Nghiên cứu xác định thời gian sử dụng ống địa kỹ thuật xây dựng đê trong môi trường nước đất khu vực thành phố Hồ Chí Minh

TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016

49

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THỜI GIAN SỬ DỤNG ỐNG ĐỊA KỸ
THUẬT XÂY DỰNG ĐÊ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC ĐẤT KHU
VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
STUDY TO DETERMINE THE LIFE TIME OF GEOTUBE USED IN
CONSTRUCTION OF DYKES IN SOIL AND WATER IN THE AREA OF HO CHI
MINH CITY
Vương Quang Việt, Nguyễn Thị Thơm
Viện Nhiệt đới môi trường
Tóm tắt: Dự báo tuổi thọ, thời gian làm việc của ống địa kỹ thuật xây dựng đê được các chuyên
gia quan tâm nghiên cứu. Đây là khoảng thời gian liên tục tính từ khi đê được xây dựng (ống địa kỹ
thuật chịu tác động của điều kiện sử dụng cũng như của môi trường sử dụng) cho đến khi bị hư hỏng
căn cứ theo một tiêu chuẩn nào đó. Độ chính xác của phép dự báo phụ thuộc vào phương trình dự báo
có phản ánh đầy đủ các yếu tố khí hậu, thời tiết, môi trường, điều kiện sử dụng ... tác động lên ống và
tiêu chuẩn hư hỏng mẫu được lựa chọn có tiêu biểu hay không. Bài viết trình bày kết quả dự báo tuổi
thọ sử dụng của ống địa kỹ thuật theo phương pháp kết hợp thử nghiệm tự nhiên và gia tốc trong môi
trường nước đất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh.
Từ khoá: Tuổi thọ, ống mềm.
Abstract: Prediction of lifetime and durability of geotube used in construction of dykes has
gained special attention from experts. That is the continuous time period from the point a dyke is
constructed (geotube are impacted by the conditions and environment where they are in use) until
hoses are considered damaged based on some standard. The accuracy of prediction depends on the
prediction equation, whether it takes all effects of factors such as climate, weather, environment and
condition of use, etc. into account, and whether the selected standard of damage is typical. This article
presents results of geotube lifetime prediction based on a method where actual and accelerated tests
were combined in soil and water in the area of Ho Chi Minh City.
Keywords: Lifetime, geotube.

1. Giới thiệu
Xây dựng đê bằng ống địa kỹ thuật nhồi
cát là một giải pháp công trình hiệu quả, kinh
tế để đối phó với biến đổi khí hậu và nước
biển dâng. Giải pháp này lại có ý nghĩa đặc
biệt với nước ta - một trong những nước bị
ảnh hưởng nặng nề nhất cộng với khó khăn
về tài chính do việc “xây dựng đê theo
phương pháp truyền thống đắt hơn nhiều so
với xây dựng đê bằng ống địa kỹ thuật nhồi
cát” [1]. Một trong những quan tâm hàng đầu
của các nhà nghiên cứu là tuổi thọ của công
trình. Trong giải pháp này, tuổi thọ phụ thuộc
nhiều vào thời gian làm việc của ống địa kỹ
thuật xây dựng đê - đây là khoảng thời gian
liên tục tính từ khi đê được xây dựng (ống
địa kỹ thuật chịu tác động của điều kiện sử
dụng cũng như của môi trường sử dụng) cho
đến khi bị hư hỏng căn cứ theo một tiêu
chuẩn nào đó. Phương pháp xác định thời
gian làm việc tốt nhất là phơi mẫu hiện
trường tuy nhiên tiêu tốn thời gian. Vì vậy

cần đến phương pháp gia tốc quá trình lão
hóa hoặc các phiên bản của nó. Độ chính xác
của phép dự báo phụ thuộc vào phương trình
dự báo có phản ánh đầy đủ các yếu tố khí
hậu, thời tiết, môi trường, điều kiện sử dụng
... tác động lên ống địa kỹ thuật và tiêu chuẩn
hư hỏng mẫu được lựa chọn có tiêu biểu hay

không [2]. Mục tiêu của nghiên cứu này là dự
báo thời gian làm việc của đê thông qua tuổi
thọ của ống địa kỹ thuật. Bài báo này trình
bày một số kết quả nghiên cứu về tuổi thọ
của ống bằng phương pháp kết hợp phơi mẫu
ngoài hiện trường và gia tốc lão hóa nhiệt
trong phòng thí nghiệm.
2. Phương pháp nghiên cứu
2.1. Nguyên vật liệu
- Vải polyester GM15 Hàn Quốc có các
thông số chính sau: Trọng lượng: 500 g/m2;
độ bền kéo đứt theo chiều dọc và ngang >
150 kN/m; độ dãn dài khi đứt theo chiều dọc
và ngang < 15 %; hệ số thấm: 10-5 m/s; kích


50

Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016

thước lỗ O90: 0,075 mm; khổ rộng: 3,6 m;
chiều dày: 2 mm.
- Ống địa kỹ thuật đường kính 1 m, dài
50 m chế tạo từ GM15.
- Vải polyester GM200 Hàn Quốc có các
thông số chính sau: Trọng lượng: 600 g/m2;
độ bền kéo đứt theo chiều dọc và ngang >
200 kN/m; độ dãn dài khi đứt theo chiều dọc
và ngang < 15 %; hệ số thấm: 10-5 m/s; kích
thước lỗ O90: 0,075 mm; khổ rộng: 3,6 m;

chiều dày: 2 mm.
- Ống địa kỹ thuật đường kính 1 m, dài
50 m chế tạo từ GM200.
2.2. Phương pháp nghiên cứu và thiết
bị sử dụng
2.2.1. Tính chất cơ lý và gia tốc lão
hóa nhiệt
- Độ bền kéo đứt được đo trên máy kéo
nén vạn năng theo tiêu chuẩn ASTM- D861.
- Thử nghiệm gia tốc quá trình lão hóa với
hệ thống tủ khí hậu nhân tạo theo ASTM - D
794.
2.2.2. Phơi mẫu hiện trường và lấy
mẫu
Đê thử nghiệm được xây dựng bằng các
ống địa kỹ thuật nhồi cát có chiều dài 100 m,
cao 1,6 m tại bờ hữu sông Sài Gòn thuộc
phường Thạnh Lộc, quận 12, Thành phố Hồ
Chí Minh từ tháng 07 năm 2011 [3]. Sau
1.800 ngày tức 43.800 giờ chúng tôi tiến
hành lấy mẫu vật liệu ống (phần trên không
tiếp xúc trực tiếp với nước) từ Thạnh Lộc về
phòng thí nghiệm để thử gia tốc lão hóa ở
môi trường không khí với nhiệt độ 145 oC
đến khi độ bền kéo đứt giảm 25 %, gọi thời
gian này là t2. Tiến hành xác định thời gian
sấy T2 ở 145 oC để độ bền kéo đứt của ống
địa kỹ thuật mới (chưa nhồi cát) giảm 25 %
(hình 1).
Chúng tôi cũng tiến hành phơi mẫu vật

liệu ống địa kỹ thuật chế tạo từ GM200 tại
Khu chế xuất (KCX) Tân Thuận từ tháng 02
năm 2014 [4]. Sau 510 ngày tức 12.240 giờ
chúng tôi tiến hành lấy mẫu vật liệu ống
(phần trên không tiếp xúc trực tiếp với nước)
từ KCX Tân Thuận về phòng thí nghiệm để
thử gia tốc lão hóa ở môi trường không khí
với nhiệt độ 145 oC đến khi độ bền kéo đứt

giảm 25 %, gọi thời gian này là t2. Tiến hành
xác định thời gian sấy T2 ở 145 oC để độ bền
kéo đứt của ống địa kỹ thuật mới (chưa nhồi
cát) giảm 25 % (hình 2).
Mẫu khảo sát được chuẩn bị theo tiêu
chuẩn ASTM-D861 từ ống địa kỹ thuật chưa
bơm cát và từ ống địa kỹ thuật xây dựng đê
thử nghiệm tại phường Thạnh Lộc và KCX
Tân Thuận.

Hình 1. Đê thử nghiệm
tại phường Thạnh Lộc,
quận 12.

Hình 2. Thu hồi mẫu thử
vào ngày xây dựng đê thử
nghiệm tại KCX Tân
Thuận, quận 7.

Phương pháp tính tuổi thọ theo mô hình
kết hợp [5]. Trong phương pháp này quan hệ

giữa các đại lượng được thể hiện theo công
thức sau:
t1
T1

+

t2
T2

=1

(1)

Trong đó:
T1: Thời hạn sử dụng;
t1: Thời gian thử mẫu ngoài thực địa;
t2: Thời gian sấy ở nhiệt độ thử gia tốc
mà độ bền kéo đứt giảm 25 %;
T2: Thời gian sấy ở nhiệt độ thử gia tốc
mà độ bền kéo đứt của mẫu so sánh (mẫu
mới) giảm 25 %.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Xác định thời gian khi độ bền kéo
đứt giảm 25 %
Kết quả thử nghiệm mẫu từ phường
Thạnh Lộc và mẫu từ KCX Tân Thuận trình
bày trong hình 3 và hình 4.
Trong đó:
tt: Thời gian gia nhiệt mẫu ở nhiệt độ

o
145 C trong môi trường không khí (giờ);
ft: Độ bền kéo đứt mẫu tương ứng với
điều kiện thử nghiệm (kN/m);
%ft: Tỷ lệ độ bền kéo đứt mẫu tương ứng
với điều kiện thử nghiệm (%);
Ft: Độ bền kéo đứt mẫu mới tương ứng
với điều kiện thử nghiệm (kN/m);


TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016

%Ft: Tỷ lệ độ bền kéo đứt mẫu mới
tương ứng với điều kiện thử nghiệm (%).
Kết quả thử nghiệm là giá trị thống kê
kết quả của 3 mẫu lấy từ 3 vị trí ngẫu nhiên ở
hai đầu và giữa đê thử nghiệm.

Hình 3. Kết quả thử nghiệm lão hóa mẫu tại phường
Thạnh Lộc.

Hình 4. Kết quả thử nghiệm lão hóa mẫu tại KCX Tân
Thuận.

Hình 3 và hình 4 cho thấy theo thời gian
cường độ chịu kéo và tỷ lệ độ bền kéo đứt
giảm dần. Thời gian làm giảm cường độ lực
kéo đứt mẫu ở Thạnh Lộc: t2 (ứng với % ft)

51

và T2 (ứng với %Ft) là 168 và 204 giờ (hình
3). Thời gian làm giảm cường độ lực kéo đứt
mẫu ở KCX Tân Thuận t2 (ứng với % ft) và
T2 (ứng với % Ft) là 204 và 216 giờ (hình 4).
Thực nghiệm cũng chỉ ra những đường
đặc tính của các mẫu tại phường Thạnh Lộc
(hình 3) có độ dốc tương đương so với đường
đặc tính của mẫu ở KCX Tân Thuận (hình 4).
3.2. Xác định thời hạn sử dụng
Để hạn chế những nhược điểm của các
phương pháp thử nghiệm gia tốc và thử
nghiệm trong môi trường tự nhiên người ta
sử dụng phương pháp kết hợp cả hai loại thử
nghiệm tự nhiên và gia tốc. Phương pháp này
còn được gọi là phương pháp thử nghiệm mô
hình kết hợp [5, 6]. Nó kết hợp được ưu điểm
của cả thử nghiệm tự nhiên và thử nghiệm
gia tốc: Xác định nhanh và đề cập tới các yếu
tố tác động của điều kiện sử dụng trên thực
địa.
Từ kết quả xác định thời gian khi độ bền
kéo đứt giảm 25 % (mục 3.1). Kết quả thử
nghiệm và tính toán tuổi thọ của vật liệu trình
bày trong bảng 1, trong đó tuổi thọ hay độ
bền của vật liệu được tính theo công thức (1).
Từ thử nghiệm thực tế và kết quả tính
toán T1t và T1k ta thấy tuổi thọ vật liệu ống
địa kỹ thuật GM15 và GM200 dùng làm đê
trong điều kiện làm việc ở môi trường khô

(không tiếp xúc trực tiếp thường xuyên với
nước) là tương đương. Đây là kết quả hợp lý
vì chúng có bản chất hóa học như nhau.

Bảng 1. Kết quả thực nghiệm về dự tính tuổi thọ của vật liệu.
t1 (giờ)

t2 (giờ) ~

%f
Mẫu vật liệu tại KCX
Tân Thuận
Mẫu vật liệu tại phường
Thạnh Lộc

TB
Sai số
TB
Sai số

12.240
43.800
-

4. Kết luận
Trước khi được sử dụng phổ biến như
ngày hôm nay, độ bền của vải địa đã là một
chỉ tiêu quan trọng được các nhà thiết kế ứng
dụng quan tâm từ ngay ban đầu. Tuổi thọ của
công trình ứng dụng thường dài: Theo Sở

Giao thông vận tải (UK) là 120 năm [7], các
công trình tại Việt Nam được yêu cầu (không
chính thức) là trên 20 năm.

204
± 7,8
168
± 9,5

T2 (giờ ) ~

T1 (giờ)

T1 (năm)

%F
216
± 2,4
204
± 11,5

220.320
± 3102
24.8200
± 7305

25,2
± 0,4
28,3
± 0,7

Kết quả tính toán tuổi thọ hay độ bền vật
liệu T1 (năm) của hai mẫu từ các số liệu thực
nghiệm cho ta thấy việc lựa chọn và sử dụng
vải polyeste để chế tạo ống địa kỹ thuật làm
đê là thích hợp trong điều kiện khí hậu, thổ
nhưỡng tại Thành phố Hồ Chí Minh cũng
như khu vực phía Nam. Các số liệu T1 cũng
phù hợp với các số liệu theo dõi thực tế của
các nhà khoa học Hà Lan công bố [1, 8].


52

Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016

Điều kiện thử nghiệm gia tốc gần với
thực tế do sử dụng môi trường tự nhiên tương
tự như môi trường vật liệu làm việc. Căn cứ
theo diễn biến chất lượng môi trường nước
lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai [9] cho
phép đánh giá khả năng làm việc, độ bền của
ống địa kỹ thuật chế tạo từ vật liệu polyeste
GM15 và GM200 có tuổi thọ tới khoảng 25
năm đáp ứng được yêu cầu về tuổi thọ của
vật liệu chế tạo đê (trên 20 năm).
Lời cảm ơn
Chân thành cám ơn Sở Khoa học công
nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, Uỷ ban Nhân
dân phường Thạnh Lộc, quận 12, Ban giám

đốc KCX Tân Thuận đã tạo điều kiện thuận
lợi để thực hiện nội dung ứng dụng. Nghiên
cứu được tài trợ bởi Chương trình nghiên
cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ vật
liệu mới mã số KC.02 
Tài liệu tham khảo
[1]

Krystian W. Pilarczyk (1998), Dikes and
Revetments: Design, Maintenance and Safety
Assessment, Publisher A. A. Balkema, Rotterdam

[2]

Wojciech Prochera (2001), “Charaterystyka
geotuby”, biuletin ochrona srodowiska 8/2001.

[3]

Nguyễn Thành Nhân và Trịnh Công Vấn (2012),
Nghiên cứu công nghệ chế tạo tổ hợp vật liệu
dệt-polyme để xây dựng đê, Đề tài cấp Sở
KHCN Tp. HCM.

[4]

Vương Quang Việt và cộng sự (2015), Nghiên
cứu, thiết kế, chế tạo và ứng dụng công nghệ ống
mềm trên cơ sở tổng hợp vật liệu dệt - polyme
để xây dựng kết cấu bảo vệ các công trình kinh

tế, quốc phòng, mã số KC02.13/11-15.

[5]

Andrzej Baranski (1980), Chemia fizyczna,
PWN, Warszawa.

[6]

Hodge, J., “Durability testing”, Geotextile
Testing and Design Engineer, ASTM STP 952, J
E. Fluet, Jr., Ed., American Society for testing
and Materials, Philadelphia, 1987, pp. 119-121.

[7]

Corbet S., and King J., (1993), Geotextiles in
filtration and drainage, Thomas Telford Service
Ltd., London.

[8]

PhanTrường Phiệt (2007), Sản phẩm địa kỹ thuật
polyme và composit trong xây dựng dân dụng
giao thông thủy lợi, NXB Xây dựng, Hà Nội.

[9]

Sở Tài Nguyên và Môi trường (2008), Báo cáo
hiện trạng môi trường thành phố Hồ Chí Minh

năm 2007, Chi cục BVMT Tp. Hồ Chí Minh.

Ngày nhận bài: 01/03/2016
Ngày hoàn thành sửa bài: 25/03/2016
Ngày chấp nhận đăng: 28/03/2016