Nghiên Cứu Đặc Tính Kỹ Thuật Của Đất Trộn Xi Măng Có Cốt Sợi Lưới Nông Nghiệp Và Ứng Dụng Vào Nền Đường

Khu vực Đồng Tháp nói riêng và Đồng bằng sông Cửu Long nói chung có đặc điểm địa chất phức tạp với nền đất yếu, thường xuyên chịu tác động của lũ lụt. Việc xây dựng hạ tầng giao thông gặp nhiều khó khăn do nền đất không ổn định, dễ lún và trượt. Các giải pháp truyền thống như gia tải trước, cọc cát, hoặc thay thế đất gặp nhiều hạn chế về chi phí và thời gian thi công. Vì vậy, việc nghiên cứu các giải pháp cải tạo đất yếu tại chỗ, sử dụng vật liệu địa phương là rất cần thiết. Đất trộn xi măng kết hợp cốt sợi là một trong những giải pháp tiềm năng. Nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá khả năng cải thiện các đặc tính cơ học của đất yếu sau khi gia cố bằng xi măng và sợi lưới nông nghiệp.

Việc sử dụng sợi lưới nông nghiệp như một loại vật liệu gia cường cho đất đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Ưu điểm của sợi lưới nông nghiệp là giá thành rẻ, dễ kiếm, và có khả năng phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, độ bền của sợi lưới nông nghiệp cũng là một vấn đề cần được quan tâm. Nghiên cứu này xem xét khả năng gia cường của sợi lưới nông nghiệp đối với đất trộn xi măng, đánh giá sự tương tác giữa đất, xi măng và sợi lưới, từ đó đưa ra các khuyến nghị về hàm lượng sử dụng và phương pháp thi công phù hợp. Các nghiên cứu trên thế giới cũng được tổng quan để so sánh và đối chiếu.

Thí nghiệm cắt trực tiếp là phương pháp đơn giản và hiệu quả để xác định sức chống cắt của đất. Nguyên lý của thí nghiệm là tạo ra một mặt trượt trên mẫu đất và đo lực cần thiết để gây ra trượt. Kết quả thí nghiệm cho phép xác định các thông số quan trọng như lực dính (c) và góc ma sát trong (φ) của đất. Đối với đất trộn xi măng có cốt sợi lưới nông nghiệp, thí nghiệm cắt trực tiếp giúp đánh giá khả năng tăng cường sức chống cắt của sợi lưới. Phương pháp này tuân thủ TCVN 4199 – 1995.

Thí nghiệm nén cố kết được sử dụng để xác định các thông số liên quan đến độ lún và hệ số thấm của đất. Thí nghiệm này mô phỏng quá trình nén của đất dưới tác dụng của tải trọng. Kết quả thí nghiệm cho phép xác định các chỉ số nén (Cc), chỉ số nở (Cs), và hệ số thấm (k). Các thông số này rất quan trọng để dự đoán độ lún của nền đường và đánh giá khả năng thoát nước của đất. Thí nghiệm nén cố kết tuân thủ TCVN 4200 – 1995.

Ứng Suất Hiệu Quả là lực tác dụng thật sự lên các hạt đất sau khi trừ đi áp lực nước lỗ rỗng. Hiểu rõ và tính toán đúng ứng suất hiệu quả là chìa khóa để đánh giá chính xác khả năng chịu tải và độ ổn định của nền đất, đặc biệt trong điều kiện đất ngậm nước hoặc có sự thay đổi mực nước ngầm. Trong thiết kế và phân tích ổn định mái dốc, việc tính toán ứng suất hiệu quả là bắt buộc để đảm bảo an toàn cho công trình. Các phương pháp phân tích ổn định mái dốc như Phương Pháp Phân Tích Giới Hạn (Limit Equilibrium Method) và Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn (Finite Element Method) đều dựa trên nguyên tắc ứng suất hiệu quả.

Hàm lượng xi măng là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của đất trộn xi măng. Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi tăng hàm lượng xi măng, cường độ chịu nén của đất tăng lên đáng kể. Điều này là do xi măng tạo thành các liên kết bền vững giữa các hạt đất, giúp đất chịu được tải trọng lớn hơn. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc tăng hàm lượng xi măng quá cao có thể làm tăng chi phí và gây ra hiện tượng co ngót, nứt nẻ của đất.

Sợi lưới nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc gia cường sức chống cắt của đất trộn xi măng. Sợi lưới hoạt động như các neo giữ, giúp phân tán lực tác dụng lên đất và ngăn ngừa sự hình thành các mặt trượt. Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi có sợi lưới, sức chống cắt của đất tăng lên đáng kể, đặc biệt là ở giai đoạn biến dạng lớn. Tuy nhiên, hiệu quả gia cường của sợi lưới phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại sợi, kích thước sợi, và hàm lượng sợi.

Thời gian bảo dưỡng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển cường độ của đất trộn xi măng. Quá trình thủy hóa xi măng cần thời gian để các phản ứng hóa học diễn ra hoàn toàn, tạo ra các liên kết bền vững giữa các hạt đất. Kết quả thí nghiệm cho thấy, cường độ chịu nén và sức chống cắt của đất trộn xi măng tăng lên theo thời gian bảo dưỡng, đặc biệt là trong giai đoạn đầu (7-28 ngày). Sau giai đoạn này, tốc độ tăng cường độ chậm lại.

Phần mềm GeoStudio được sử dụng để phân tích ổn định mái dốc của nền đường. Phần mềm này cho phép mô phỏng các điều kiện địa chất và tải trọng khác nhau, từ đó đánh giá mức độ an toàn của công trình. Kết quả phân tích cho thấy, việc sử dụng đất trộn xi măng có cốt sợi lưới nông nghiệp giúp tăng hệ số an toàn của mái dốc, giảm nguy cơ sạt lở. Phương pháp Bishop đơn giản hóa được áp dụng.

Dòng thấm qua nền đường là một yếu tố quan trọng cần được xem xét trong thiết kế. Dòng thấm có thể gây ra hiện tượng xói mòn, làm giảm độ ổn định của nền đường. Kết quả phân tích cho thấy, việc sử dụng đất trộn xi măng có cốt sợi lưới nông nghiệp có thể làm giảm hệ số thấm của đất, hạn chế dòng thấm qua nền đường. Áp dụng phần mềm GeoSeep để mô phỏng dòng thấm.

Để đảm bảo độ tin cậy và chính xác của các mô hình số, việc so sánh và đối chiếu kết quả mô phỏng với kết quả thí nghiệm thực tế là vô cùng quan trọng. Việc này giúp đánh giá mức độ phù hợp của mô hình và hiệu chỉnh các thông số đầu vào cho phù hợp với điều kiện thực tế của công trình. Khi có sự sai khác giữa kết quả mô phỏng và thí nghiệm, cần xem xét các yếu tố như sai số trong thí nghiệm, độ chính xác của các thông số đầu vào và sự đơn giản hóa của mô hình. Từ đó, điều chỉnh mô hình và các thông số để kết quả mô phỏng gần với thực tế hơn.

Việc sử dụng các loại sợi tự nhiên như xơ dừa, bã mía, hoặc rơm rạ có thể là một giải pháp thay thế hiệu quả cho sợi lưới nông nghiệp. Các loại sợi này có giá thành rẻ, dễ kiếm, và có khả năng phân hủy sinh học. Tuy nhiên, cần có các nghiên cứu để đánh giá khả năng gia cường của các loại sợi này và xác định tỷ lệ trộn phù hợp. Cần đánh giá khả năng phân hủy sinh học và ảnh hưởng đến môi trường.

Độ bền lâu dài và khả năng chống chịu môi trường là những yếu tố quan trọng cần được xem xét khi sử dụng đất trộn xi măng có cốt sợi trong xây dựng. Cần có các nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, và hóa chất đến tuổi thọ của vật liệu. Các thí nghiệm gia tốc lão hóa có thể được sử dụng để dự đoán độ bền lâu dài của vật liệu.