Phụ lục A, B, C, D

(nguồn)

Publication No. FHWA-NHI-10-025
FHWA GEC 011 – Volume II
November 2009

NHI Courses No. 132042 and 132043

Design and Construction of Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes – Volume II

Phụ lục A – Ký hiệu tải trọng LRFD, Tổ hợp và hệ số tải trọng

A.1 Ký hiệu tải trọng

Theo AASHTO 3.3.2, các ký hiệu sau được dùng cho tải trọng và lực thường xuyên và tạm thời.

A.2 Tổ hợp tải trọng

Các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng theo AASHTO 3.4, Bảng 3.4.1-1 được liệt kê dưới đây.

Tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng (Bảng 3.4.1-1, AASHTO, 2007)

A3. Hệ số tải trọng cho tải trọng thường xuyên

Hệ số tải trọng cho tải trọng thường xuyên, theo AASHTO 3.4, Bảng 3.4.1-2 được liệt kê dưới đây.

Hệ số tải trọng cho tải trọng thường xuyên, γ_p (Bảng 3.4.1-2, AASHTO, 2007)

Phụ lục B – Xác định hệ số sức kháng kéo tuột và cường độ liên kết Mặt ốp + Vật liệu địa kỹ thuật

Sức kháng kéo tuột của cốt gia cường đất được định nghĩa bởi sức kháng kéo tuột tới hạn cần thiết để gây ra trượt ra ngoài của cốt gia cường xuyên qua đất. Dữ liệu riêng theo từng loại cốt gia cường đã được xây dựng và được trình bày trong Chương 3. Bộ dữ liệu thực nghiệm sử dụng các tham số tương tác khác nhau, vì vậy khó có thể so sánh trực tiếp khả năng làm việc về kéo tuột của các loại cốt gia cường khác nhau.

Phương pháp xác định sức kháng kéo tuột của cốt gia cường được trình bày ở đây dựa trên cách tiếp cận chuẩn hóa được khuyến nghị trong sổ tay FHWA FHWA-RD-89-043 (Christopher và cộng sự, 1990). Sức kháng kéo tuột \(F^*\) là một hàm của sức kháng ma sát và sức kháng bị động, phụ thuộc vào loại cốt gia cường cụ thể. Hệ số hiệu chỉnh hiệu ứng tỷ lệ \(\alpha\) là một hàm của tính phi tuyến trong quan hệ giữa tải trọng kéo tuột và chiều dài cốt gia cường được huy động, như quan sát trong các thí nghiệm kéo tuột. Các loại cốt ít giãn thường hầu như không (hoặc rất ít) phi tuyến trong quan hệ này, do đó \(\alpha\) xấp xỉ 1.0; trong khi các loại cốt giãn nhiều có thể thể hiện tính phi tuyến đáng kể do chuyển vị cắt giảm dần theo chiều dài cốt gia cường, dẫn đến \(\alpha\) nhỏ hơn 1.0.

Cả \(F^*\) và \(\alpha\) phải được xác định thông qua các thí nghiệm riêng cho từng sản phẩm, hoặc bằng cách thực nghiệm/lý thuyết theo các quy trình được nêu trong tài liệu này và trong Mục 3.3, đặc biệt là Bảng 5. Cần lưu ý rằng các quy trình thực nghiệm được trình bày trong phụ lục này để xác định \(F^*\) về cơ bản rút gọn thành các phương trình hiện đang được AASHTO (2007) cung cấp cho thiết kế kéo tuột.

Sức kháng kéo tuột của các liên kết giữa mặt ốp và cốt gia cường làm việc theo ma sát (một phần/toàn phần) được định nghĩa là tải trọng cần thiết để gây ra trượt của cốt gia cường tương đối so với các khối mặt ốp hoặc gây ra đứt phá cốt gia cường tại vị trí liên kết với mặt ốp, tùy theo hiện tượng nào xảy ra trước.

B.1 Quy trình thực nghiệm để xác định F* và α

Sức kháng kéo tuột có thể được ước tính theo kinh nghiệm/lý thuyết bằng phương pháp nêu trong Chương 3. Theo phương pháp này, F* được tính như sau:

F* = Sức kháng ma sát + Sức kháng bị động = Tan ρ + F_q α_β

Trong đó Tan ρ là hệ số ma sát biểu kiến đối với loại cốt gia cường cụ thể; ρ là góc ma sát tại mặt tiếp xúc đất–cốt; F_q là hệ số chịu tải do chôn sâu (hoặc do tải phủ); và α_β là hệ số hình học kết cấu cho sức kháng bị động. Việc xác định từng tham số này được trình bày trong Bảng 3.6; các tham số này có thể được ước tính bằng phân tích từ dữ liệu thí nghiệm cắt trực tiếp và phương pháp “t-z” dùng trong thiết kế cọc ma sát. Tuy nhiên, vì cần một số dữ liệu thí nghiệm và phương pháp phân tích có thể phức tạp, tốt hơn là sử dụng dữ liệu thí nghiệm kéo tuột trực tiếp từ nhà sản xuất hoặc dùng các giá trị mặc định bảo thủ cho α. Nếu không có dữ liệu thí nghiệm kéo tuột, có thể dùng giá trị mặc định 1.0 cho α đối với cốt không giãn; và có thể dùng giá trị mặc định 0.6 đến 0.8 cho α đối với cốt giãn.

B.2 Quy trình thí nghiệm để xác định F* và α

Có hai loại thí nghiệm dùng để thu được các tham số sức kháng kéo tuột: thí nghiệm cắt trực tiếp và thí nghiệm kéo tuột(pullout test). Thí nghiệm cắt trực tiếp hữu ích để xác định góc ma sát tại mặt tiếp xúc đạt đỉnh hoặc dư giữa đất và vật liệu cốt gia cường. Nên sử dụng ASTM D 5321 cho mục đích này. Trong trường hợp này, F* sẽ bằng tan ρ_peak. F* cũng có thể thu được gián tiếp từ các thí nghiệm cắt đối với cốt dạng thanh và dạng dải. Tuy nhiên, giá trị của α phải được giả thiết hoặc suy ra bằng phân tích, vì α không thể xác định trực tiếp từ thí nghiệm cắt trực tiếp.

Thí nghiệm kéo tuột cũng có thể được dùng để thu được các tham số kéo tuột đối với các loại cốt gia cường này. Thí nghiệm kéo tuột phải được dùng để thu được tham số kéo tuột cho cốt dạng thanh và dạng lưới, và để xác định giá trị α cho mọi loại cốt gia cường. Nói chung, thí nghiệm nhổ được ưu tiên hơn thí nghiệm cắt trực tiếp để thu được tham số nhổ cho tất cả các loại cốt gia cường trong đất. Khuyến nghị dùng quy trình thí nghiệm ASTM D6706 với phương pháp tốc độ biến dạng có kiểm soát. Đối với hệ số tương tác dài hạn, có thể dùng phương pháp ứng suất không đổi (từ biến). Đối với cốt giãn, khuyến nghị đo biến dạng mẫu tại nhiều vị trí dọc theo chiều dài mẫu (ví dụ, từ ba đến bốn điểm) ngoài biến dạng ở đầu trước của mẫu. Với tất cả vật liệu cốt gia cường, khuyến nghị mẫu thí nghiệm kéo tuột có chiều dài chôn tối thiểu 24 in (600 mm). Hướng dẫn bổ sung được cung cấp tại đây liên quan đến diễn giải kết quả thí nghiệm kéo tuột.

ASTM D5321 & ASTM D6706

ASTM D5321 là thí nghiệm cắt trực tiếp (direct shear) để xác định sức kháng cắt tại mặt tiếp xúc:

• đất – geosynthetic (soil–geosynthetic interface), hoặc
• geosynthetic – geosynthetic (geosynthetic–geosynthetic).

Mục tiêu: lấy các tham số ma sát mặt tiếp xúc như góc ma sát mặt tiếp xúc (δ) và/hoặc lực dính bám (adhesion) (tùy vật liệu), phục vụ tính ma sát/neo bám trong thiết kế.

ASTM D6706 là thí nghiệm kéo tuột (pullout test) của geosynthetic trong đất để đo:

• sức kháng kéo tuột của geosynthetic trong đất (khả năng chống bị kéo tuột ra),
• quan hệ tải kéo tuột – chuyển vị (và có thể xét dài hạn/creep tùy phương pháp),
• và dùng để suy ra các hệ số/tương tác đất–cốt cho thiết kế.

Nói ngắn gọn:

• D5321: đo cắt trượt tại mặt tiếp xúc (ma sát interface).
• D6706: đo kéo tuột của geosynthetic trong khối đất (tương tác tổng hợp, gồm ma sát + cơ chế “bearing”/bị động tùy loại geogrid).

Đối với geogrid, sức mạnh liên kết (joint strength) của lưới phải đủ để cho phép sức kháng bị động trên các gân ngang phát triển mà không xảy ra phá hoại tại mối nối của lưới trong suốt tuổi thọ thiết kế của công trình. Để xét đến điều này, F* đối với geogrid nên được xác định theo một trong các cách tiếp cận sau:

• Sử dụng thí nghiệm kéo tuột theo ứng suất hữu hiệu, dạng nhanh (tức phương pháp tốc độ chuyển vị không đổi cho điều kiện tải ngắn hạn theo ASTM D6706) và thí nghiệm creep (theo ASTM D5262) cho geogrid, với việc kẹp giữ và gia tải qua mối nối.
• Sử dụng thí nghiệm kéo tuột theo ứng suất hữu hiệu, dạng nhanh (tức phương pháp tốc độ chuyển vị không đổi cho điều kiện tải ngắn hạn theo ASTM D6706), nhưng cắt rời các gân ngang của geogrid.
• Sử dụng thí nghiệm kéo tuột theo ứng suất hữu hiệu, dạng nhanh (tức phương pháp tốc độ chuyển vị không đổi cho điều kiện tải ngắn hạn theo ASTM D6706), nhưng với giả thiết rằng tổng sức kháng cắt của các mối nối xuất hiện trong một đoạn mẫu lưới dài 1 ft (300 mm) bằng hoặc lớn hơn cường độ tới hạn của phần tử lưới mà chúng liên kết vào. Nếu dùng tiêu chí sức kháng mối nối này, sức kháng cắt của mối nối lưới phải được đo theo GRI:GG2 (GRI, 1988).
• Thực hiện thí nghiệm kéo tuột theo ứng suất hữu hiệu dài hạn cho toàn bộ kết cấu geogrid theo phương pháp ứng suất không đổi (creep) của ASTM D6706.

Đối với thí nghiệm kéo tuột, cần thiết lập đường cong chuẩn hóa giữa lực kéo tuột \(P_r\) và chiều dài cốt được huy động như thể hiện trong Hình B-1. Có thể thu được các chiều dài huy động khác nhau bằng cách lắp đặt thiết bị đo lên mẫu cốt gia cường. Các thiết bị đo biến dạng hoặc chuyển dạng như extensometer dây gắn lên bề mặt cốt gia cường tại nhiều vị trí lùi dần từ điểm kẹp giữ nên được dùng cho mục đích này. Một đoạn cốt gia cường được xem là đã huy động khi thiết bị đo biến dạng chỉ ra có chuyển động tại đầu của đoạn đó.

Lưu ý rằng đồ thị chuyển vị theo chiều dài huy động (đồ thị phía trên trong hình) biểu diễn cho một áp lực bao quanh duy nhất. Cần tiến hành thí nghiệm ở nhiều áp lực bao quanh để xây dựng đồ thị \(P_r\) theo \(\sigma’_v L_p\) (đồ thị giữa trong hình). Giá trị \(P_r\) được chọn tại mỗi áp lực bao quanh để biểu diễn trên đồ thị theo \(\sigma’_vL_p\) là giá trị nhỏ hơn trong các giá trị sau: giá trị lớn nhất của \(P_r\) (tức tải lớn nhất duy trì được), tải gây đứt mẫu, hoặc giá trị \(P_r\) thu được tại chuyển vị/độ trượt cực đại định trước, đo tại đầu trước hoặc đầu sau của mẫu. Lưu ý rằng \(P_r\) được đo theo tải trọng trên một đơn vị bề rộng cốt gia cường.

Khuyến nghị rằng đối với cốt không giãn, sử dụng độ võng lớn nhất 3/4 in (20 mm) đo tại phía trước mẫu để chọn \(P_r\), nếu giá trị lớn nhất của Pᵣ hoặc sự đứt phá của mẫu không xảy ra trước. Đối với cốt giãn, khuyến nghị sử dụng độ võng lớn nhất 15 mm (5/8 in) đo tại phía sau mẫu để chọn \(P_r\), nếu giá trị lớn nhất của \(P_r\) hoặc sự đứt phá của mẫu không xảy ra trước. Lưu ý rằng, như một phương án thay thế, cũng có thể chấp nhận việc xác định \(P_r\) cho cốt không giãn dựa trên độ võng lớn nhất 5/8 in (15 mm) đo tại phía sau mẫu, như khuyến nghị đối với cốt giãn.

\(F^*_\text{peak}\) và \(F^*_m\) được xác định từ dữ liệu kéo tuột như thể hiện trong Hình B-1. Phương pháp nêu trong hình này được gọi là phương pháp diện tích hiệu chỉnh (Bonczkiewicz và cs., 1988). Việc xác định α cũng được minh họa trong Hình B-1. Các giá trị điển hình của F* và α cho các loại cốt gia cường khác nhau được Christopher (1993) cung cấp.

Lưu ý rằng các đường cong mang tính khái niệm trong Hình B-1 biểu diễn một vật liệu tương đối dễ giãn. Đối với vật liệu ít giãn, chuyển vị/độ trượt ở đầu trước của mẫu sẽ gần như bằng chuyển vị/độ trượt ở đầu sau của mẫu, khiến các đường cong ở đồ thị phía trên trong hình gần như nằm ngang. Vì vậy, việc áp dụng tiêu chí chuyển vị/độ trượt để xác định (P_r) cho cốt ít giãn tại đầu trước hay đầu sau của mẫu hầu như không tạo khác biệt.

Đối với vật liệu dễ giãn, chuyển vị/độ trượt ở đầu trước của mẫu có thể lớn hơn đáng kể so với đầu sau. Mục tiêu của tiêu chí chuyển vị/độ trượt là xác định khi nào xảy ra kéo tuột, chứ không nhằm thiết lập một tiêu chí phục vụ (serviceability) mang tính tùy ý. Với vật liệu dễ giãn, thí nghiệm kéo tuột không mô phỏng tốt các chuyển vị/độ trượt của cốt gia cường xảy ra trong kết cấu thực tế kích thước đầy đủ. Do đó, chỉ vì trong thí nghiệm kéo tuột xuất hiện chuyển vị/độ trượt tương đối lớn ở đầu trước của vật liệu cốt dễ giãn khi áp dụng tiêu chí chuyển vị/độ trượt tại đầu sau của mẫu không có nghĩa là trong kết cấu thực tế sẽ xảy ra các chuyển vị/độ trượt không chấp nhận được.

B.3 Sức kháng liên kết và cường độ của liên kết mặt ốp-cốt làm việc theo ma sát một phần và toàn phần

Đối với cốt được liên kết với mặt ốp thông qua sự neo/chèn giữa các phần tử mặt ốp bằng liên kết ma sát một phần hoặc toàn phần (ví dụ, khối đoạn/block), cường độ liên kết có thể được xác định trực tiếp bằng thí nghiệm dài hạn cho đến khi phá hoại. Quy trình thí nghiệm nên nhìn chung phù hợp với ASTM D6638, có điều chỉnh theo quy trình thử cường độ liên kết dài hạn tạm thời được mô tả dưới đây. Việc ngoại suy dữ liệu thí nghiệm nhìn chung nên thực hiện phù hợp với Phụ lục D. Thí nghiệm nên được tiến hành với ứng suất kìm hãm (confining stress) lớn hơn hoặc bằng ứng suất kìm hãm (confining stress) lớn nhất được xét cho hệ tường, và khi cần thì bổ sung thêm các mức ứng suất kìm hãm (confining stress) thấp hơn để xác định ứng xử trong toàn bộ dải ứng suất kìm hãm (confining stress) dự kiến.

Bất kể dạng phá hoại nào, phải xác định đường bao thời gian đến phá hoại (time to failure envelope) bằng ngoại suy. Khi đã xác định đường bao phá hoại, có thể thực hiện so sánh trực tiếp giữa cường độ giới hạn ngắn hạn của liên kết và đường bao phá hoại do từ biến của cốt địa kỹ thuật tổng hợp (xét riêng) để xác định RF_CR. Cường độ liên kết thu được từ đường bao phá hoại cũng phải được giảm bởi hệ số giảm do độ bền RF_D. Hệ số giảm này phải dựa trên độ bền của cốt hoặc bộ nối, tùy theo bộ phận nào bị phá hoại trong thí nghiệm.

Nếu xác định rằng bộ nối bị phá hoại trong thí nghiệm liên kết chứ không phải cốt địa kỹ thuật, thì phải dùng độ bền của bộ nối, không phải của cốt địa kỹ thuật, để xác định các hệ số giảm cho cường độ liên kết dài hạn trong trường hợp này. Nếu các bộ nối giữa các khối chỉ được dự kiến dùng để duy trì sự thẳng hàng của khối trong quá trình thi công tường và không được dự kiến cho sức kháng cắt liên kết dài hạn, thì các bộ nối căn chỉnh phải được tháo bỏ trước khi xác định sức chịu liên kết cho tổ hợp khối–cốt đã chọn. Nếu các chốt (pins) hoặc thiết bị liên kết khác được trông cậy cho khả năng chịu lực dài hạn, thì phải thiết lập độ bền của vật liệu bộ nối.

Hệ số giảm cường độ liên kết thu được từ thí nghiệm dài hạn, \(CR_{cr}\), được đánh giá như sau:

\begin{align*}
CR_{cr} = \dfrac{T_{crc}}{T_{lot}}  \tag{B-1}
\end{align*}

trong đó \(T_{crc}\) là cường độ thí nghiệm liên kết đã ngoại suy (75–100 năm) và \(T_{lot}\) là cường độ kéo băng rộng giới hạn (ASTM D4595) của lô vật liệu cốt được dùng cho thí nghiệm cường độ liên kết.

Hệ số giảm cường độ liên kết thu được từ thí nghiệm nhanh, \(CR_{ult}\), được đánh giá như sau:

\(CR_{ult} = \dfrac{T_{ultconn}}{T_{lot}} \tag{B-2}\)

trong đó \(T_{ultconn}\) là tải liên kết tại đỉnh ứng với mỗi tải pháp tuyến.

Quy trình thí nghiệm (Testing Protocol)

Mục tiêu: Xác định khả năng chịu tải duy trì của liên kết giữa phần tử mặt ốp (MBW) và vật liệu cốt gia cường địa kỹ thuật.

Phương pháp: Lắp dựng bộ thiết bị thí nghiệm gồm các đơn vị MBW kích thước đầy đủ và vật liệu cốt gia cường địa kỹ thuật trong phòng thí nghiệm. Thực hiện một loạt thí nghiệm tại các tải pháp tuyến (áp lực kìm hãm) khác nhau để mô phỏng các chiều cao tường khác nhau, thay đổi tải tác dụng từ 95% sức chịu liên kết cực đại xác định từ thí nghiệm liên kết nhanh (SRWU-1) đến 50% sức chịu liên kết cực đại. Đo và ghi nhận chuyển vị/độ trượt và thời gian đến khi bị kéo tuột hoặc bị đứt của liên kết.

Trình tự:

1. Xác định các chỉ tiêu của cuộn cốt địa kỹ thuật

a. Cường độ kéo bề rộng lớn (wide width tensile strength) (ASTM D4595)
Lưu ý: Nên thực hiện thí nghiệm D4595 trên mẫu lấy từ chính cuộn đang được thí nghiệm và thực hiện thí nghiệm trên cùng thiết bị đang dùng cho thí nghiệm liên kết dài hạn. Điều này giúp giảm sự không chắc chắn của kết quả do sử dụng các lô vật liệu cốt địa kỹ thuật khác nhau và do so sánh kết quả từ các thiết bị thí nghiệm khác nhau.

b. Đường bao phá hoại do creep (creep rupture envelope) cho cốt địa kỹ thuật: xây dựng đường bao phá hoại cho loại cốt cụ thể đang thí nghiệm dựa trên các thí nghiệm phá hoại do từ biến (creep), theo Phụ lục D, sử dụng cùng dải cốt theo phương dọc.

2. Xác định các tính chất liên kết ngắn hạn (thí nghiệm nhanh) của tổ hợp khối MBW/cốt, theo ASTM D6638, có hiệu chỉnh như dưới đây.

a. Lắp dựng bố trí thí nghiệm nhìn chung phù hợp với phương pháp ASTM D6638, với các sửa đổi sau:

 i. Thí nghiệm phải được thực hiện trên mẫu khối bề rộng đơn. Bố trí gồm hai khối MBW ở lớp đáy và một khối MBW đặt ở giữa phía trên, nằm chính giữa hai khối đáy.

 ii. Bề rộng cốt địa tổng hợp phải gần bằng chiều dài của khối MBW nhất có thể (đối với geogrid, điều này phụ thuộc vào khoảng mở theo phương ngang). Trong mọi trường hợp, cốt địa tổng hợp không được rộng hơn chiều dài khối MBW.

 iii. Mẫu cốt địa tổng hợp phải có chiều dài đủ để phủ toàn bộ bề mặt tiếp xúc theo yêu cầu của người dùng. Mẫu phải được cắt tỉa để bảo đảm neo giữ đủ tại kẹp gia tải cốt địa tổng hợp và có chiều dài tự do giữa cụm khối MBW và kẹp gia tải, trong khoảng tối thiểu 8 in. đến tối đa 24 in. (203 đến 610 mm). Cùng chiều dài tự do dùng cho thí nghiệm ngắn hạn phải được dùng cho thí nghiệm dài hạn. Cùng một dải cốt theo phương dọc phải được dùng cho tất cả các thí nghiệm liên kết ngắn hạn và dài hạn.

 iv. Nhiệt độ trong khu vực thí nghiệm, đặc biệt là gần chiều dài đo (gage length) của mẫu, phải được duy trì trong phạm vi ±2°C (±4°F) so với giá trị mục tiêu.

 v. Khi liên kết yêu cầu vật liệu hạt chèn (granular infill), có thể dùng nửa khối để tạo áp lực kìm hãm cho lớp vật liệu hạt ở mỗi bên của khối đơn phía trên. Vật liệu hạt có thể được dùng hoặc không dùng trong thí nghiệm ngắn hạn và dài hạn theo nhu cầu. Dù chọn điều kiện nào (có hoặc không có infill) cho thí nghiệm ngắn hạn thì điều kiện đó phải giữ nguyên cho thí nghiệm dài hạn. Khi infill không phải là một phần của liên kết, có thể dùng khối đơn.

 vi. Tải trọng pháp tuyến phải được đặt lên phía trên khối MBW để tạo áp lực kìm hãm yêu cầu, bằng một cơ cấu có khả năng duy trì tải mong muốn trong thời gian không ít hơn 1 năm. (Đã quan sát thấy rằng dưới tác dụng tải nhanh, một số khối có thể bị xoay và mômen quán tính ngắn hạn lớn có thể phát sinh nếu hệ gia tải theo phương đứng không có độ “mềm/biến dạng” cơ học cần thiết để cho phép giãn nở.) Thí nghiệm phải chạy trong 1000 giờ, tuy nhiên thiết bị phải có khả năng duy trì tải trong thời gian dài hơn nếu về sau trong quá trình thí nghiệm xác định cần kéo dài.

 vii. Tải kéo phải được tác dụng lên phần tử gia cường theo hướng song song với mặt tiếp xúc liên kết và nằm trong mặt phẳng của mặt tiếp xúc liên kết. (Cơ cấu tác dụng tải kéo phải có khả năng duy trì tải tác dụng trong thời gian không ít hơn 1 năm.)

b. Thực hiện một loạt thí nghiệm nhanh theo ASTM D6638 (đã được sửa đổi như trên) cho tổ hợp đơn vị MBW/cốt địa kỹ thuật tổng hợp tại các mức tải pháp tuyến khác nhau để thiết lập đường cong liên kết \(T_{ultconn}\)/tải pháp tuyến.

3. Xác định các mức tải pháp tuyến và tải kéo cho thí nghiệm tải duy trì trên tổ hợp đơn vị MBW/cốt địa kỹ thuật tổng hợp.

a. Tải pháp tuyến lớn nhất cho thí nghiệm tải duy trì không được vượt quá điểm A (Hình B-3) khi đường cong \(T_{ultconn}\)/tải pháp tuyến là hai đoạn thẳng hoặc nhiều đoạn thẳng, hoặc điểm B (Hình B-3) khi độ dốc của đường cong là tuyến tính. \(T_{ultconn}\) được định nghĩa là cường độ liên kết giới hạn xác định từ ASTM D6638. Có thể đánh giá thêm các mức tải pháp tuyến khác để xác định cường độ liên kết dài hạn như một hàm của tải pháp tuyến.

b. Từ đường cong cường độ liên kết theo chuyển vị (Hình B-4) của thí nghiệm nhanh, sử dụng tải pháp tuyến xác định ở Bước a, xác định các mức tải kéo tác dụng tương ứng với một dải phần trăm của khả năng liên kết cực đại (ví dụ: 95, 90, 85, 80, 75, 66 và 50% khả năng liên kết cực đại). Các tải kéo phải được chọn để xác định đường cong phá hoại liên kết trong 1000 giờ.

4. Thực hiện thí nghiệm tải duy trì trên tổ hợp đơn vị MBW/cốt địa kỹ thuật tổng hợp tại các mức tải pháp tuyến và tải kéo đã xác định ở Bước 3, sử dụng cùng bộ thiết bị đã dùng để xác định đặc trưng liên kết ngắn hạn. Có thể dùng thiết bị thí nghiệm khác để thực hiện thí nghiệm dài hạn miễn là có thiết lập mối tương quan giữa hai máy thí nghiệm. Trừ khi có thỏa thuận khác, cần dùng tối thiểu bốn mức tải pháp tuyến để xây dựng đường cong phá hoại liên kết.

a. Lắp ráp thí nghiệm tổ hợp đơn vị MBW/cốt địa kỹ thuật tổng hợp như ở Bước 3, và tác dụng tải pháp tuyến yêu cầu lên đơn vị MBW phía trên.

b. Tác dụng nhanh và đều tải kéo toàn phần (ví dụ: 95, 90, 85 và 80% \(T_{ultconn}\)) lên mẫu, ưu tiên với tốc độ biến dạng 10 ± 3%/phút. Ghi lại tổng thời gian gia tải.

c. Đo độ giãn dài/biến dạng/độ võng của liên kết tại phía sau đơn vị MBW theo lịch thời gian xấp xỉ sau: 1, 2, 6, 10, 30 phút, và 1, 2, 5, 10, 30, 100, 200, 500 và 1000 giờ (Chú thích: có thể cần thời điểm đọc ngắn hơn). Ghi lại thời gian đến phá hoại của liên kết.

d. Lặp lại các bước a đến c cho các mức tải pháp tuyến còn lại, ghi lại tải và thời gian đến phá hoại.

5. Trình bày dữ liệu.

a. Vẽ kết quả thí nghiệm phá hoại do từ biến trên đồ thị log thời gian, ngoại suy đến tối thiểu 75 năm, theo Phụ lục D. Tải đã ngoại suy là tải liên kết (75–100 năm), \(T_{crc}\).

b. Trên cùng đồ thị đó, biểu diễn thời gian đến phá hoại của các kết quả thí nghiệm tải duy trì trên bản thân cốt gia cường từ Bước 1.

c. Từ đồ thị dữ liệu, ngoại suy đến 75 năm (670,000 giờ), theo Phụ lục D.

d. Mọi sai khác so với cấu hình thí nghiệm liên kết so với liên kết thực tế dùng trong thi công phải được nêu rõ trong báo cáo thí nghiệm.

B.4 Sức kháng liên kết được xác định bằng thí nghiệm ngắn hạn

B.4.1 Quy trình

Như đã thảo luận trong Mục 4.4.7.i, hệ số giảm cường độ liên kết dài hạn để xét đến sự suy giảm cường độ giới hạn do liên kết, \(CR_{cr}\), có thể thu được từ các thí nghiệm dài hạn hoặc ngắn hạn, như trình bày dưới đây.

Các thí nghiệm cường độ giới hạn ngắn hạn (tức thí nghiệm nhanh), theo ASTM D6638, được dùng để xác định cường độ liên kết giới hạn, \(T_{ultconn}\), tại một áp lực kìm hãm xác định. Thí nghiệm phải được thực hiện theo ASTM D6638, Determining Connection Strength Between Geosynthetic Reinforcement and Segmental Concrete Units (Modular Concrete Blocks). Với thí nghiệm ngắn hạn, \(CR_{cr}\) được xác định như sau:

\(CR_{cr} = \dfrac{T_{ultconn}}{RF_{cr} · T_{lot}}  \tag{4-43}\)

trong đó \(RF_{cr}\) là hệ số giảm do từ biến của cốt địa kỹ thuật tổng hợp (xem Chương 3), và \(T_{lot}\) là cường độ kéo băng rộng giới hạn của cuộn/lô vật liệu cốt dùng cho thí nghiệm cường độ liên kết.

Dữ liệu thô từ thí nghiệm phòng thí nghiệm cường độ liên kết ngắn hạn không nên dùng trực tiếp cho thiết kế. Kỹ sư thiết kế tường (và/hoặc nhà cung cấp hệ thống) cần đánh giá dữ liệu và xác định cường độ liên kết dài hạn danh định, \(T_{alc}\). Các bước xử lý/giảm dữ liệu được tóm tắt và thảo luận dưới đây.

Bước 1: Phân tách dữ liệu thí nghiệm theo dạng phá hoại – kéo tuột và đứt
Dữ liệu phòng thí nghiệm được phân tách theo dạng phá hoại quan sát được – kéo tuột hoặc đứt. Lưu ý rằng kéo tuột quan sát được có thể mang tính “kết hợp” giữa kéo tuột và đứt hơn là một kéo tuột được xác định rõ ràng.

Bước 2: Vẽ lại dữ liệu và xây dựng phương trình cho cường độ liên kết giới hạn, \(T_{ultconn}\)
Dữ liệu cần được biểu diễn và \(T_{ultconn}\) được xác định như một hàm của tải normal hoặc áp lực normal. \(T_{ultconn}\)được biểu diễn bằng một hoặc hai đoạn thẳng trên đồ thị. Các điểm dữ liệu cho hai dạng phá hoại khác nhau cần được vẽ thành các đường riêng biệt.

Bước 3: Đánh giá dữ liệu có xét đến các thí nghiệm khác
Đánh giá dữ liệu có xét đến dữ liệu từ thí nghiệm của các cấp/loại cốt khác nhau với cùng một đơn vị MBW. Vẽ lại dữ liệu và xây dựng phương trình khi cần. Xu thế giữa các thí nghiệm khác nhau phải hợp lý.

Bước 4: Xác định hệ số giảm cường độ liên kết giới hạn ngắn hạn, \(CR_u\)
\(CR_u\) là hệ số giảm cường độ liên kết giới hạn ngắn hạn, được xác định như sau:
\(CR_u = \dfrac{T_{ultconn}}{T_{lot}}  \tag{B-3}\)

Bước 5: Xác định hệ số giảm do từ biến của cốt, \(RF_{CR}\)
Hệ số giảm do từ biến của cốt địa kỹ thuật tổng hợp đã được xác định trước đó (xem Chương 3 và Phụ lục D).

Bước 6: Xác định hệ số giảm cường độ liên kết dài hạn, \(CR_{cr}\)
\(CR_{cr}\), là hệ số giảm cường độ liên kết giới hạn dài hạn (dựa trên thí nghiệm ngắn hạn), được xác định như sau:
\(CR_{cr} = \dfrac{CR_u}{RF_{CR}} \tag{B-4}\)

Lưu ý rằng hệ số giảm do từ biến được áp dụng cho cường độ liên kết giới hạn ngắn hạn không phụ thuộc dạng phá hoại quan sát được (tức đứt hoặc kéo tuột).

Bước 7: Xác định cường độ liên kết dài hạn danh định, \(T_{alc}\)
Dùng phương trình 4-41 để xác định \(T_{alc}\). Cường độ liên kết dài hạn danh định, \(T_{alc}\), được tạo bởi cơ chế ma sát và/hoặc cơ cấu kết cấu, được xác định như sau:
\(T_{alc} = \dfrac{T_{ult} · CR_{cr}}{ RF_D} \tag{4-41}\)
trong đó:
+ \(T_{alc}\) = cường độ liên kết cốt/mặt dài hạn danh định trên một đơn vị bề rộng cốt tại một áp lực kìm hãm xác định
+ \(T_{ult}\) = cường độ kéo giới hạn của cốt địa kỹ thuật tổng hợp, được định nghĩa là giá trị trung bình tối thiểu theo cuộn (MARV)
+ \(RF_D\) = hệ số giảm để xét đến suy thoái hóa học và sinh học
+ \(CR_{cr}\) = hệ số giảm cường độ liên kết dài hạn để xét đến suy giảm cường độ giới hạn do liên kết gây ra

Bước 8: Xác định giới hạn áp dụng của \(T_{alc}\) đã xác định
Phương trình cường độ liên kết dài hạn danh định được nêu chỉ áp dụng cho các điều kiện thí nghiệm đã sử dụng. Giới hạn dải tải normal của chương trình thí nghiệm phải được nêu kèm với \(T_{alc}\). Không nên ngoại suy phương trình cường độ liên kết lên cao hơn hoặc thấp hơn đáng kể so với dải tải normal này.

B.4.2 Ví dụ tính toán

Một bài toán ví dụ được trình bày nhằm minh họa việc phân tích dữ liệu thí nghiệm phòng thí nghiệm về cường độ liên kết của các đơn vị tường khối mô-đun (MBW) và cốt gia cường địa kỹ thuật tổng hợp. Dữ liệu được phân tích để xác định đường bao cường độ danh định dùng trong thiết kế. Ví dụ này áp dụng cho một đơn vị MBW lớn, trong đó chỉ một cấp geogrid được thí nghiệm, và mọi phá hoại đều xảy ra do đứt cốt gia cường. (Tên nhà sản xuất đơn vị MBW và vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp là tên giả.)

Bảng B-1. Tóm tắt các bước xử lý/giảm dữ liệu cường độ liên kết MBW, sử dụng dữ liệu thí nghiệm ngắn hạn (thí nghiệm nhanh).

Bước	Nội dung
1	Phân tách dữ liệu thí nghiệm theo dạng phá hoại – kéo tuột và đứt
2	Vẽ lại dữ liệu và xây dựng phương trình cho cường độ liên kết giới hạn, Tultconn
3	Đánh giá dữ liệu có xét đến dữ liệu từ thí nghiệm các cấp/loại cốt khác nhau với cùng đơn vị MBW. Vẽ lại dữ liệu và xây dựng phương trình khi phù hợp.
4	Xác định hệ số giảm cường độ liên kết giới hạn ngắn hạn, CRu
5	Xác định hệ số giảm do từ biến của cốt, RFCR
6	Xác định cường độ liên kết dài hạn, CRcr
7	Xác định cường độ liên kết dài hạn danh định, Talc
8	Xác định giới hạn áp dụng (tức giới hạn dải tải pháp tuyến của chương trình thí nghiệm)

Báo cáo thí nghiệm phòng thí nghiệm

Thông tin dưới đây được cung cấp trong hai báo cáo thí nghiệm phòng thí nghiệm (mỗi cấp geogrid dùng một báo cáo).

“Đơn vị MBW AA và Geogrid Cấp II, Loại XX”

Thiết bị và quy trình thí nghiệm chung:	theo ASTM D6638
Đơn vị khối mô-đun lớn:	AA Bề rộng 42 in (từ mũi đến gót), cao 18 in, dài 48 in Khối lượng ≈ 2200 lb/đơn vị
Geogrid:	Cấp II, Loại XX Tult-MARV = 4,300 lb/ft (do nhà sản xuất báo cáo) Có cung cấp số lô và số cuộn Tlot = 4730 lb/ft
Kết quả thí nghiệm liên kết:	Tải kéo tại khả năng chịu tải cực đại Tải kéo tại chuyển vị 3/4 in 7 mức tải pháp tuyến Hai thí nghiệm tại một mức tải pháp tuyến Dữ liệu – xem bảng bên dưới Đã trình bày đường cong và phương trình thiết kế khuyến nghị
Ghi chú thí nghiệm liên kết:	Tất cả thí nghiệm kết thúc bằng phá hoại đứt geogrid sau khi biến dạng lớn Có bằng chứng geogrid bị trượt trong mặt tiếp xúc giữa đơn vị MBW và geogrid trong tất cả các thí nghiệm Mức độ trượt giảm khi tăng tải pháp tuyến Đường bao khả năng chịu lực thiết kế thực tế có thể thấp hơn đường bao trình bày nếu chất lượng thi công ngoài hiện trường kém hơn so với chất lượng áp dụng trong nghiên cứu phòng thí nghiệm có kiểm soát này

Số thí nghiệm	Tải pháp tuyến (lb/ft)	Chiều cao tường xấp xỉ (ft)	Khả năng chịu kéo (lb/ft) tại chuyển vị 3/4 in	Khả năng chịu kéo cực đại (lb/ft)
1	816	2.4	557	1073
2	1665	4.9	659	1431
3	2498	7.3	620	1259
4	2509	7.3	669	1445
5	2509	7.3	688	1293
6	3353	9.8	641	1390
7	4219	12.4	667	1582
8	5074	14.9	859	1637

Khả năng chịu liên kết cực đại, \(T_{ultconn}\) = 1068 + N tan 6° (lb/ft của geogrid) và N tính bằng lb/ft chiều dài tường.

Đánh giá dữ liệu

Bước 1. Phân tách dữ liệu theo dạng phá hoại – kéo tuột và đứt.
Toàn bộ dữ liệu cho đơn vị MBW này và cốt gia cường đất là phá hoại đứt.

Bước 2. Vẽ lại dữ liệu thô và kiểm tra phương trình cho \(T_{ultconn}\).
Phương trình nêu trong báo cáo phù hợp. \(T_{ultconn}\) = 1068 + N tan 6° (lb/ft) và N tính bằng lb/ft.

Bước 3. Đánh giá dữ liệu có xét đến dữ liệu từ cấp/loại cốt gia cường đất khác.
Không có thêm dữ liệu thí nghiệm nào với sản phẩm tương tự để so sánh với dữ liệu này.

Bước 4. Xác định \(CR_u\).
Hệ số giảm cường độ liên kết ngắn hạn là:
\(CR_u = \dfrac{T_{ultconn}}{T_{lot}}\)
\(T_{lot}\) là cường độ kéo giới hạn của vật liệu dùng trong thí nghiệm liên kết. Báo cáo thí nghiệm phòng thí nghiệm nêu \(T_{lot}\) = 4730 lb/ft.

Bước 5. Xác định hệ số giảm do từ biến, \(RF_{CR}\).
Cơ quan (agency) đã đánh giá trước đó cường độ dài hạn (tức cường độ danh định) của geogrid Cấp II, Loại XX. Đánh giá này sử dụng hệ số giảm do từ biến = 1.9, dựa trên việc đánh giá dữ liệu do nhà sản xuất cung cấp.

Bước 6. Xác định \(CR_{cr}\).
Sử dụng thí nghiệm cường độ liên kết ngắn hạn. Do đó, hệ số giảm cường độ liên kết dài hạn để xét đến sự suy giảm cường độ giới hạn do liên kết, theo Phương trình 4-43, bằng:

\(CR_{cr} = \dfrac{T_{ultconn}} {RF_{cr} · T_{lot}} = \dfrac{1068 + N tan 6°}{1.9 × 1.10 T_\text{ult–MARV}} = \dfrac{1068 + N tan 6°} {2.09 T_\text{ult–MARV}}\)

Bước 7. Xác định \(T_{alc}\).
Cường độ liên kết cốt/mặt dài hạn danh định trên một đơn vị bề rộng cốt tại tải pháp tuyến xác định N, theo Phương trình 4-41, bằng:
\(T_{alc} = \dfrac{T_{ult} × CR_{cr}}{RF_D} = \dfrac{T_\text{ult–MARV} × \dfrac{1068 + N tan 6°}{2.09 T_\text{ult–MARV}}} {1.15}= 444 + 0.044 N\)
trong đó \(T_{alc}\) tính theo lb/ft bề rộng cốt, và N tính theo lb/ft chiều dài tường mặt.
Dữ liệu thí nghiệm phòng thí nghiệm và các đường biểu diễn cường độ liên kết dài hạn danh định được trình bày trong Hình B-5.

Bước 8. Xác định giới hạn áp dụng.
Phương trình cường độ liên kết dài hạn danh định đã xác định chỉ áp dụng cho các điều kiện thí nghiệm đã sử dụng. Giới hạn dải tải pháp tuyến của chương trình thí nghiệm phải được nêu kèm với \(T_{alc}\). Không nên ngoại suy phương trình cường độ liên kết lên cao hơn hoặc thấp hơn đáng kể so với dải tải pháp tuyến này.

Như đã nêu trong báo cáo thí nghiệm phòng thí nghiệm (xem bảng dữ liệu dưới mục Báo cáo thí nghiệm phòng thí nghiệm), giới hạn của chương trình thí nghiệm này tương ứng với chiều cao tường xấp xỉ từ 2.4 đến 14.9 ft.

Các lưu ý thực tiễn

* Cường độ liên kết dài hạn danh định cần được so sánh với cường độ của các loại cốt gia cường đất khác dùng với đơn vị MBW này và với các đơn vị MBW khác dùng loại cốt gia cường đất này, như một bước kiểm tra tính hợp lý.

* Các báo cáo thí nghiệm phòng thí nghiệm đã trình bày các đường “cường độ liên kết thiết kế”. Các đường này dựa trên cường độ giới hạn đã được giảm bởi hệ số an toàn bằng 1.5 và tiêu chí chuyển vị 3/4 in. Các đường “cường độ liên kết thiết kế” này áp dụng cho một tiêu chuẩn thiết kế khác với AASHTO, vì vậy không nên dùng cho các công trình giao thông. Dữ liệu cần được đánh giá theo các tiêu chí AASHTO/FHWA, như đã trình bày chi tiết trong ví dụ này.

\(\\\)

Phụ lục C – Cốt gia cường đất bằng thép

Cốt dạng dải tuyến tính
Loại	Kích thước	Fy/Fu	Khoảng cách theo phương đứng	Khoảng cách theo phương ngang
Dải thép (có gân)	Dày 5/32 in. × rộng 2 in. (dày 4 mm × rộng 50 mm)	65/75 ksi (450/520 MPa)	30 in. (750 mm)	Thay đổi, nhưng thường 12 đến 30 in. (300 đến 750 mm)

\(\\\)

Lưới thép hàn
Ký hiệu thanh thép	Diện tích thanh thép (in²)	Đường kính thanh thép (in.)	Diện tích thanh thép (mm²)	Đường kính thanh thép (mm)
W3.5	0.035	0.211	22.6	5.4		Fy/Fu	65/75 ksi (450/520 MPa)
W4	0.040	0.226	25.8	5.7		Khoảng cách dây dọc	Thường 6 in. (150 mm)
W4.5*	0.045	0.239	29.0	6.0
W5	0.050	0.252	32.3	6.4		Khoảng cách dây ngang	Thường thay đổi 9 đến 24 in. (230 đến 600 mm)
W7	0.070	0.298	45.2	7.6
W9.5	0.095	0.348	61.3	8.8		Khoảng cách tấm: Với tường mặt lưới thép hàn, theo phương đứng 12, 18 hoặc 24 in. (300, 450 hoặc 600 mm) và liên tục theo phương ngang Với tường mặt tấm bê tông đúc sẵn, theo phương đứng 24 đến 30 in. (600 đến 750 mm), theo phương ngang 3.6 đến 4 ft (1.1 đến 1.2 m) Lưới thép hàn có tấm cách nhau 6.2 ft (1.9 m) tim–tim hoặc liên tục
W11	0.110	0.374	71.0	9.5
W12	0.120	0.391	77.4	9.9
W14	0.140	0.422	90.3	10.7
W16	0.160	0.451	103	11.5
W20	0.200	0.505	129	12.8
*Kích thước tối thiểu điển hình cho tường vĩnh cửu

Thảm thanh thép
Ký hiệu thanh thép	Diện tích thanh thép (in²)	Đường kính thanh thép (in.)	Diện tích thanh thép (mm²)	Đường kính thanh thép (mm)
W8	0.080	0.319	51.6	8.1		Fy/Fu	65/75 ksi (450/520 MPa)
W11	0.110	0.374	71.0	9.5		Khoảng cách dây dọc	Thường 6 in. (150 mm) với 4 đến 7 thanh dọc mỗi thảm
W15	0.150	0.437	96.8	11.1		Khoảng cách dây ngang	Thường thay đổi 6 đến 24 in. (150 đến 600 mm)
W20	0.200	0.505	129	12.8		Khoảng cách thảm: Thường 30 in. (750 mm) theo phương đứng và 5 ft (1.5 m) tim–tim theo phương ngang

\(\\\)

Phụ lục D – Xác định hệ số giảm cường độ do từ biến, \(RF_{CR}\) và xác định cường độ cho phép dài hạn, \(T_{al}\)

(theo WSDOT Standard Practice T 925, Standard Practice for Determination of Long-Term Strength for Geosynthetic Reinforcement)

D.1 Cơ sở

Ảnh hưởng của tải trọng/ứng suất dài hạn lên cường độ và đặc trưng biến dạng của cốt gia cường địa kỹ thuật tổng hợp nên được xác định từ kết quả các thí nghiệm từ biến dài hạn có kiểm soát, theo từng sản phẩm cụ thể, được thực hiện trong phòng thí nghiệm cho một dải mức tải và thời gian thí nghiệm phù hợp với ASTM D5262, đủ để ngoại suy đến tuổi thọ thiết kế mong muốn, và nếu có thể thì tiến hành đến khi phá hoại. Thí nghiệm từ biến theo ASTM D5262, nhưng thực hiện đến phá hoại (nếu khả thi), trong phụ lục này được gọi là “phương pháp thông thường”. Một số lượng hạn chế các thí nghiệm từ biến thông thường có thể được bổ sung và kéo dài đến thời gian phá hoại do từ biến lớn hơn bằng ASTM D6992 (Stepped Isothermal Method, hoặc SIM) như mô tả trong phụ lục này. Mẫu thử phải được thí nghiệm theo đúng hướng mà tải trọng sẽ tác dụng trong sử dụng. Kết quả thí nghiệm phải được ngoại suy đến tuổi thọ thiết kế yêu cầu của kết cấu. Dựa trên các kết quả thí nghiệm đã ngoại suy, cần xác định các nội dung sau:

• Đối với thiết kế theo trạng thái giới hạn (ultimate limit state), mức tải lớn nhất, ký hiệu T₁, sao cho loại trừ được cả phá hoại do từ biến dạng dẻo và dạng giòn trong khoảng thời gian yêu cầu.
• Đối với thiết kế theo trạng thái giới hạn, kết quả thí nghiệm từ biến phải được ngoại suy đến tuổi thọ thiết kế yêu cầu và nhiệt độ tại công trường thiết kế, nhìn chung phù hợp với các quy trình nêu trong Phụ lục này.
• Trong cả hai trường hợp, trừ khi có quy định khác hoặc được nhà cung cấp địa kỹ thuật tổng hợp, phòng thí nghiệm thí nghiệm và chủ sở hữu thống nhất, nhiệt độ thí nghiệm cơ sở 68°F (20°C) sẽ được dùng cho các thí nghiệm này. Nhiệt độ thí nghiệm cao hơn sẽ được xem là nhiệt độ nâng cao để phục vụ mục đích ngoại suy theo thời gian. ASTM D5262 yêu cầu duy trì nhiệt độ thí nghiệm trong khoảng ±3.6°F (±2°C). Với một số polyme, mức dao động này có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của các hệ số dịch chuyển và các phép ngoại suy xác định theo phụ lục này. Đối với các polyme tương đối nhạy với biến thiên nhiệt độ, vấn đề này cần được xem xét khi ngoại suy dữ liệu từ biến bằng các kỹ thuật chồng chập theo nhiệt độ–thời gian, hoặc được giảm thiểu bằng cách dùng dung sai nhiệt độ chặt hơn.

• Hệ số giảm do từ biến, RF_CR, được xác định bằng cách so sánh cường độ từ biến dài hạn, T₁, với cường độ kéo giới hạn (ASTM D4595 cho geotextile, ASTM D6637 cho geogrid) của mẫu được thí nghiệm từ biến. Mẫu thí nghiệm cường độ giới hạn nên được lấy từ cùng lô và ưu tiên là cùng cuộn vật liệu được dùng cho thí nghiệm từ biến. Đối với thiết kế theo trạng thái giới hạn (ultimate limit state), hệ số giảm cường độ để ngăn phá hoại do từ biến dài hạn được xác định như sau:

\[
RF_{CR}=\dfrac{T_{ultlot}}{T_1}\tag{D-1}
\]

trong đó, \(T_{ultlot}\) là cường độ kéo giới hạn trung bình theo lô vật liệu (ASTM D4595) cho lô vật liệu dùng cho thí nghiệm từ biến.

Hiện nay, thí nghiệm từ biến thường được thực hiện trong điều kiện riêng lẻ (ASTM D5262) thay vì bị kìm hãm trong đất (ví dụ, FHWA RD-97-143, Elias và cs., 1998), mặc dù thí nghiệm từ biến trong điều kiện riêng lẻ có xu hướng dự đoán dư biến dạng từ biến và dự đoán thiếu cường độ từ biến thực khi dùng trong kết cấu. Lưu ý rằng các quy trình trong phụ lục này áp dụng cho thí nghiệm phá hoại do từ biến trong điều kiện riêng lẻ.

Xét rằng tuổi thọ thiết kế điển hình cho các kết cấu MSE vĩnh cửu là 75 năm hoặc hơn, cần phải ngoại suy dữ liệu từ biến. Hiện tại chưa có phương pháp chuẩn hóa cho mô hình hóa và ngoại suy dữ liệu từ biến của vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp, mặc dù trong tài liệu đã ghi nhận nhiều phương pháp ngoại suy và mô hình hóa từ biến (Findley và cs., 1976; Wilding và Ward, 1978; Wilding và Ward, 1981; Takaku, 1981; McGown và cs., 1984; Andrawes và cs., 1986; Murray và McGown, 1988; Bush, 1990; Popelar và cs., 1991; Helwany và Wu, 1992). Nhiều phương pháp trong tài liệu khá phức tạp và phức tạp về mặt toán học. Vì vậy, thay vì cố gắng phát triển các mô hình toán học (đồng thời có ý nghĩa vật lý) để mô tả và ngoại suy từ biến như thường thấy trong tài liệu (ví dụ dùng Lý thuyết quá trình tốc độ – Rate Process Theory – để phát triển mô hình lưu biến của vật liệu), phụ lục này sẽ áp dụng cách tiếp cận đơn giản theo dạng trực quan/đồ thị. Điều này không có nghĩa là không thể dùng các kỹ thuật mô hình hóa toán học phức tạp hơn để ngoại suy từ biến của địa kỹ thuật tổng hợp; chỉ là chúng không được trình bày trong phụ lục này.

Việc xác định T₁ có thể thực hiện thông qua dữ liệu phá hoại theo ứng suất (stress rupture). Dữ liệu phá hoại là cần thiết để xác định hệ số giảm do từ biến cho điều kiện trạng thái giới hạn. Nếu được gia tốc và ngoại suy đúng cách, kết quả thí nghiệm phá hoại theo ứng suất có thể dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của nứt do ứng suất và khả năng xảy ra chuyển tiếp từ dẻo sang giòn.

Vì trọng tâm chính của đánh giá từ biến trong thực hành hiện nay là tại phá hoại, nên trong phụ lục này chỉ giải thích việc ngoại suy dữ liệu phá hoại theo ứng suất. Dữ liệu biến dạng từ biến có thể dùng để ước tính T₁, với điều kiện dữ liệu biến dạng từ biến không bị ngoại suy vượt quá biến dạng phá hoại dài hạn ước tính. Khuyến nghị sử dụng dữ liệu phá hoại, thay vì dữ liệu biến dạng. Do đó, phụ lục này không đưa ra hướng dẫn về ngoại suy dữ liệu biến dạng từ biến để xác định T₁.

Các gân đơn cho geogrid, hoặc sợi (yarn) hay mẫu có bề rộng hẹp cho geotextile dệt có thể được dùng cho thí nghiệm từ biến phục vụ thiết kế trạng thái giới hạn, với điều kiện có thể chứng minh (thông qua chương trình thí nghiệm từ biến hạn chế như mô tả ở Mục D.5) rằng ứng xử phá hoại và đường bao của gân đơn, sợi, hoặc mẫu bề rộng hẹp là giống với sản phẩm đầy đủ, với bề rộng sản phẩm được định nghĩa trong ASTM D5262. So sánh này phải chứng minh rằng không có khác biệt thống kê giữa đường hồi quy phá hoại do từ biến của mẫu bề rộng đầy đủ và đường hồi quy của gân đơn/sợi/mẫu bề rộng hẹp tại thời điểm 1,000 giờ, sử dụng phân bố Student-t ở mức tin cậy 0.10 (xem Phương trình D.3-1).

Xét rằng tuổi thọ thiết kế điển hình cho các kết cấu MSE vĩnh cửu là 75 năm hoặc hơn, cần phải ngoại suy dữ liệu từ biến. Thực hành hiện nay cho phép ngoại suy dữ liệu từ biến tối đa một chu kỳ log thời gian vượt quá dữ liệu sẵn có mà không cần một dạng thí nghiệm từ biến gia tốc nào, hoặc có thể cần các bằng chứng kiểm chứng khác (Jewell và Greenwood, 1988; GRI, 1990). Dựa trên điều này, trừ khi chuẩn bị được dữ liệu từ biến trong 7 đến 10 năm, thì phải thu được dữ liệu từ biến gia tốc theo nhiệt độ, hoặc có thể cần các bằng chứng kiểm chứng khác.

Người ta đã biết rõ rằng nhiệt độ làm tăng tốc nhiều quá trình hóa học và vật lý theo cách có thể dự đoán được. Trong trường hợp từ biến, điều này có nghĩa là biến dạng từ biến dưới một tải tác dụng nhất định ở nhiệt độ tương đối cao và trong thời gian tương đối ngắn sẽ xấp xỉ bằng biến dạng từ biến quan sát được dưới cùng tải đó ở nhiệt độ tương đối thấp và trong thời gian tương đối dài. Nhiệt độ ảnh hưởng đến thời gian đến phá hoại tại một mức tải theo cách tương tự. Điều này có nghĩa là thời gian để đạt đến một biến dạng từ biến nhất định hoặc đến phá hoại đo ở nhiệt độ cao có thể được quy đổi tương đương với thời gian dự kiến để đạt đến cùng biến dạng từ biến hoặc phá hoại ở nhiệt độ tại hiện trường thông qua việc sử dụng hệ số dịch chuyển theo thời gian (time shift factor).

Khả năng gia tốc từ biến bằng nhiệt độ đối với polyolefin như polypropylene (PP) hoặc high density polyethylene (HDPE) đã được xác định tương đối rõ (Takaku, 1981; Bush, 1990; Popelar và cs., 1991). Đồng thời, đối với polyolefin cũng có rủi ro rằng một “điểm gãy” (knee) trên đường bao phá hoại theo ứng suất do chuyển tiếp từ dẻo sang giòn có thể xảy ra tại một thời điểm vượt quá dữ liệu hiện có (Popelar và cs., 1991). Vì vậy, dữ liệu từ biến gia tốc theo nhiệt độ được khuyến nghị mạnh cho polyolefin. Tuy nhiên, trong thực tế, đến nay vẫn chưa quan sát thấy chuyển tiếp dẻo–giòn đối với các sản phẩm cốt gia cường địa kỹ thuật tổng hợp polyolefin, nhiều khả năng do mức độ định hướng cao của polyme hình thành từ quá trình gia công cần thiết để tạo sợi và gân. Nhìn chung, mức độ định hướng của polyme là một yếu tố quan trọng liên quan đến khả năng chuyển tiếp dẻo–giòn.

Đối với vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp polyester (PET), các bằng chứng hiện có cho thấy nhiệt độ cũng có thể được dùng để gia tốc từ biến của PET, dựa trên dữ liệu do den Hoedt và cs. (1994) và các tác giả khác cung cấp. Tuy nhiên, các đường bao phá hoại do từ biến của PET có xu hướng thoải hơn so với polyolefin, và vì vậy việc xác định chính xác các hệ số dịch chuyển theo thời gian có thể khó hơn đối với PET. Điều này có thể đòi hỏi dữ liệu phá hoại theo ứng suất của PET có độ chính xác cao hơn so với polyolefin để thực hiện ngoại suy chính xác bằng dữ liệu nhiệt độ nâng cao. Cần xem xét điều này nếu dùng dữ liệu nhiệt độ nâng cao để ngoại suy dữ liệu phá hoại theo ứng suất của PET. Lưu ý rằng “điểm gãy” trên đường bao phá hoại theo ứng suất của PET dường như không có khả năng xảy ra dựa trên dữ liệu hiện có và cấu trúc phân tử của polyester.

Nếu dùng nhiệt độ nâng cao để thu được dữ liệu từ biến gia tốc, khuyến nghị sử dụng bước tăng tối thiểu 10°C để chọn các mức nhiệt độ cho thí nghiệm từ biến ở nhiệt độ nâng cao. Tuy nhiên, mức nhiệt độ cao nhất được thí nghiệm phải thấp hơn bất kỳ chuyển tiếp nào của polyme đang xét. Nếu dùng nhiệt độ thí nghiệm trong khoảng 70 đến 75°C cho PP, HDPE và PET, sẽ tránh được các chuyển tiếp polyme đáng kể. Nếu phải dùng nhiệt độ cao hơn, cần đánh giá cẩn thận ảnh hưởng của các chuyển tiếp đến ứng xử từ biến. Cũng cần lưu ý rằng ở các nhiệt độ cao này, có thể xảy ra tương tác hóa học đáng kể với môi trường xung quanh, do đó có thể cần nhiệt độ thấp hơn hoặc các biện pháp kiểm soát môi trường phù hợp. Những tương tác hóa học này có xu hướng làm cho kết quả thí nghiệm từ biến trở nên bảo thủ. Vì vậy, từ góc nhìn người sử dụng, khả năng tương tác hóa học không làm giảm tính hợp lệ của dữ liệu trong dự đoán giới hạn từ biến. Tuy nhiên, việc tiếp xúc với nhiệt độ gần giới hạn trên của các dải nêu trên có thể ảnh hưởng đến ứng xử ứng suất–biến dạng của vật liệu do mất định hướng phân tử hoặc các hiệu ứng khác không phải do suy thoái hóa học. Do đó, cần thận trọng khi diễn giải kết quả thí nghiệm thực hiện tại các nhiệt độ gần nhiệt độ thí nghiệm lớn nhất nêu trên. Nói chung, nếu độ cứng của vật liệu sau khi tiếp xúc với môi trường khác biệt đáng kể so với vật liệu ban đầu, thì đặc tính ứng suất–biến dạng, và có thể cả cường độ, của vật liệu có thể đã bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ tiếp xúc ngoài tác động của môi trường hóa học. Nếu độ cứng bị ảnh hưởng, nguyên nhân thay đổi độ cứng cần được điều tra kỹ để xác định liệu sự thay đổi đó là một phần hay hoàn toàn do ảnh hưởng của nhiệt độ; hoặc theo cách khác, không sử dụng dữ liệu thu được tại và cao hơn nhiệt độ mà tại đó độ cứng bị ảnh hưởng.

Trừ khi có quy định khác hoặc được yêu cầu bởi dữ liệu nhiệt độ tại hiện trường, nên giả định nhiệt độ thiết kế hữu hiệu là 20°C \(T_{amb}\).

Một số phương pháp ngoại suy và mô hình hóa từ biến đã được ghi nhận trong tài liệu (Findley và cs., 1976; Wilding và Ward, 1978; Wilding và Ward, 1981; Takaku, 1981; McGown và cs., 1984; Andrawes và cs., 1986; Murray và McGown, 1988; Bush, 1990; Popelar và cs., 1991; Helwany và Wu, 1992). Nhiều phương pháp được thảo luận trong tài liệu khá công phu và phức tạp về mặt toán học.

Tại đây cung cấp hai kỹ thuật ngoại suy từ biến để đánh giá phá hoại do từ biến: phương pháp thông thường, sử dụng cách tiếp cận đơn giản theo dạng trực quan/đồ thị, gia tốc từ biến theo nhiệt độ, các kỹ thuật hồi quy và ngoại suy thống kê; và Phương pháp đẳng nhiệt theo bậc (Stepped Isothermal Method, SIM). Điều này không có nghĩa là không thể dùng các kỹ thuật mô hình hóa toán học phức tạp hơn để ngoại suy từ biến của địa kỹ thuật tổng hợp; chỉ là chúng không được trình bày ở đây. Hai kỹ thuật này được mô tả chi tiết hơn như sau:

D.2 Quy trình từng bước để ngoại suy dữ liệu phá hoại do ứng suất – phương pháp thông thường

Bước 1: Vẽ dữ liệu phá hoại do từ biến dưới dạng log thời gian đến phá hoại theo log mức tải hoặc theo mức tải, như thể hiện trong Hình D.2-1. Thực hiện việc vẽ này cho từng nhiệt độ mà dữ liệu phá hoại do từ biến hiện có. Nên dùng phương pháp biểu diễn cho kết quả khớp dữ liệu tốt nhất và nhất quán nhất. Nói chung, cần 12 đến 18 điểm dữ liệu (tức kết hợp từ tất cả các mức nhiệt độ thí nghiệm để lập đường bao cho một sản phẩm), với tối thiểu 4 điểm dữ liệu tại mỗi nhiệt độ để thiết lập một đường bao phá hoại (Jewell và Greenwood, 1988; ASTM D5262, 2007). Các điểm dữ liệu nên được phân bố đều theo mỗi “chu kỳ log” của thời gian. Nhìn chung không nên dùng các điểm có thời gian đến phá hoại nhỏ hơn 5 giờ, trừ khi có thể chứng minh rằng các điểm thời gian ngắn này phù hợp với phần còn lại của đường bao (tức là không góp phần tạo ra tính phi tuyến của đường bao). Làm hướng dẫn:
* ba kết quả thí nghiệm nên có thời gian phá hoại (không dịch theo gia tốc nhiệt độ) trong khoảng 10 đến 100 giờ,
* bốn kết quả thí nghiệm nên có thời gian phá hoại trong khoảng 100 đến 1000 giờ, và
* bốn kết quả thí nghiệm nên có thời gian phá hoại trong khoảng 1000 đến 10000 giờ, với ít nhất một kết quả thí nghiệm bổ sung có thời gian phá hoại xấp xỉ 10000 giờ (1.14 năm) hoặc hơn.

Khuyến nghị đo biến dạng từ biến cùng với thời gian đến phá hoại, vì dữ liệu biến dạng từ biến có thể hỗ trợ việc dịch chuyển thời gian–nhiệt độ theo phương pháp thông thường và giúp nhận diện bất kỳ thay đổi nào về ứng xử có thể làm mất hiệu lực việc ngoại suy các kết quả.

Có thể chấp nhận việc thiết lập các điểm phá hoại cho thời gian 10000 giờ hoặc lớn hơn bằng cách giả định rằng các mẫu chịu một mức tải nhất định nhưng chưa bị phá hoại thì đang ở gần trạng thái phá hoại. Do đó, thời gian đến phá hoại của các mẫu cụ thể đó sẽ được giả định bằng đúng thời gian tải đã được duy trì. Lưu ý rằng cách này có khả năng tạo ra các kết quả bảo thủ.

Bước 2: Ngoại suy dữ liệu phá hoại do từ biến
Dữ liệu phá hoại do từ biến ở nhiệt độ nâng cao có thể được dùng để ngoại suy đường bao phá hoại tại nhiệt độ thiết kế thông qua việc sử dụng hệ số dịch chuyển theo thời gian, \(a_T\). Nếu đường bao phá hoại xấp xỉ tuyến tính như minh họa trong Hình D.2-1, thì một hệ số dịch chuyển thời gian duy nhất \(a_T\) là đủ để thực hiện chồng chập thời gian–nhiệt độ. Quy trình chồng chập thời gian–nhiệt độ này giả định rằng các đường cong phá hoại do từ biến tại mọi nhiệt độ là tuyến tính trên thang bán log hoặc log–log và song song. Thực nghiệm cho thấy các đường cong của PET là bán log và xấp xỉ song song, hoặc là log–log và xấp xỉ song song trong trường hợp HDPE và PP. Cũng cần chỉ ra rằng lý thuyết của Zhurkov (1965), giả định quá trình phá hủy được kích hoạt bởi nhiệt cùng với tác động bổ sung của ứng suất tác dụng, dự đoán rằng đặc trưng phá hoại do từ biến sẽ là đường thẳng khi biểu diễn trên đồ thị log–log, và độ dốc của chúng sẽ phụ thuộc vào mức ứng suất.

Việc dùng một hệ số dịch chuyển thời gian để dịch chuyển toàn bộ dữ liệu phá hoại do từ biến tại một nhiệt độ nhất định (gọi là “dịch chuyển khối”) giả định rằng hệ số dịch chuyển \(a_T\) không phụ thuộc mạnh vào mức ứng suất, và rằng các đường bao tại mọi nhiệt độ là song song, cho phép dùng một giá trị trung bình của \(a_T\) cho tất cả các điểm phá hoại tại nhiệt độ đó. Mặc dù các nghiên cứu trong tài liệu cho thấy \(a_T\) có thể phụ thuộc phần nào vào mức ứng suất và các đường cong tại mọi nhiệt độ không hoàn toàn song song, giả định này có xu hướng dẫn đến việc đánh giá bảo thủ hơn đối với hệ số giảm do từ biến \(RF_{CR}\) (Thornton và Baker, 2002).

Thời gian đến phá hoại của dữ liệu ở nhiệt độ nâng cao được dịch chuyển theo phương trình sau:
\[
t_{amb} = (t_{elev})(a_T) \tag {D.2-1}
\]
trong đó \(t_{amb}\) là thời gian dự đoán tại nhiệt độ tại hiện trường để đạt phá hoại dưới mức tải đã cho, \(t_{elev}\) là thời gian đo được tại nhiệt độ nâng cao để đạt phá hoại dưới mức tải đã cho, và \(a_T\) là hệ số dịch chuyển thời gian. \(a_T\) có thể được ước tính gần đúng bằng cách tiếp cận trực quan/đồ thị như minh họa trong Hình D.2-1 và D.2-2. Tuy nhiên, cách tiếp cận được ưu tiên là dùng một chương trình tối ưu hóa trên bảng tính máy tính để chọn các hệ số dịch chuyển tốt nhất cho mỗi “khối” dữ liệu ở nhiệt độ không đổi nhằm tạo ra giá trị R² lớn nhất cho đường bao phá hoại do từ biến tổng hợp, để thu được kết quả như trong Hình D.2-2.

Lưu ý rằng có thể đưa các thí nghiệm chưa hoàn tất vào, với thời lượng thí nghiệm thay cho thời gian đến phá hoại, nhưng phải được ghi rõ là như vậy trong kết quả báo cáo, với điều kiện thời lượng thí nghiệm (sau khi dịch chuyển theo thời gian) là 10000 giờ hoặc hơn. Quy tắc cho thí nghiệm chưa hoàn tất như sau: thực hiện hồi quy có và không bao gồm các thí nghiệm chưa hoàn tất. Nếu việc đưa các thí nghiệm chưa hoàn tất vào làm tăng giới hạn từ biến, thì giữ chúng trong hồi quy; nếu không, thì không đưa chúng vào hồi quy (trong cả hai trường hợp chỉ áp dụng cho các thí nghiệm chưa hoàn tất có thời lượng 10,000 giờ sau khi dịch chuyển hoặc hơn). Ghi lại thời lượng của thí nghiệm dài nhất đã kết thúc bằng phá hoại, hoặc thời lượng của thí nghiệm chưa hoàn tất dài nhất mà thời lượng của nó vượt quá thời gian dự đoán đến phá hoại; thời lượng này được ký hiệu là \(t_{max}\).

Ưu tiên ngoại suy dữ liệu phá hoại do từ biến bằng phương pháp thống kê vượt quá dữ liệu đã được dịch chuyển theo thời gian ở nhiệt độ nâng cao thông qua phân tích hồi quy (tức là khớp đường cong), với giới hạn tối đa một chu kỳ log của thời gian đối với tất cả các polyme địa kỹ thuật tổng hợp (có thể ngoại suy nhiều hơn nếu chỉ dùng phương pháp thống kê, nhưng độ không chắc chắn của kết quả sẽ tăng đáng kể và phải được xét đến). Vì vậy, cần thu thập đủ dữ liệu ở nhiệt độ nâng cao để hạn chế mức ngoại suy thống kê phải thực hiện.

Cũng lưu ý rằng có thể có các tình huống cần ngoại suy để tạo đường bao phá hoại do từ biến ở nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ đã thí nghiệm. Các tình huống có thể gồm: cần tăng nhiệt độ ambient để kiểm soát tốt hơn sự dao động nhiệt độ trong khi thí nghiệm từ biến (tức nhiệt độ ambient trong phòng thí nghiệm có thể dao động quá lớn), hoặc đối với các khu vực mà nhiệt độ thiết kế hữu hiệu thấp hơn đáng kể so với nhiệt độ tham chiếu “tiêu chuẩn” dùng cho thí nghiệm từ biến (ví dụ khí hậu miền bắc hoặc vùng cao). Trong các trường hợp này, có thể dùng các hệ số dịch chuyển (shift factor) theo biên dưới dựa trên kinh nghiệm thí nghiệm từ biến trước đây để cho phép dịch chuyển đường bao phá hoại do từ biến về nhiệt độ thấp hơn, vì các hệ số dịch chuyển của các vật liệu thường dùng cho cốt gia cường địa kỹ thuật tổng hợp nhìn chung là khá nhất quán. Dựa trên kinh nghiệm thí nghiệm từ biến trước đây và dữ liệu trong tài liệu (Chow và Van Laeken, 1991; Thornton và cs., 1998a; Thornton và cs., 1998b; Lothspeich và Thornton, 2000; Takemura, 1959; Bush, 1990; Popelar và cs., 1990; Wrigley và cs., 2000; Takaku, 1981; Thornton và Baker, 2002), các hệ số dịch chuyển cho địa kỹ thuật tổng hợp HDPE và PP thường nằm trong khoảng 0.05 đến 0.18 “thập kỷ” (decades) (tức chu kỳ log của thời gian) cho mỗi tăng 1°C nhiệt độ (tức tăng 10°C sẽ cho hệ số dịch chuyển thời gian khoảng 12 đến 15), và 0.05 đến 0.12 decades cho mỗi tăng 1°C đối với PET. Khuyến nghị rằng nếu cần dịch chuyển đường bao phá hoại do từ biến đến nhiệt độ thấp hơn dữ liệu sẵn có, thì dùng hệ số dịch chuyển 0.05 decades cho mỗi 1°C tăng nhiệt độ đối với PP, HDPE và PET. Không nên dùng hệ số dịch chuyển mặc định này để dịch chuyển dữ liệu phá hoại do từ biến quá 10°C.

Bước 3: Sau khi dữ liệu từ biến đã được ngoại suy, xác định tải giới hạn từ biến dùng cho thiết kế (theo lô vật liệu) bằng cách lấy mức tải tại tuổi thọ thiết kế mong muốn trực tiếp từ đường bao phá hoại do ứng suất đã ngoại suy, như thể hiện trong Hình D.2-2. Nếu cần ngoại suy thống kê vượt quá đường bao phá hoại do ứng suất đã dịch chuyển theo thời gian (PP hoặc HDPE), hoặc vượt quá dữ liệu thực tế trong trường hợp không có dữ liệu từ biến gia tốc theo nhiệt độ, để đạt đến tuổi thọ thiết kế quy định, thì tải từ biến tính toán T₁ phải được giảm bởi hệ số không chắc chắn do ngoại suy như sau:
\[
T_1=\frac{P_{cl}}{(1.2)^{x-1}} \tag{D.2-2}
\]
trong đó \(P_{cl}\) là tải giới hạn từ biến lấy trực tiếp từ đường bao phá hoại do ứng suất đã ngoại suy, và x là số chu kỳ log của thời gian mà đường bao phá hoại phải được ngoại suy vượt quá dữ liệu thực (hoặc dữ liệu đã dịch chuyển theo thời gian), bằng \(log \ t_d − log \ t_{max}\) như minh họa trong Hình D.2-2. Thừa số \((1.2)^{x−1}\) là hệ số không chắc chắn do ngoại suy. Nếu ngoại suy vượt quá dữ liệu thực hoặc dữ liệu đã dịch chuyển theo thời gian ít hơn một chu kỳ log, đặt x−1 = 0. Hệ số không chắc chắn do ngoại suy này chỉ áp dụng cho ngoại suy thống kê vượt quá dữ liệu thực hoặc dữ liệu đã dịch chuyển theo thời gian bằng phân tích hồi quy và giả định rằng không có “điểm gãy” (knee) trong đường bao phá hoại ở phía ngoài vùng dữ liệu thực hoặc dữ liệu đã dịch chuyển theo thời gian.

Lưu ý rằng một điều kiện của việc ngoại suy là không có bằng chứng hay lý do để tin rằng ứng xử phá hoại sẽ thay đổi trong tuổi thọ thiết kế yêu cầu. Cần kiểm tra rằng ở thời gian dài và ở nhiệt độ nâng cao (nếu dùng):

• Không có thay đổi rõ rệt về độ dốc của đường cong phá hoại do từ biến
• Không có bằng chứng về giảm biến dạng phá hoại một cách bất thường
• Không có thay đổi đáng kể về hình thái bề mặt phá hoại

Bất kỳ bằng chứng nào về các thay đổi này, đặc biệt trong các thí nghiệm gia tốc, nên dẫn đến việc loại bỏ các số đọc mà tại đó độ dốc, biến dạng tại phá hoại, hoặc hình thái phá hoại khác với thí nghiệm có thời lượng phá hoại dài nhất. Đặc biệt lưu ý đến ứng xử của nhựa nhiệt dẻo không định hướng dưới tải duy trì, nơi quan sát thấy một chuyển tiếp trong thí nghiệm phá hoại do từ biến dài hạn (tức “chuyển tiếp dẻo–giòn” – Popelar và cs., 1991). Tác động của chuyển tiếp này là độ dốc của đường cong phá hoại do từ biến trở nên lớn hơn tại “điểm gãy” (knee), khiến phá hoại dài hạn xảy ra ở thời gian ngắn hơn nhiều so với dự đoán. Biến dạng tại phá hoại giảm mạnh và hình thái bề mặt phá hoại thay đổi từ dẻo sang bán-giòn. Nếu quan sát thấy hiện tượng này, mọi ngoại suy phải giả định rằng “điểm gãy” sẽ xảy ra. Đối với phương pháp ngoại suy, tham khảo ISO/FDIS 9080 (2001), ASTM D5262 (2007), và Popelar và cs. (1991).

Hệ số không chắc chắn do ngoại suy này cũng giả định rằng chất lượng dữ liệu tốt, độ phân tán dữ liệu hợp lý, và khoảng 12 đến 18 điểm dữ liệu được phân bố tốt (xem Bước 1 về định nghĩa “phân bố tốt”) để xác định đường bao phá hoại do ứng suất của sản phẩm. Nếu các giả định này không đúng với dữ liệu đang xét, hệ số không chắc chắn này cần được tăng lên. Hệ số không chắc chắn cũng có thể cần điều chỉnh nếu dùng một phương pháp ngoại suy khác với phương pháp trình bày chi tiết ở đây; việc này phụ thuộc vào mức độ phương pháp đó tương thích với phương pháp trong phụ lục này. Hệ số không chắc chắn do ngoại suy nên được tăng lên đến \((1.4)^x\) nếu có khả năng xuất hiện “điểm gãy” trong đường bao phá hoại do ứng suất ở ngoài vùng dữ liệu thực hoặc dữ liệu đã dịch chuyển theo thời gian, hoặc nếu chất lượng dữ liệu, độ phân tán, hay số lượng dữ liệu là không đủ. Ngoài ra, nếu số lượng dữ liệu hoặc thang thời gian là không đầy đủ, có thể cần bắt đầu áp dụng hệ số không chắc chắn do ngoại suy trước khi kết thúc vùng dữ liệu đã dịch chuyển theo thời gian.

Lưu ý rằng theo kinh nghiệm, giá trị R² của đường bao phá hoại do từ biến tổng hợp (tức đường bao đã dịch chuyển theo thời gian) nên xấp xỉ 0.8 đến 0.9 hoặc cao hơn để có thể tin tưởng rằng Phương trình B.2-3 sẽ xử lý thỏa đáng độ không chắc chắn do ngoại suy. Nếu R² nhỏ hơn xấp xỉ 0.6 đến 0.7, độ không chắc chắn do ngoại suy có khả năng cao đến mức không thể chấp nhận và cần thực hiện thêm thí nghiệm và khảo sát. Nói chung, các giá trị R² thấp như vậy thường là do dữ liệu quá “tụ lại”, độ biến thiên giữa các mẫu thử bất thường cao, hoặc kỹ thuật thí nghiệm kém.

D.3 Quy trình ngoại suy dữ liệu phá hoại do từ biến – phương pháp đẳng nhiệt theo bậc (SIM)

Một cách tiếp cận phân tích biến dạng/phá hoại do từ biến và ngoại suy thay thế, mới gần đây được áp dụng cho địa kỹ thuật tổng hợp, là Phương pháp đẳng nhiệt theo bậc (Stepped Isothermal Method, SIM) do Thornton và cs. (1997), Thornton và cs. (1998a), Thornton và cs. (1998b), và Thornton và Baker (2000) đề xuất, minh họa và nghiên cứu. SIM đã được áp dụng thành công cho geogrid PET và geotextile PP. SIM sử dụng cách tiếp cận tương tự phương pháp Williams–Landel–Ferry (WLF) để ngoại suy từ biến (Ferry, 1980), trong đó các đường cong từ biến “chuẩn” (master creep curves) cho một vật liệu nhất định được tạo từ một loạt thí nghiệm ngắn hạn (tức thời lượng thí nghiệm từ biến cỡ vài giờ) trên cùng một mẫu thử trong một dải nhiệt độ rộng (tức là giữ tải trên mẫu không đổi, còn nhiệt độ được tăng theo các bậc). Các đoạn của đường cong từ biến tại từng nhiệt độ được dịch chuyển theo thời gian và ghép lại để tạo thành dự báo liên tục của biến dạng từ biến tại nhiệt độ ban đầu.

Mặc dù các nguyên lý chung của phương pháp này đã được dùng nhiều năm trong ngành polyme (Ferry, 1980), chỉ gần đây cách tiếp cận này mới được dùng cho địa kỹ thuật tổng hợp. Dù ban đầu cách tiếp cận này được phát triển để ngoại suy dữ liệu biến dạng từ biến, nó đã được điều chỉnh để tạo dữ liệu phá hoại do ứng suất bằng cách đưa mẫu đến phá hoại khi đạt đến nhiệt độ thí nghiệm cao nhất. Thực chất, thông qua dịch chuyển theo thời gian của dữ liệu biến dạng từ biến thu được trước khi phá hoại, điểm phá hoại thu được có một thời gian đã dịch chuyển tương đương lớn hơn thời gian thí nghiệm thực tế nhiều bậc độ lớn, trong khi thời gian thí nghiệm thực tế có thể chỉ cỡ vài ngày.

Phương pháp được thực hiện theo ASTM D6992. Các vấn đề then chốt gồm: thời gian thí nghiệm rất ngắn, khả năng dùng các mức nhiệt độ cao hơn nhiều so với các chuyển tiếp trong vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp, và tính phức tạp của phương pháp. Tuy nhiên, các ưu điểm kỹ thuật chính của phương pháp gồm: xác định chính xác hơn các hệ số dịch chuyển theo thời gian vì cùng một mẫu thử được dùng ở cùng mức tải tại tất cả các nhiệt độ (trong khi phương pháp “thông thường” phải xử lý ảnh hưởng biến thiên giữa các mẫu khi xác định hệ số dịch chuyển), và các hệ số dịch chuyển giữa các nhiệt độ được xác định tại cùng mức tải, loại bỏ ảnh hưởng của mức tải trong việc xác định hệ số dịch chuyển (trong phương pháp “thông thường”, các hệ số dịch chuyển dùng thực tế là giá trị trung bình cho một dải mức tải rộng).

SIM có thể được cân nhắc sử dụng để tạo và ngoại suy dữ liệu từ biến và phá hoại do từ biến của địa kỹ thuật tổng hợp, với điều kiện chứng minh rằng phương pháp này tạo ra các kết quả nhất quán với các kỹ thuật ngoại suy “thông thường” được khuyến nghị trong phụ lục này. Theo đó, thí nghiệm phá hoại do từ biến nên được thực hiện bằng cả thí nghiệm “thông thường” (ASTM D5262) và thí nghiệm SIM (ASTM D6992). Ít nhất 6 thí nghiệm phá hoại SIM và 6 thí nghiệm phá hoại “thông thường” phải được thực hiện trên một sản phẩm trong dòng sản phẩm đang đánh giá. Trong 6 thí nghiệm phá hoại SIM, 4 thí nghiệm phải có thời gian phá hoại (đã dịch chuyển nếu phù hợp) trong khoảng 100 đến 2000 giờ, và 2 thí nghiệm phải có thời gian phá hoại lớn hơn 2000 giờ. Tất cả các điểm phá hoại do từ biến “thông thường” phải được thu thập tại nhiệt độ tham chiếu (tức không dịch chuyển theo nhiệt độ). Các đồ thị phá hoại do từ biến phải được lập, các đường hồi quy được tính toán và xác định thời gian phá hoại theo log tại một mức tải tương ứng với 1000 giờ và 50000 giờ trên đường bao phá hoại do từ biến “thông thường”, cho cả hai bộ dữ liệu. Thời gian phá hoại theo log của hồi quy SIM tại mức tải này phải nằm trong giới hạn tin cậy 90% trên và dưới của giá trị trung bình thời gian phá hoại hồi quy theo phương pháp “thông thường” tại cùng mức tải, sử dụng kiểm định Student’s t.

Các điểm dữ liệu phá hoại do từ biến tối thiểu sau đây được khuyến nghị khi dùng kết hợp các điểm dữ liệu theo phương pháp thông thường và SIM:

• 4 điểm phá hoại theo phương pháp thông thường và 4 điểm phá hoại SIM trong khoảng 100 đến 2000 giờ (sau khi dịch chuyển theo thời gian).
• 2 điểm phá hoại theo phương pháp thông thường và 2 điểm phá hoại SIM trong khoảng 2000 đến ~10000 giờ (sau khi dịch chuyển theo thời gian), kèm theo:
  • 1 điểm phá hoại theo phương pháp thông thường tại ~10000 giờ hoặc lớn hơn với 1 điểm phá hoại SIM tại ~10000 giờ hoặc lớn hơn (sau khi dịch chuyển theo thời gian); HOẶC
  • 2 điểm phá hoại theo phương pháp thông thường tại ~10000 giờ hoặc lớn hơn mà không có điểm dữ liệu SIM tại ~10000 giờ hoặc lớn hơn (sau khi dịch chuyển theo thời gian).

Giới hạn tin cậy cho hồi quy thực hiện đối với dữ liệu phá hoại do từ biến theo phương pháp thông thường được cho bởi (Wadsworth, 1998):

\[
\log t_{L}=\log t_{reg}\ \pm\ t_{\alpha,n-2}\left[\sqrt{\frac{1}{n}+\frac{(P-\bar{P})^2}{\sum(P_i-\bar{P})^2}}\right]\sigma \tag{D.3-1}
\]

và

\[
\sigma=\sqrt{\frac{\sum(\log t_i-\log \ \overline{t})^2-\dfrac{\left[\sum(P_i-\bar{P})(\log t_i-\log\overline{t})\right]^2}{\sum(P_i-\bar{P})^2}}{n-2}} \tag{D.3-2}
\]

trong đó:

• \(\log t_L\) = giới hạn tin cậy dưới và trên. Hạng tử “(+)” hoặc “(-)” trong Phương trình D.3-1 lần lượt cho giới hạn tin cậy trên và dưới.
• \(t_{reg}\) = thời gian tương ứng với mức tải lấy từ đường bao phá hoại do từ biến theo phương pháp thông thường mà tại đó sẽ so sánh hai đường bao (ví dụ: tại 1000 và 50000 giờ sau khi dịch chuyển theo thời gian).
• \(t_{\alpha,n-2}\) = giá trị của phân bố t xác định từ bảng Student t phù hợp (hoặc từ hàm EXCEL TINV(α,n-2)) tại \(\alpha=0.10\) và (n-2) bậc tự do (tương ứng với giới hạn dự đoán hai phía 90%).
• n = số điểm phá hoại hoặc điểm “run-out” cho phép trong mẫu thí nghiệm ban đầu (tức dữ liệu phá hoại do từ biến theo phương pháp thông thường).
• P = mức tải thu được tại (t_{reg}) từ đường hồi quy phát triển từ thí nghiệm phá hoại do từ biến theo phương pháp thông thường.
• \(\bar{P}\) = giá trị trung bình của mức tải phá hoại cho mẫu thí nghiệm ban đầu (tức tất cả các điểm phá hoại hoặc run-out dùng trong hồi quy để thiết lập đường bao phá hoại do từ biến theo phương pháp thông thường).
• \(P_i\) = mức tải phá hoại của điểm thứ (i) trong các điểm phá hoại dùng để hồi quy thiết lập đường bao phá hoại do từ biến theo phương pháp thông thường.
• \(\log \overline{t}\) = giá trị trung bình của \(\log\) thời gian phá hoại của mẫu thí nghiệm ban đầu (tức tất cả các điểm phá hoại hoặc run-out dùng trong hồi quy để thiết lập đường bao phá hoại do từ biến theo phương pháp thông thường).
• \(t_i\) = thời gian phá hoại của điểm thứ (i) trong các điểm phá hoại dùng để hồi quy thiết lập đường bao phá hoại do từ biến theo phương pháp thông thường.

Sau khi xác định \(\log t_L\) (cả cận trên và cận dưới) tại mức tải quy định, so sánh các giá trị này với \(\log\) thời gian phá hoại (tức \(\log t_{SIM})\) thu được cho đường bao phá hoại do từ biến SIM tại mức tải quy định (ví dụ: 1000 và 50000 giờ). Giá trị \(\log t_{SIM}\) tại hai mức tải quy định phải nằm giữa các giới hạn tin cậy trên và dưới \((\log t_L)\). Nếu không thỏa điều kiện này, thực hiện thêm hai thí nghiệm phá hoại SIM tại mỗi mức tải (P) cho \(t_{reg}\) đã dùng để so sánh, và xây dựng lại đường bao phá hoại do từ biến SIM mới bằng toàn bộ dữ liệu SIM. Nếu với đường bao SIM hồi quy đã hiệu chỉnh sau các thí nghiệm bổ sung mà tiêu chí này vẫn không đạt, thì phải thực hiện thêm thí nghiệm phá hoại do từ biến theo phương pháp thông thường đầy đủ để thiết lập đường bao phá hoại hoàn chỉnh cho sản phẩm theo phụ lục này.

Nếu tiêu chí trên được thỏa, thí nghiệm SIM sẽ được xem là phù hợp với dữ liệu theo phương pháp thông thường, và SIM có thể được dùng kết hợp với dữ liệu theo phương pháp thông thường để đáp ứng yêu cầu của Mục D.2 về số lượng điểm phá hoại, phân bố theo thời gian và thời lượng lớn nhất. Do đó, dữ liệu kết hợp có thể dùng để xây dựng đường bao phá hoại do từ biến như trong Hình D.2-2. Trong hình đó, dữ liệu SIM được xem là đã được dịch chuyển theo thời gian. Khi đó dùng Phương trình D.2-3 để xác định \(T_1\).

D.4 Xác định \(RF_{CR}\)

Bước 4: Hệ số giảm do từ biến, \(RF_{CR}\), được xác định bằng cách so sánh cường độ từ biến dài hạn, \(T_1\), với cường độ kéo giới hạn (ASTM D4595 hoặc ASTM D6637) của mẫu thí nghiệm từ biến \((T_{lot})\). Mẫu thí nghiệm cường độ kéo giới hạn nên lấy từ cùng lô, và ưu tiên là cùng cuộn, của vật liệu dùng cho thí nghiệm từ biến. Đối với thiết kế theo trạng thái giới hạn (ultimate limit state), hệ số giảm cường độ để ngăn phá hoại do từ biến dài hạn được xác định như sau:

\[
RF_{CR}=\frac{T_{ultlot}}{T_1}\tag{D.4-1}
\]

trong đó \(T_{ultlot}\) là cường độ kéo giới hạn trung bình theo lô (ASTM D4595 hoặc ASTM D6637) cho lô vật liệu dùng cho thí nghiệm từ biến. Lưu ý rằng hệ số giảm do từ biến này có xét đến độ không chắc chắn do ngoại suy, nhưng không xét đến sự biến thiên cường độ của vật liệu. Sự biến thiên cường độ vật liệu được xét đến khi \(RF_{CR}\), cùng với \(RF_{ID}\) và \(RF_D\), được áp dụng lên \(T_{ult}\) để xác định cường độ kéo cho phép dài hạn, bằng \(T_{al}\), dưới dạng giá trị trung bình tối thiểu theo cuộn. Giá trị trung bình tối thiểu theo cuộn về bản chất là giá trị thấp hơn giá trị trung bình hai độ lệch chuẩn.

D.5 Sử dụng dữ liệu từ biến từ các sản phẩm “tương tự” và đánh giá dòng sản sản phẩm

Dữ liệu từ biến dài hạn thu được từ các thí nghiệm thực hiện trên các dòng sản phẩm cũ hơn, hoặc các sản phẩm khác trong cùng một dòng sản phẩm, có thể được áp dụng cho dòng sản phẩm mới, hoặc cho một sản phẩm tương tự trong cùng dòng sản phẩm, nếu thỏa một hoặc cả hai điều kiện sau:

• Các đặc trưng hóa học và vật lý của sản phẩm đã thí nghiệm và sản phẩm đề xuất được chứng minh là tương tự. Cần cung cấp dữ liệu nghiên cứu (không nhất thiết do nhà sản xuất phát triển) cho thấy rằng các khác biệt nhỏ giữa sản phẩm đã thí nghiệm và sản phẩm chưa thí nghiệm sẽ dẫn đến khả năng kháng từ biến tương đương hoặc lớn hơn đối với sản phẩm chưa thí nghiệm.
• Thực hiện một chương trình thí nghiệm giới hạn đối với sản phẩm mới hoặc sản phẩm tương tự đang xét và so sánh với kết quả của chương trình thí nghiệm đầy đủ đã thực hiện trước đó.

Đối với polyolefin, tính tương tự có thể được đánh giá dựa trên khối lượng phân tử và cấu trúc của polyme chính (ví dụ: polyme có phân nhánh hay liên kết ngang, là homopolymer hay hỗn hợp), phần trăm độ kết tinh, v.v.; tỷ lệ vật liệu tái chế; độ bền của sợi và lịch sử gia công; và các phụ gia polyme sử dụng (ví dụ: loại và lượng chất chống oxy hóa hoặc phụ gia khác). Đối với polyester và polyamide, tính tương tự có thể được đánh giá dựa trên khối lượng phân tử hoặc độ nhớt nội tại của polyme chính, hàm lượng nhóm đầu carboxyl, phần trăm độ kết tinh, hoặc các biến cấu trúc phân tử khác; độ bền sợi và lịch sử gia công; tỷ lệ vật liệu tái chế/tái chế lại; và các phụ gia polyme (ví dụ: chất tạo màu, v.v.). Các sản phẩm chưa thí nghiệm cũng nên có cấu trúc vĩ mô tương tự (ví dụ: dệt, không dệt, lưới đùn, needlepunched, cấu trúc sợi, v.v.) và kích thước sợi (ví dụ: chiều dày) tương tự so với các sản phẩm đã thí nghiệm. Lưu ý rằng phần trăm độ kết tinh không phải là một thuộc tính được kiểm soát và hiện chưa có chỉ dẫn về giá trị phần trăm độ kết tinh nào được xem là chấp nhận được.

Đối với đánh giá từ biến của một sản phẩm tương tự không thuộc dòng sản phẩm ban đầu, chương trình thí nghiệm giới hạn này nên bao gồm các thí nghiệm từ biến có thời lượng tối thiểu 1000 đến 2000 giờ trước khi dịch chuyển theo thời gian nếu dùng cách tiếp cận phá hoại do từ biến “thông thường”, cùng với dữ liệu ở nhiệt độ nâng cao đủ để cho phép ngoại suy đến 50,000 giờ hoặc hơn. Nếu đã được kiểm chứng rằng có thể dùng SIM, theo Mục D.3, thì yêu cầu thời lượng sau khi dịch chuyển theo thời gian do nhiệt độ nâng cao tối thiểu là 50,000 giờ. Cần tối thiểu 4 điểm dữ liệu cho mỗi mức nhiệt độ đã thí nghiệm để xác định hệ số dịch chuyển theo thời gian và thiết lập đường bao cho sản phẩm tương tự. Các kết quả thí nghiệm giới hạn này phải cho thấy hiệu năng của sản phẩm tương tự bằng hoặc tốt hơn sản phẩm đã thí nghiệm trước đó. So sánh này phải chứng minh rằng không có khác biệt thống kê giữa đường hồi quy cũ và đường hồi quy của sản phẩm tương tự tại thời gian 2000 giờ (không gia tốc nhiệt độ) và 50000 giờ (sau khi dịch chuyển theo thời gian), sử dụng phân bố Student-t ở mức tin cậy 0.10 (xem Phương trình D.3-1). Nếu không quan sát thấy khác biệt thống kê, kết quả từ chương trình thí nghiệm đầy đủ trên sản phẩm cũ hoặc tương tự có thể dùng cho sản phẩm mới/tương tự. Nếu không, cần tiến hành một chương trình thí nghiệm và đánh giá đầy đủ cho sản phẩm tương tự.

Tương tự, để mở rộng dữ liệu từ biến thu được trên một sản phẩm trong dòng sản phẩm (tức sản phẩm thí nghiệm chính, thường là sản phẩm ở giữa dải sản phẩm về khối lượng và/hoặc cường độ) sang toàn bộ dòng sản phẩm như mô tả ở đây, phải thực hiện chương trình thí nghiệm từ biến giới hạn trên ít nhất hai sản phẩm bổ sung trong dòng sản phẩm. Tổ hợp của ba (hoặc nhiều hơn) sản phẩm phải bao phủ toàn bộ dải dòng sản phẩm về khối lượng và/hoặc cường độ. Chương trình thí nghiệm giới hạn mô tả ở đoạn trước phải được áp dụng cho từng sản phẩm bổ sung trong dòng sản phẩm. Các tải thu được cho dữ liệu của mỗi đường bao sau đó phải được chuẩn hóa theo cường độ kéo giới hạn theo lô, \(T_{lot}\). Cả ba đường bao phải được vẽ chồng lên nhau; khi chuẩn hóa theo cách này, hai đường bao sản phẩm bổ sung phải nằm trong giới hạn tin cậy của sản phẩm có đường bao phá hoại do từ biến được phát triển đầy đủ hơn (tức sản phẩm “chính”), theo mô tả ở trên cho các sản phẩm “tương tự”. Nếu đúng như vậy, thì hệ số giảm do từ biến cho toàn bộ dòng sản phẩm sẽ là giá trị nhỏ hơn giữa:
(i) hệ số giảm thu được cho sản phẩm có đường bao phá hoại được phát triển đầy đủ và
(ii) đường bao của cả ba sản phẩm khi kết hợp, và việc chuẩn hóa theo cường độ kéo giới hạn sẽ được xem là chấp nhận được về độ chính xác.

Nếu không phải như vậy, thì cần lập các đường bao phá hoại do từ biến cho hai sản phẩm còn lại, cùng với đủ các sản phẩm khác trong cùng dòng sản phẩm để thiết lập xu thế của RF_CR như một hàm của bề rộng sản phẩm hoặc cường độ kéo giới hạn, để khi đó có thể nội suy chính xác RF_CR cho các sản phẩm khác trong cùng dòng sản phẩm. Ngoài ra, T_al phải được xác định theo các nội dung sau:

Lưu ý rằng việc chuẩn hóa bằng cường độ kéo giới hạn theo lô có thể không hoàn toàn chính xác đối với một số sản phẩm địa kỹ thuật tổng hợp khi đặc trưng hóa ứng xử phá hoại do từ biến, và có thể cần các kỹ thuật chuẩn hóa khác (Wrigley và cs., 1999). Trong các trường hợp như vậy, có thể cần thiết lập các hệ số giảm do từ biến riêng lẻ cho từng sản phẩm trong dòng sản phẩm thông qua các đường bao phá hoại do từ biến được phát triển đầy đủ cho các sản phẩm đại diện ở mức cường độ thấp, trung bình và cao của dải sản phẩm. Khi đã xác lập được tải giới hạn từ biến P_cl và các hệ số giảm do từ biến cho từng sản phẩm, trong trường hợp này vẫn phải xét đến tính biến thiên của sản phẩm. Trong các trường hợp như vậy, T_al phải lấy giá trị nhỏ hơn giữa kết quả xác định theo Phương trình 1 và xác định theo biểu thức sau:

\[
T_{al}=\frac{P_{95}}{RF_{ID}\times RF_{D}}
\]

trong đó: \(P_{95}\) = cường độ kéo được xác định từ giới hạn dự đoán cận dưới 95% cho đường bao phá hoại do từ biến tại tuổi thọ thiết kế quy định (xem Phương trình 4 và 5 trong phần “Tiêu chí Đảm bảo chất lượng (QA) để so sánh với kết quả thí nghiệm chấp nhận sản phẩm ban đầu”).

D.6 Ví dụ ngoại suy từ biến dừng dữ liệu phá hoại do ứng suất

Cung cấp một ví dụ ngoại suy từ biến sử dụng dữ liệu phá hoại do ứng suất. Ví dụ này dùng dữ liệu phá hoại do ứng suất giả định (có thể xảy ra đối với vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp PET) để minh họa trường hợp ngoại suy đơn giản nhất.

D.6.1 Ví dụ ngoại suy phá hoại do ứng suất

Ví dụ sau sử dụng dữ liệu phá hoại do ứng suất giả định cho một vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp PET. Dữ liệu trong ví dụ này chỉ nhằm mục đích minh họa.

Cho: Một vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp PET được đề xuất dùng làm cốt gia cường đất trong tường MSE có cốt địa kỹ thuật tổng hợp. Yêu cầu tuổi thọ thiết kế 1000000 giờ. Nhà sản xuất geogrid đã cung cấp dữ liệu phá hoại do ứng suất tại một mức nhiệt độ để dùng thiết lập giới hạn từ biến của vật liệu. Dữ liệu phá hoại do ứng suất được lấy từ cùng lô vật liệu như lô dùng cho thí nghiệm kéo bề rộng lớn (wide width load–strain). Dữ liệu cường độ giới hạn bề rộng lớn của lô được cho trong Hình D.6-1. Dữ liệu phá hoại do ứng suất được cho trong Hình D.6-2.

Tìm: Cường độ từ biến dài hạn, \(T_1\), tại tuổi thọ thiết kế 1000000 giờ và nhiệt độ thiết kế 20°C, và hệ số giảm thiết kế do từ biến, \(RF_{CR}\), sử dụng dữ liệu phá hoại do ứng suất.

Giải: Thực hiện theo quy trình từng bước ngoại suy dữ liệu phá hoại do ứng suất. Bước 1 đã hoàn thành (Hình D.6-2).

Bước 2: Ngoại suy dữ liệu phá hoại do ứng suất. Dùng phân tích hồi quy để thiết lập đường khớp tốt nhất qua dữ liệu phá hoại do ứng suất. Kéo dài đường khớp tốt nhất đến 1000000 giờ như thể hiện trong Hình D.6-2.

Bước 3: Xác định tải giới hạn từ biến dùng cho thiết kế, theo lô vật liệu, từ đường bao phá hoại do ứng suất trong Hình D.6-2. Tải lấy trực tiếp từ đường bao phá hoại tại 1000000 giờ là 63.4 kN/m. Giá trị này đã được ngoại suy vượt quá dữ liệu sẵn có 1.68 chu kỳ log. Dùng Phương trình D.4:

\[
T_1=(63.4\text{kN/m})/(1.2)^{1.68-1}=56.0\text{kN/m}
\]

Bước 4: Hệ số giảm cường độ để ngăn phá hoại do từ biến dài hạn \(RF_{CR}\) được xác định như sau (xem Phương trình D.1):

\[
RF_{CR}=\dfrac{T_{ultlot}}{T_1}
\]

trong đó, \(T_{ultlot}\) là cường độ kéo giới hạn trung bình theo lô cho lô vật liệu dùng cho thí nghiệm từ biến. Từ Hình D.6-1, \(T_{ultlot}=110\text{kN/m}\). Do đó:

\[
RF_{CR}=(110 \text{kN/m})/(56.0\text{kN/m})=2.0
\]

Tóm lại, sử dụng ngoại suy từ biến dựa trên phá hoại: \(T_1=56.0\text{kN/m}\), và \(RF_{CR}=2.0\).

D.7 Quy trình khuyến nghị để xác định \(T_{al}\)

(theo WSDOT Standard Practice T 925, Standard Practice for Determination of Long-Term Strength for Geosynthetic Reinforcement)

Các Tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD đưa ra các yêu cầu tối thiểu để đánh giá \(T_{al}\) dùng trong thiết kế các kết cấu đất có cốt gia cường bằng địa kỹ thuật tổng hợp. Một khung sử dụng dữ liệu thí nghiệm về hư hại do lắp đặt, từ biến, và độ bền lâu (durability) có thể thu được từ các tiêu chuẩn hiện có của ASTM, ISO, và GRI để xác định \(RF_{ID}\), \(RF_{CR}\), và \(RF_{D}\) được trình bày dưới đây. Quy trình này nên được dùng để thiết lập các giá trị \(RF_{ID}, RF_{CR}, \text{ và } RF_{D}\) không theo riêng dự án hoặc hiện trường, có thể áp dụng cho các tình huống điển hình mà một cơ quan hoặc chủ quản sẽ gặp. Các hệ số giảm này có thể áp dụng cho hầu hết các tình huống thiết kế. Theo cách tiếp cận này, quy trình tổng quát từng bước để xác định các hệ số giảm như sau:

1. Đặc trưng môi trường điển hình mà cốt địa kỹ thuật tổng hợp sẽ tiếp xúc trong quá trình lắp đặt và trong suốt tuổi thọ của nó. Các tham số môi trường chính cần xem xét gồm: cấp phối đất và mức độ góc cạnh của đất ở phía trên và phía dưới các lớp địa kỹ thuật tổng hợp \(RF_{ID}\), quy trình thi công đắp đất sau lưng có khả năng áp dụng \(RF_{ID}\), nhiệt độ trong đất “trung bình” dùng cho thiết kế \(RF_{CR}\) và \(RF_{D}\), khoảng pH của đất đắp sau lưng có khả năng tồn tại \(RF_D\), khả năng phơi nhiễm ánh sáng mặt trời, đặc biệt là tia UV, và các điều kiện đất đặc biệt có thể ảnh hưởng đến lão hóa, như tóm tắt trong Bảng 3-9 \(RF_D\). Nhiệt độ tại hiện trường “trung bình” dùng cho thiết kế được định nghĩa là nhiệt độ nằm giữa nhiệt độ không khí trung bình năm và nhiệt độ không khí “bình thường theo ngày” của tháng nóng nhất tại hiện trường. Định nghĩa này được xem là ước tính bảo thủ cho nhiệt độ hữu hiệu trung bình trong đất. Lưu ý rằng tại vị trí liên kết giữa cốt đất và các cấu kiện mặt tường, nhiệt độ có thể cao hơn đáng kể so với giá trị này, đặc biệt nếu mặt tường quay về hướng nam.
   \(\\\)
2. Để xác định \(RF_{CR}\), thực hiện các thí nghiệm từ biến trong phòng thí nghiệm như đã mô tả trước đó, sử dụng nhiệt độ hiện trường “trung bình” làm nhiệt độ thí nghiệm cơ sở. Đối với các vị trí nằm trong dải các bang phía bắc của Hoa Kỳ, trong hầu hết trường hợp, có thể đủ chính xác (và hơi bảo thủ) khi dùng nhiệt độ cơ sở mặc định 20°C. Đối với các vị trí ở vùng phía nam Hoa Kỳ, nơi nhiệt độ “trung bình” trong đất có thể xấp xỉ 30°C hoặc cao hơn, nên dùng nhiệt độ cơ sở cao hơn. Dùng kết quả thí nghiệm từ biến và chồng chập thời gian–nhiệt độ để dịch chuyển dữ liệu từ biến ở nhiệt độ nâng cao về thang thời gian tại nhiệt độ cơ sở (xem mục kế tiếp), lập đường bao phá hoại do từ biến cho nhiệt độ cơ sở và đảm bảo đường bao phá hoại kéo dài đến tuổi thọ thiết kế yêu cầu (thường là 75 năm). Nếu cần, ngoại suy đường bao đến tuổi thọ thiết kế vượt quá dữ liệu đã dịch chuyển theo thời gian bằng các kỹ thuật phân tích hồi quy.
   \(\\\)
3. Để xác định \(RF_D\), thực hiện các thí nghiệm độ bền (durability) dạng chỉ số (index durability tests) đã mô tả trước đó và tóm tắt trong Bảng 3-11, với điều kiện môi trường mà địa kỹ thuật tổng hợp sẽ tiếp xúc trong suốt tuổi thọ (tức Bước 1 ở trên) nằm trong các giới hạn điều kiện mà kết quả thí nghiệm chỉ số có thể áp dụng. Các giới hạn môi trường như sau:
   \(\qquad \)* Đất hạt rời (cát, sỏi) dùng trong khối đất có cốt.
   \(\qquad \)* pH xác định theo AASHTO T289 trong khoảng 4.5 ≤ pH ≤ 9 cho ứng dụng vĩnh cửu và 3 ≤ pH ≤ 10 cho ứng dụng tạm thời.
   \(\qquad \)* Nhiệt độ hiện trường < 85°F (30°C) cho ứng dụng vĩnh cửu và < 95°F (35°C) cho ứng dụng tạm thời.
   \(\qquad \)* Kích thước hạt lớn nhất của vật liệu đắp sau lưng là 3/4 in (19 mm), trừ khi có sẵn các thí nghiệm hư hại do lắp đặt toàn quy mô theo ASTM D5818 cho thấy \(RF_{ID}\) đối với tổ hợp đất đắp sau lưng tại hiện trường và địa kỹ thuật tổng hợp nhỏ hơn 1.7, và
   \(\qquad \)* Hàm lượng hữu cơ của đất, xác định theo AASHTO T267 cho vật liệu mịn hơn sàng 0.0787 in (No. 10), ≤ 1%.
   
   Các điều kiện hiện trường nằm ngoài các giới hạn này nên được xem là xâm thực đối với việc xác định RF. Nếu các kết quả thí nghiệm đáp ứng các tiêu chí thiết lập để xem cốt địa kỹ thuật tổng hợp là đủ bền lâu, có thể dùng giá trị \(RF_D\) mặc định như quy định ở đây. Nếu các thí nghiệm chỉ số không đáp ứng tiêu chí nêu trên, hoặc môi trường dự kiến có khả năng nằm ngoài các giới hạn áp dụng cho thí nghiệm chỉ số, thì nên xem xét thực hiện các thí nghiệm độ bền lâu dài hạn như mô tả bởi Elias và cs. (2009) để xác định \(RF_D\) trực tiếp.
   \(\\\)
4. Để xác định \(RF_{ID}\), phơi mẫu địa kỹ thuật tổng hợp ngoài hiện trường đối với ba hoặc nhiều hơn các vật liệu đắp khác nhau, bao trùm dải điều kiện đất có khả năng gặp. Đối với các cơ quan cấp bang, việc chọn cấp phối vật liệu đắp có thể gắn với các vật liệu đắp tiêu chuẩn mà cơ quan dùng cho tường và mái dốc có cốt. Sau khi các mẫu chịu tác động ứng suất lắp đặt được thí nghiệm để xác định mức suy giảm cường độ kéo cho từng điều kiện đất đắp, mức suy giảm cường độ kéo và \(RF_{ID}\) có thể được biểu diễn theo một tham số cấp phối chủ chốt, chẳng hạn kích thước d50, để cho phép chọn \(RF_{ID}\) cho cấp phối đất đắp cụ thể đang xét.
   \(\\\)

Cách tiếp cận bốn bước nêu trên cũng có thể áp dụng để nhắm trực tiếp việc xác định các hệ số giảm này cho một môi trường hiện trường cụ thể. Điều chỉnh phổ biến nhất để nhắm điều kiện theo hiện trường là tiến hành thí nghiệm hư hại do lắp đặt dùng chính vật liệu đắp sau lưng thực tế sẽ dùng trong kết cấu đất có cốt. Khi đó, giá trị \(RF_{ID}\) rút ra từ thí nghiệm theo hiện trường sẽ được dùng cùng với các giá trị \(RF_{CR}\) và \(RF_D\) xác định theo quy trình bốn bước ở trên. Việc xác định \(RF_{CR}\) theo hiện trường cụ thể, chủ yếu dựa vào nhiệt độ cơ sở theo hiện trường, cũng có thể thực hiện được nếu có đủ dữ liệu từ biến để thiết lập đường bao phá hoại cho nhiệt độ cơ sở theo hiện trường (giả định nhiệt độ theo hiện trường khác đáng kể so với nhiệt độ cơ sở dùng cho dữ liệu từ biến sẵn có). Nếu không có đủ dữ liệu phá hoại do từ biến để thực hiện điều đó, thì nói chung việc tiến hành một bộ thí nghiệm từ biến mới nhắm theo nhiệt độ cơ sở của hiện trường sẽ tốn kém và mất nhiều thời gian. Tương tự, việc xác định \(RF_D\) cho điều kiện hiện trường cụ thể cũng tốn thời gian và chi phí và hiếm khi được thực hiện, vì các thí nghiệm như vậy thường mất một đến hai năm hoặc hơn để hoàn thành.

Sau khi các hệ số giảm được xác định, thì \(T_{al}\) có thể được xác định theo Phương trình 3-12 và dùng để thiết kế kết cấu địa kỹ thuật tổng hợp (xem Chương 4).

Hỗ trợ duy trì trang:

Tôi xây dựng trang này để chia sẻ các tài liệu kỹ thuật cốt lõi trong thiết kế hạ tầng giao thông.

Nếu bạn thấy nội dung hữu ích và muốn góp phần duy trì trang hoạt động bền vững, tôi rất trân trọng mọi sự ủng hộ.

Qua USD (Buy Me a Coffee)

BIDV • STK: 3101226659 • HOANG HAI HA