Địa kỹ thuật

Địa kỹ thuật là chuyên ngành khoa học thuộc lĩnh vực Xây dựng, sử dụng các nguyên lý và phương pháp của cơ học đất, cơ học đá, địa chất, địa chất công trình và các môn khoa học khác để nghiên cứu mối quan hệ tương tác giữa công trình xây dựng với môi trường địa chất và môi trường xung quanh. Các hướng khoa học chuyên sâu của địa kỹ thuật là địa kỹ thuật công trình và địa kỹ thuật môi trường. Địa kỹ thuật công trình nghiên cứu các vấn đề liên quan đến ổn định công trình, phát sinh do tác dụng tương hỗ giữa công trình với môi trường địa chất và các giải pháp đảm bảo ổn định cho công trình. Địa kỹ thuật môi trường nghiên cứu các tai biến địa chất, tai biến địa kỹ thuật môi trường, khai thác hợp lý lãnh thổ và các giải pháp bảo vệ bền vững môi trường địa chất.

Sự hình thành và phát triển

Sự hình thành và phát triển địa kỹ thuật : các công trình địa kỹ thuật đã được biết đến từ những năm 2000 trước công nguyên với các tuyến đê, đập, kênh phục vụ tưới tiêu, chế ngự lũ lụt ở Ai Cập cổ đại. Tại Hy Lạp cổ đại đã thấy các móng đơn, móng bè, móng băng được xây dựng trong các đô thị cổ. Tuy nhiên, do chế độ xã hội lạc hậu nên các kiến thức về địa kỹ thuật chỉ nằm ở mức độ nhận thức cảm tính. Từ thế kỷ XVIII, địa kỹ thuật mới phát triển mạnh mẽ, trở thành một chuyên ngành khoa học độc lập với cơ sở lý thuyết của nhiều nhà khoa học nổi tiếng mà điển hình là Karl Terzaghi (1925). Các lý thuyết nghiên cứu địa kỹ thuật đều dựa vào nguyên lý của cơ học đất đá để tính toán, thiết kế ổn định công trình, dựa vào lý thuyết địa chất công trình để xem xét sự biến đổi của môi trường địa chất dưới tác dụng của các loại tải trọng và tác động tự nhiên và kỹ thuật, xem xét ảnh hưởng của các biến đổi đó đến các hoạt động kinh tế - xây dựng, khai thác lãnh thổ của con người. Các nhà khoa học Liên Xô (cũ) không thừa nhận địa kỹ thuật là chuyên ngành khoa học độc lập mà chỉ xem địa kỹ thuật là một bước phát triển tiếp theo của Địa chất công trình. Ở Việt Nam, địa kỹ thuật đã được biết tới từ những năm 80 của thế kỷ XX với sự hình thành các bộ môn địa kỹ thuật ở một số trường đại học (Xây dựng, Kiến trúc, Giao thông Vận tải, Thủy lợi,...) và các viện nghiên cứu (Viện Khoa học công nghệ Xây dựng, Viện Khoa học công nghệ Giao thông Vận tải,...). Nguyên lý địa kỹ thuật đã được áp dụng phổ biến cho xây dựng và thi công các nhà cao tầng, đường cao tốc, tuyến tầu điện ngầm; tính toán thiết kế ổn định các sườn, mái dốc,... đặc biệt trong phòng tránh, khắc phục các tai biến địa kỹ thuật (trượt lở đất đá, thấm qua nền đê, các sự cố nền móng,...). Quan trắc địa kỹ thuật được xem là thành phần không thể thiếu trong các thiết kế, thi công các công trình địa kỹ thuật. Tạp chí địa kỹ thuật được xuất bản từ năm 1996 với 4 số một năm, công bố các kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực địa kỹ thuật của Việt Nam và trên thế giới. Hiện nay, phương pháp số giải các bài toán địa kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi, trong đó, các phần mềm Geoslope, Sage Crisp, Plaxis được sử dụng nhiều nhất.

Nhiệm vụ

Nhiệm vụ chung của địa kỹ thuật là tính toán, dự báo các quá trình gây mất ổn định công trình, phá hủy môi trường địa chất; thiết kế, thi công các giải pháp đảm bảo ổn định cho công trình và các giải pháp phòng chống, giảm nhẹ thiệt hại do các tai biến địa chất, tai biến địa kỹ thuật môi trường gây ra.

Nhiệm vụ cụ thể của địa kỹ thuật là khảo sát điều kiện đất nền; xác định các tính chất cơ học, vật lý, hóa học của đất đá xây dựng và mô hình hóa ứng xử của chúng dưới tác dụng của tải trọng tự nhiên và nhân tạo; nghiên cứu vật liệu mới áp dụng cho các công trình địa kỹ thuật (vật liệu địa kỹ thuật); thiết kế các công trình đất và các công trình tường chắn (bao gồm cả đập, đê, các khối đắp tích chứa chất thải rắn,...), đường hầm các loại và nền móng công trình; quan trắc điều kiện đất nền, các công trình đất và các kết cấu móng; đánh giá độ ổn định của các sườn dốc tự nhiên và mái dốc nhân tạo; đánh giá, dự báo các tai biến địa chất (trượt lở đất đá, lũ bùn đá, phun trào núi lửa,...), tai biến địa kỹ thuật môi trường (sụt lún mặt đất, ô nhiễm hóa học, sinh học,...) và đề xuất, thiết kế các giải pháp khắc phục.

Thiết kế địa kỹ thuật

Thiết kế địa kỹ thuật là một chức năng chính của địa kỹ thuật và là chức năng cho phép xếp địa kỹ thuật vào lĩnh vực khoa học xây dựng. Thiết kế công trình địa kỹ thuật là thiết kế các loại công trình với các đặc điểm: có vật liệu xây dựng là đất đá nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo (đê, đập, mái dốc, sườn dốc, các khối đắp phục vụ tích chứa chất thải rắn,...); có tương tác với môi trường địa chất trong quá trình thi công và khai thác sử dụng (các công trình tường chắn, tường các hố đào sâu, móng của nhà và công trình,...); lấy môi trường địa chất làm môi trường tồn tại (các công trình ngầm, bể chứa ngầm, đường tầu điện ngầm,...).

Tài liệu tham khảo

1. Coduto Donald P, Man-Chu Ronald Yeung, Geotechnical Engineering Principles and Practices.New Jersey: Pearson Higher Education, ISBN-10: 9789332587427, 2011.
2. Das B.M., Principles of geotechnical engineering, Cengage Learning, Stamford, 666p, 2010.
3. Encyclopaedia Britannica, 2011.
4. Holtz R., Kovacs W., An Introduction to Geotechnical Engineering, Prentice-Hall, Inc, ISBN 0-13-484394-0, 1981.