Độ bền và tuổi thọ của vải địa kỹ thuật

Với thực trạng là các điều kiện thời tiết cực đoan ngày càng gia tăng liên quan đến biến đổi khí hậu, nước biển dâng, bão lũ gây xói lở bờ biển thì các vật liệu và giải pháp linh hoạt hơn là việc cần thiết cho việc thiết kế các kết cấu bảo vệ bờ mới nhằm đem lại hiệu quả cao hơn về mặt chi phí cũng như củng cố bảo vệ bờ biển, cồn cát phía trong bãi…

Trong việc tìm kiếm các giải pháp có chi phí thấp, giải pháp mềm và linh hoạt thì khái niệm ống dại kỹ thuật nhồi cát giống như là «soft rock » đối với kết cấu bảo vệ bờ biển được giới thiệu vào năm 1950 với dạng bao tải cát để xây dựng một con đê ở cửa « Pluimpot » ở Hà Lan.

Đồng thời, một số thử nghiệm xây dựng bằng cách sử dụng bao tải cát trên bờ biển phía Bắc nước Đức. Sau đó, ống địa kỹ thuật nhồi cát chủ yếu được sử dụng làm biện pháp bảo vệ bờ tạm thời do những khó khăn liên quan đến đánh giá hiệu suất về tuổi thọ công trình khi sử dụng nó. Trong khi đó, những tiến bộ đáng kể đã được thực hiện liên quan đến những vấn đề sau :

• Cải thiện hiệu suất dài hạn của vải địa kỹ thuật (phụ gia và chất chống lại tia cực tím, lớp phủ chống mài mòn, v.v.);

• Đánh giá độ bền và dự đoán tuổi thọ của công trình (các thử nghiệm, tiêu chuẩn, v.v.);

• Khảo sát các kết cấu đã sử dụng ống địa kỹ thuật nhồi cát và phân tích kinh nghiệm trong quá khứ liên quan đến các cơ chế suy thoái ;

• Hiểu biết về cơ chế hư hỏng, bao gồm cả sự mất ổn định thủy lực dưới tác động của sóng.

Với nhiều lợi thế của ống địa kỹ thuật nhồi cát đã góp phần mở rộng việc sử dụng nó cho các công trình bảo vệ bờ biển vĩnh cửu, bao gồm một loạt các cấu trúc như đê biển, kè bờ, kè mỏ hàn, đê ngầm, đê chắn sóng xa bờ, chặn chân chống xói, lõi của kết cấu đê mái nghiêng, v.v.

ĐỘ BỀN VÀ DỰ BÁO TUỔI THỌ

Không giống như các vật liệu xây dựng thông thường như đá và bê tông, địa kỹ thuật tổng hợp đối với hầu hết các kỹ sư lĩnh vực kỹ thuật ven biển tương đối mới ngay cả sau 50 năm kinh nghiệm. Do đó, sự xuống cấp và hiệu suất tuổi thọ của vải địa kỹ thuật vẫn chưa được hiểu rõ. Thay vì cố gắng trả lời câu hỏi thường gặp nhất : Một cấu trúc địa kỹ thuật sẽ kéo dài bao lâu ? Nó thực tế hơn theo quan điểm kỹ thuật để hỏi, cấu trúc địa kỹ thuật phải kéo dài bao lâu. Tuổi thọ dự kiến khi thiết kế các công trình bảo vệ bờ vĩnh cửu thường là 30-100 năm. Vải địa kỹ thuật hiện đại được thiết kế để chống lại sự xuống cấp từ bức xạ UV, tác động của hóa học/sinh học, mài mòn và tác động thủy lực. Nói chung, một vòng đời từ 30-100 năm có thể được dự kiến nếu các thiệt haị trong quá trình xây dựng và các thiệt hại khác được đảm bảo.

• Để phát triển các bài kiểm tra chỉ số khác, các bài kiểm tra tương tự như các đề xuất trong phụ lục B của tiêu chuẩn Châu Âu EN 13249-13257 và EN 13265 được cho là đảm bảo độ bền tối thiểu 25 năm ;

• Làm cơ sở để lập kế hoạch và giám sát, quan trắc (xem ISO 12437), bao gồm cả việc phát triển các quy trình và kỹ thuật tiếp theo để giảm tỷ lệ suy thoái.

Lý tưởng nhất, một đường cong suy giảm trong vòng đời thiết kế cho từng tính chất có liên quan của vải địa kỹ thuật như độ bền kéo, khối lượng cụ thể theo g/cm2, khả năng kéo dàu và tính thấm thủy lực nên được xác định thực hiện chức năng chính của nó. Kết quả về độ bền dài kỳ của vải địa kỹ thuật có hiệu lực nhất là số liệu thực tế thu được về sự xuống cấp trong quá trình làm việc sau khi đã được xây dựng.

Trên thực tế, bằng chứng thực nghiệm về độ bền dài kỳ của vải địa kỹ thuật được truy xuất đã chỉ ra rằng việc giảm cường độ kéo và các đặc tính kỹ thuật quan trọng khác phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện khai thác và do đó khác biệt đáng kể từ vị trí xây dựng này so với vị trí xây dựng khác. Các mẫu PP (Polypropulen) và PET (Polyester) vải địa kỹ thuật không dệt được lấy từ 25 địa điểm ở Pháp đã mất tới 30% cường độ chịu kéo của chúng sau 10-15 năm khai thác như lớp lọc, phân tách và thoát nước, trong khi không có hiệu ứng hóa học/sinh học tác động.

Một trường hợp thú vị nữa đã được báo cáo bởi Lefaive cho thấy việc giảm cường độ độ bền chịu kéo sau 17 năm của cùng 1 dây PET được gắn vào tường bê tông và vào phần san nền  trong quá trình khác nhau : 2% trong quá trình san nền với PH=8,5 và lên đến 40% khi chuyển đổi qua giữa tường và san nền với độ PH đạt giá trị 13-14 và nhiệt đội lên đến 30oC chiếm phần lớn.

Ảnh hưởng của bức xạ UV được minh họa bằng một trường hợp được báo cáo bởi Troots và cộng sự, trong đó các mẫu thử được dệt lấy sai 13 năm từ 1 kè đất : trong khi dọc theo hần độ dốc được bao phủ bởi thảm thực vật và bitum để bảo vệ chống lại UV và không có sự thay đổi đáng kể của các thuộc tính địa kỹ thuật nào xảy ra ; giảm tới 50% cường độ chịu kéo được xác định trong phần không được bảo vệ.

Những điều này và nhiều ví dụ từ tài liệu cho thấy kết quả/dữ liệu từ các loại vải được lấy, mặc dù rất có giá trị, có những hạn chế lớn khi được sử dụng để dự đoán độ bền lâu dài và tuổi thọ của các cấu trúc vĩnh cửu. Hơn nữa, dữ liệu thu được thường không đầy đủ và liên quan đến các điều kiện thường khác với các dữ liệu và dự đoán/đánh giá đang được thực hiện.

Để sử dụng tốt nhất dữ liệu hiện trường, một số khuyến nghị ngắn gọn cho giám sát hiện trường trong tương lai được đưa ra. Những hạn chế này và sự cần thiết khẩn cấp đối với cả người dùng và nhà sản xuất để dự đoán thời gian tồn tại của địa kỹ thuật đã dẫn đến sự phát triển của các thử nghiệm, bên cạnh đó cũng có những hạn chế nhất định.