

Ngăn được đất nhưng nước phải xuyên qua được

Sẽ chọn vải theo:

ªKhảnăng chống chọc thủng

Trang 75

Các yếu tố ảnh hưởng đến

CHỌC THỦNG VẢI

(Áp lực tác dụng lên mặt vải)

Trang 76

Tính LỰC CHỌC THỦNG

Lực thẳng đứng: Fvert = (dh)(hh)p

Lấy hh =dh

Trang 78

Thí nghiệm Chọc Thủng CBR

Đo được Lực chọc thủng Fgvới dp = 50 mm

Trang 79

79So sánh Lực Chọc Thủng

giữa Thực tế và Thí nghiệm

(với dh = hh): Fvert = (dh)(hh)p

Fg = Fvert (dp/dh) = dh.p.dp

Trang 80

Lực Chống Chọc Thủng Thiết Kế

Fg,TK(thiết kế) = Fg.(sf).FS

Fg,TK(thiết kế) = (dh.p).(dp).(sf).FS

Trong đó: dh = d50; dp = 50 mm°sf = 2 -3 : Vật liệu sắc nhọn

°sf = 0.8 -1 : Vật liệu tròn cạnh

Trang 81

81Aùp lực (p) tác dụng trên mặt phẳng vải

+ h

Pa là tải trọng trục xe ; tan  = 0.6 (John, 1987))

Trang 82

Phương pháp Thiết kế khác

Chọn Sức Kháng Chọc Thủng theo AASHTO

Phương pháp này dựa vào:

Từ Mức độ yêu cầu về độ bền khi thi công của vải:

(Cao, Trung bình hoặc Kém)

Để từ đó chọn cường độ chống chọc thủng tương ứng

Trang 83

83Chọn Kích thước lổ vải đu ûđể

LỌC GIỮ ĐẤT

KÍCH THƯỚC LỔ VẢI phải:

°Đủ LỚN để thoát nước nhanh°Đủ NHỎ để ngăn chặn đất

Khả năng LỌC GIỮ ĐẤT của vải: O95  B.D85đất

B phụ thuộc vào Chế Độ Dòng Chảy:ª Dòng chảy Đều : B = 0.5 - 2

ª Dòng chảy Động: B = 0.5

Trang 84

B phụ thuộc Chế độ dòng chảy

ªBùn sét (> 50% lọt qua sàng 0.07)5 mm): B phụ thuộc vào loại vải

Vải Dệt : B = 1 O95  D85

Không Dệt : B = 1.8 O95  1.8 D85

Trang 85

85Thiết kế Vải Lọc theo Polyfelt

Kích thước lổ vải được chọn dựa vào:°Mức độ tải trọng

°Loại vật liệu đắp

(Giả thiết nền là đất sét yếu)

Trang 86

Trang 87

P/Pháp: Rây sàng KHÔ (dry seiving)

Cho các hạt thủy tinh biết trước đường kính lên phía trên mặt phẳng vải và đặt trên máy rây sàng

Cở hạt nào có95% khối lượng lọt qua vải sau 10 phút rây sẽ đại diện cho kích thước lỗ vải lớn nhất (O95)

Trang 88

Tiêu chuẩn: ISO 12956

 Cho một lượng đất lên phía trên mặt phẳng vải và tưới nước đều

trên khối đất trong quá trình rây sàng

Trang 89

P/Pháp: Rây sàng ƯỚT (wet seiving): O90

Trang 90

Phương pháp của Steward

Phương pháp này được áp dụng cho:

°Số lượt xe quy đổi về xe có tải trong trục 80 kN, W80kN  10 000°Đất đắp hạt thô được đầm nén đạt CBR  80

°Nền đất yếu có CBR < 3Chỉ cần biết các giá trị:

°Giá trị của cu, Nc

°Chiều sâu vết lún (r)°Số lượt xe quy đổi°Loại và tải trọng trục

Trang 91

Xác định chiều dày lớp đắp ổn định

Theo phương pháp Steward

Trang 92

Thiết kế lớp đắp ổn định trên đất yếuTheo AASHTO - Polyfelt

SN   ai.Di = a1.D1 + a2.D2 + a3.D3trong đó,

ai = các hệ số vật liệu lớp thứ I (tra bảng)Di = chiều dày của lớp vật liệu thứ i (mm)SN = hệ số kết cấu đường

SN xác định dựa vào:

°Hệ số sức chịu tải của nền (S)

°Số lượt xe tiêu chuẩn qui đổi (W)

Trang 93

93Xác định hệ số kết cấu (SN)

Trang 94

Hệ số chịu tải (S)

Quan hệ giữaHệ số chịu tải (S) và CBR của nền đất

Trang 95

Trong trường hợp có vải địa kỹ thuật

Khi có vải địa kỹ thuật:

Chỉ số kết cấu sẽ giãm ít đi thông qua các hệ số F1 và Tg:Sg = F1 S

W80kN(g) = W80kN / Tg

Trang 96

Hệ số ảnh hưởng khicó vải (F1)

Trang 97

Hệ số ảnh hưởng khi có vải (Tg )

Trang 98

Phạm vi áp dụng phương pháp AASHTO - Polyfelt

Dùng cho trường hợp:

Tổng số lượt xe quy đổi về xe tiêu chuẩn

W80kN  1000

Nếu W80kN  1000 có thể dùng phương pháp của Steward

Trang 99

°Giữa nền đất yếu và lớp móng dưới cần phải có thêm một

lớp đất đắp gọi là lớp ổn định hoá nền đường Chiều dày của lớp ổn định hoá nền đường này có thể giảm đáng kể khi dùng VĐKT làm lớp phân cách.

°Độ lún và khả năng thoát nước cũng cần phải được xem xét đánh giá đầy đủ như các thiết kế thông thường.

Trang 100

Ví dụ về tiết giảm chiều dày khi có vải

Trang 101

Ví dụ về tiết giảm chiều dày khi có vải

Trang 102

Trình tự thi công

Đắp lấn trên mặt bằng theo dạng chữ ‘U’