Cách các tuyến đường được gia cố bằng lưới địa kỹ thuật góp phần giảm mức tiêu thụ năng lượng liên quan đến giao thông

Giảm lực cản lăn của phương tiện thông qua mặt đường ổn định bằng lưới địa kỹ thuật

Giảm biến dạng mặt đường và tổn thất năng lượng giữa lốp xe và mặt đường

Khi chúng ta gia cố nền đường bằng lưới địa kỹ thuật, điều này giúp giữ các vật liệu đá dăm ở vị trí ổn định và ngăn chúng dịch chuyển sang ngang. Điều này tạo ra sự khác biệt lớn về khả năng chịu tải của mặt đường khi các phương tiện di chuyển qua. Hiện tượng rutting (lún rãnh bánh xe) giảm đáng kể vì lốp xe không cần phải tiêu tốn nhiều năng lượng để vượt qua những gờ nhỏ do bề mặt không đồng đều tạo ra. Nghiên cứu về đặc tính cơ học của vật liệu cho thấy mặt đường phẳng hơn thực tế có thể làm giảm áp lực giữa lốp xe và mặt đường khoảng 28%. Điều này đồng nghĩa với việc ít năng lượng hơn bị tiêu hao dưới dạng nhiệt trong quá trình vận hành. Các nghiên cứu chỉ ra rằng điều này dẫn đến mức tiêu thụ nhiên liệu của phương tiện giảm khoảng 5–7% do lốp biến dạng ít hơn và sinh ra ít nhiệt hơn tại vùng tiếp xúc với mặt đường. Một lợi ích bổ sung khác là liên kết chắc chắn giữa các lớp lưới địa kỹ thuật ngăn chặn đất bên dưới mặt đường di chuyển, từ đó giúp duy trì cả vẻ ngoài lẫn chức năng hoạt động tốt của mặt đường theo thời gian.

Phân bố tải trọng và kiềm chế hiện tượng rutting nâng cao hiệu suất động học

Khi các lưới địa kỹ thuật được lắp đặt, chúng phân tán tải trọng từ các trục xe lên những khu vực lớn hơn của mặt đất bên dưới. Điều này giúp giảm gần một nửa các điểm ứng suất tập trung cao khi đường trở nên quá tải bởi xe tải. Cơ chế hoạt động của những tấm lưới này còn làm giảm đáng kể độ sâu của các rãnh lún trên bề mặt đường so với mặt đường thông thường, nhờ đó giữ cho mặt đường luôn phẳng và đồng đều. Đường bền hơn trong thời gian dài hơn, giúp lốp xe duy trì tiếp xúc tốt với bề mặt mặt đường. Từ đó giảm lực cản lăn và tiết kiệm nhiên liệu khi phương tiện di chuyển. Nghiên cứu chỉ ra rằng các tuyến đường được gia cố bằng lưới địa kỹ thuật có lực cản lăn thấp hơn khoảng 22% trong suốt vòng đời khai thác của chúng. Đối với các công ty vận tải đường bộ, điều này chuyển hóa thành khoản tiết kiệm thực tế về chi phí nhiên liệu. Ngoài ra, các bộ phận hệ thống treo cũng chịu ít tải hơn do mặt đường ít rung lắc, xóc nảy hơn.

Kéo dài tuổi thọ phục vụ của đường nhằm tối thiểu hóa mức tiêu thụ năng lượng do bảo trì gây ra

Việc gia cố bằng lưới địa kỹ thuật kéo dài tuổi thọ mặt đường bằng cách ổn định nền đường và phân tán tải trọng, từ đó làm chậm quá trình hư hỏng kết cấu và giảm đáng kể tần suất các dự án tái tạo mặt đường tiêu tốn nhiều năng lượng.

Giảm số lần tái tạo mặt đường giúp cắt giảm lượng khí thải từ đội xe thi công và chi phí năng lượng do ùn tắc giao thông

Khi việc bảo trì bị hoãn lại, điều đó đồng nghĩa với việc không cần sử dụng các loại máy móc chạy diesel như lu và máy rải asphalt—những thiết bị thải ra khoảng 8–12 kilogram CO₂ tương đương cho mỗi tấn asphalt được rải. Một vấn đề lớn khác là việc đóng đường: khi giao thông bị ùn tắc, ô tô phải đứng yên tại chỗ và tiêu thụ nhiên liệu với tốc độ từ 1,2 đến 3,1 lít mỗi giờ trong tình trạng kẹt cứng. Chẳng hạn đối với các tuyến cao tốc, chỉ riêng việc hoãn một đợt tái tạo mặt đường cũng có thể giúp giảm hơn 1.200 tấn khí carbon trong vòng năm năm—chỉ nhờ tránh được quãng đường tăng thêm mà người dân phải di chuyển do đi đường vòng, đồng thời giảm thời gian vận hành không cần thiết của thiết bị thi công.

Ổn định lớp nền làm tăng tuổi thọ thiết kế lên 40–60% (AASHTO 2022)

Lưới địa kỹ thuật hoạt động bằng cách ngăn chặn hiện tượng lan rộng sang hai bên và hạn chế nước thấm xuống lớp đất phía dưới, nhờ đó làm tăng đáng kể độ bền vững của lớp móng đường. Các tuyến đường được xây dựng với loại lưới này có thể duy trì trong khoảng 10 đến thậm chí 15 năm dưới lưu lượng giao thông nặng trước khi bắt đầu xuất hiện hư hỏng, so với chỉ 6–9 năm đối với những tuyến đường không sử dụng bất kỳ biện pháp gia cố nào. Theo các chuyên gia tại AASHTO — tổ chức chịu trách nhiệm ban hành tiêu chuẩn cho hệ thống đường cao tốc trên toàn nước Mỹ — hướng dẫn mới nhất của họ năm 2022 xác nhận kết quả quan sát nêu trên, cho thấy tuổi thọ của các tuyến đường sử dụng lưới địa kỹ thuật thực tế dài hơn từ 40 đến 60% so với các tuyến đường không sử dụng. Ngoài ra, việc giảm tần suất sửa chữa cũng đồng nghĩa với việc chúng ta không cần phải liên tục vận chuyển và đưa vào sử dụng các vật liệu mới. Hãy suy ngẫm điều này: mỗi lần chúng ta tránh được việc trải thêm một lớp mặt đường, chúng ta đều cắt giảm được lượng khí thải carbon phát sinh từ khai thác đá, sản xuất asphalt và vận chuyển các vật liệu này trên khắp đất nước.

Tiết kiệm vật liệu và năng lượng hàm chứa nhờ mặt đường mỏng hơn có gia cố bằng lưới địa kỹ thuật

Giảm độ dày lớp nhựa đường và đá dăm mà không làm giảm hiệu suất

Khi các tuyến đường được gia cố bằng lưới địa kỹ thuật, các kỹ sư thực tế có thể giảm độ dày của lớp asphalt và lớp sỏi đá mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng đường. Các nghiên cứu được thực hiện bằng phần mềm PLAXIS 3D, sau đó được kiểm chứng thông qua các thử nghiệm thực tế, cho thấy việc đặt lưới địa kỹ thuật ngay trong lớp nền cấp phối giúp giảm từ 15 đến 30% độ dày lớp asphalt — mặc dù mức giảm cụ thể còn phụ thuộc vào loại nền đất nơi công trình được xây dựng. Giải pháp này hoạt động hiệu quả là do lưới địa kỹ thuật giúp phân tán tải trọng đều hơn trên bề mặt đường và hạn chế tối đa hiện tượng dịch chuyển ngang của các lớp vật liệu, nhờ đó làm giảm đáng kể số lượng ổ gà hình thành theo thời gian. Về khía cạnh bền vững, các nhà nghiên cứu nhận thấy các thiết kế đường mỏng hơn này có tuổi thọ tương đương với đường thông thường nhưng lại tiết kiệm đáng kể tài nguyên thiên nhiên, bởi vì khối lượng vật liệu mới cần sử dụng trong các dự án xây dựng được giảm đi đáng kể.

Giảm tới 30% lượng cốt liệu sử dụng và giảm lượng carbon hàm chứa (FHWA 2023)

Khi các lưới địa kỹ thuật liên kết cơ học với các lớp đất và vật liệu đá dăm, chúng thực tế cho phép các kỹ sư giảm độ dày cần thiết của lớp móng. Điều này có nghĩa là tổng thể chúng ta có thể tiết kiệm khoảng 30% vật liệu đá dăm. Theo các nghiên cứu vòng đời, mức tiết kiệm vật liệu như vậy tương ứng với việc giảm lượng khí thải carbon từ 6% đến 24%. Cơ quan Quản lý Đường cao tốc Liên bang (Federal Highway Administration) đã xác nhận điều này trong báo cáo mới nhất năm 2023 của họ về các sản phẩm địa kỹ thuật bền vững. Báo cáo nêu rõ nhu cầu khai thác đá tại mỏ, vận chuyển khối lượng lớn vật liệu nặng này và năng lượng tiêu tốn cho quá trình đầm nén đều được giảm đáng kể. Khi suy ngẫm kỹ, điều này hoàn toàn hợp lý.

Xác thực thực tế: Tiết kiệm năng lượng và nhiên liệu đo được trên các tuyến đường sử dụng lưới địa kỹ thuật

Dữ liệu từ các thử nghiệm thực địa thực tế xác nhận điều mà nhiều người đã nghi ngờ về mặt đường được gia cố bằng lưới địa kỹ thuật liên quan đến hiệu quả năng lượng. Khi xem xét các đoạn đường thí điểm được trang bị thiết bị đo đạc, phương tiện vận tải hàng hóa nặng thường tiêu thụ ít nhiên liệu hơn khoảng 5–7% so với các đoạn mặt đường thông thường. Điều này xảy ra vì bề mặt ổn định do gia cố bằng lưới địa kỹ thuật giúp giảm lực cản lăn. Số tiền tiết kiệm được từ nhiên liệu chuyển đổi trực tiếp thành lượng khí thải và chi phí vận hành thấp hơn—điều đặc biệt rõ rệt tại các hoạt động hậu cần sôi động, vận hành hàng nghìn dặm mỗi tuần. Các thành phố giám sát các tuyến đường chính ở vùng khí hậu ôn hòa phát hiện mặt đường sử dụng lưới địa kỹ thuật duy trì tình trạng bề mặt tốt hơn khoảng ba đến năm năm so với mặt đường tiêu chuẩn. Điều này đồng nghĩa với việc đội thi công phải quay lại thực hiện công tác tái tạo bề mặt tốn kém ít thường xuyên hơn. Điều thú vị là kết quả thực tế khớp khá sát với những dự báo từ các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Cách thức trọng lượng được phân bố trên các lớp lưới địa kỹ thuật thực tế làm giảm tổn thất năng lượng xảy ra tại vùng tiếp xúc giữa lốp xe và bề mặt đường. Nhiều thị trấn đã chuyển sang áp dụng công nghệ này ghi nhận mức giảm đáng kể dấu chân carbon tổng thể trong bảo trì đường bộ, cho thấy những khoản tiết kiệm năng lượng như vậy thực sự khả thi và có thể nhân rộng trên diện rộng đối với mọi cộng đồng.

Câu hỏi thường gặp

Lưới địa kỹ thuật là gì?

Lưới địa kỹ thuật là một loại vật liệu địa tổng hợp được sử dụng để gia cố đất và các vật liệu tương tự. Vật liệu này thường được dùng để ổn định nền đường bằng cách phân bố tải trọng và ngăn chặn sự dịch chuyển ngang của vật liệu.

Lưới địa kỹ thuật giảm lực cản lăn như thế nào?

Lưới địa kỹ thuật ổn định nền đường, giảm biến dạng mặt đường và phân bố tải trọng đồng đều hơn, từ đó tạo ra bề mặt đường phẳng mượt hơn và giảm tổn thất năng lượng tại vị trí tiếp xúc giữa lốp xe và mặt đường, cuối cùng làm giảm lực cản lăn.

Lưới địa kỹ thuật có giúp phương tiện tiết kiệm nhiên liệu không?

Có, các tuyến đường được gia cố bằng lưới địa kỹ thuật làm giảm lực cản lăn và cải thiện độ bám của lốp với mặt đường, dẫn đến mức tiêu thụ nhiên liệu của phương tiện giảm khoảng 5–7 phần trăm.

Lưới địa kỹ thuật ảnh hưởng đến chi phí bảo trì đường như thế nào?

Việc gia cố bằng lưới địa kỹ thuật kéo dài tuổi thọ khai thác của đường, giảm tần suất thực hiện các đợt tái tạo mặt đường và làm giảm chi phí bảo trì nhờ hạn chế nhu cầu sử dụng vật liệu mới cũng như các hoạt động vận hành thiết bị, từ đó còn góp phần giảm phát thải khí carbon.