Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2021 15 (3V): 44–54 THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG GIẢM SĨNG CỦA CẤU KIỆN BÊ TƠNG RỖNG Lê Hải Trunga , Nguyễn Văn Tuấnb,∗, Trần Thanh Tùnga , Đặng Thị Linhc , Nguyễn Trường Duyc , Bạch Dươngd a Trung tâm Tư vấn Kỹ thuật biển phát triển cảng, Trường Đại học Thủy lợi, 175 đường Tây Sơn, quận Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng, 55 Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam c Viện Kỹ thuật cơng trình, Trường Đại học Thủy Lợi, 175 đường Tây Sơn, quận Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam d Khoa Cơng trình thủy, Trường Đại học Xây dựng, 55 Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 02/05/2021, Sửa xong 21/06/2021, Chấp nhận đăng 23/06/2021 Tóm tắt Bê tơng rỗng bê tơng có cấu trúc rỗng thơng tạo lên từ cấp phối hạt cốt liệu gián đoạn Ở số nước, vật liệu áp dụng cho cơng trình bảo vệ bờ biển khả hấp thụ lượng sóng theo chế chủ động Bài báo trình bày nghiên cứu khả sử dụng bê tông rỗng phục vụ xây dựng đê chắn sóng ngầm – dạng cơng trình bảo vệ bờ biển đánh giá phù hợp điều kiện Việt Nam Thí nghiệm mơ hình vật lý thực mẫu cấu kiện bê tông rỗng có dạng hình hộp, chế tạo với kích thước đá (5-10, 10-20 20-40 mm) độ rỗng khác (15-25%) Kết đo đạc cho thấy chiều cao sóng giảm từ 21% đến 56% qua đê ngầm dạng thành đứng xếp mẫu cấu kiện Từ khố: bê tơng rỗng; cấp phối hạt gián đoạn; giảm sóng; bảo vệ bờ biển; đê ngầm EXPERIMENTAL ASSESSMENT OF WAVE REDUCTION POSSIBILITY OF POROUS CONCRETE BLOCKS Abstract Porous concrete, a special type of concrete with a porous structure, consists of a gap-graded aggregate system In some countries, this material has been applied to coastal protection works due to its ability to absorb wave energy by active mechanism This paper presents a study on the possibility of using porous concrete for the construction of submerged breakwaters - a type of coastal protection work that is considered suitable for Vietnamese conditions Physical modeling experiments were conducted using porous concrete samples made with different crushed stone sizes and different designed porosities The measurements show that the wave heights were decreased significantly from 21% to 56% when propagating through a vertical breakwater constructed of the porous concrete samples Keywords: porous concrete; gap-graded concrete; wave reduction; coastal protection; submerged breakwater https://doi.org/10.31814/stce.nuce2021-15(3V)-04 © 2021 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Đặt vấn đề Trong năm gần đây, tình trạng biến đổi khí hậu có diễn biến phức tạp, ngày xuất nhiều tượng thời tiết cực đoan, đặc biệt vùng ven biển Do vậy, giải pháp bảo vệ bờ biển, phòng chống lũ lụt quan tâm nghiên cứu mạnh mẽ Đối với cơng trình bảo ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: tuannv@nuce.edu.vn (Tuấn, N V.) 44 Trung, L H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng vệ bờ biển, bê tông (BT) bê tông cốt thép (BTCT) hai loại vật liệu sử dụng phổ biến Độ bền lâu thực tế kết cấu BTCT phụ thuộc vào mức độ xâm thực môi trường chất lượng vật liệu sử dụng thể cường độ bê tông, mác chống thấm, khả chống ăn mòn, chủng loại xi măng, phụ gia, loại cốt thép, chất lượng thiết kế, thi công biện pháp quản lý, sử dụng công trình Trong mơi trường khơng có tính xâm thực, kết cấu BTCT làm việc bền vững 100 năm Tuy nhiên cơng trình biển, tượng ăn mịn cốt thép bê tơng dẫn đến làm nứt vỡ phá huỷ kết cấu bê tơng BTCT xuất sau 10 - 30 năm sử dụng [1] Nguyên nhân thực trạng tác động xâm thực mạnh môi trường biển BT BTCT hai dạng gồm tác dụng mặt hóa học học gây ăn mịn xói mịn kết cấu, đặc biệt có tác dụng sóng biển Để khắc phục ăn mòn BT BTCT cơng trình bảo vệ bờ biển, số biện pháp thường áp dụng tăng chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép, tăng mác bê tông so với quy phạm, sử dụng phụ gia (khống, hóa), bọc lớp vật liệu chống ăn mịn giảm sóng bề mặt kết cấu, thay cốt thép thành cốt phi kim, Xét mặt tương tác cách tiếp cận bị động mang tính phịng bị, tức tăng khả chống chịu kết cấu bê tông Một cách tiếp cận khác chủ động giảm lượng hay giảm tác động học sóng, dịng chảy tới cơng trình biển nói chung kết cấu bê tơng nói riêng Về mặt khơng gian – thời gian, sóng cần tiêu tán phần trước trình tương tác với cơng trình Theo Viện bê tơng Mỹ (ACI), bê tông rỗng (BTR) loại bê tông khơng có độ sụt, dùng cấp phối hạt gián đoạn gồm có xi măng pooc lăng, cốt liệu lớn, lượng nhỏ không cốt liệu nhỏ, nước phụ gia Sau rắn từ hỗn hợp vật liệu trên, bê tơng có hệ thống lỗ rỗng thơng cho phép nước chảy qua dễ dàng Tính chất kỹ thuật, công nghệ thi công bảo dưỡng BTR nghiên cứu cách rộng rãi hệ thống Một số vấn đề đánh ảnh hưởng lỗ rỗng đến tính thấm bê tông rỗng [2], quan hệ độ rỗng cường độ bê tông rỗng [3], khả sử dụng cốt liệu tái chế như bê tông nghiền, tường xây nghiền làm bê tơng rỗng nước [4], tính chất thoát nước sử dụng cốt liệu tái chế chất kết dính geopolymer [5] Độ rỗng bê tơng thay đổi từ 15% đến 35% (rất gần với đá đổ đống tự nhiên), cường độ nén từ 2,8 MPa đến 28 MPa (tương tự bê tông thường) Tốc độ thoát nước BTR thay đổi tùy theo kích thước cốt liệu khối lượng thể tích hỗn hợp bê tông, thường vào khoảng từ 81 đến 730 lít/phút/m2 [6] Khi gặp bề mặt kết cấu bê tơng thơng thường đặc (Hình 1(a)), sóng bị phản xạ ngược lại Tương tác mạnh có xu hướng gây xói mịn hư hỏng cấu trúc, chẳng hạn bong tróc hạt cốt liệu Ngược lại, bê tơng có cấu trúc rỗng (Hình 1(b)) nước biển phân tán vào lỗ rỗng với hướng khác Đây chế chủ động giảm tác động học sóng phân tích Ở Việt Nam, bê tông rỗng bước đầu ứng dụng cơng trình giao thơng với chức nước [7] Trên giới, BTR áp dụng cho cơng trình bảo vệ bờ biển khả hấp thụ lượng sóng Ví dụ, bê tơng với chất kết dính polyurethane dùng để bảo vệ mái đê biển Bắc, Liên bang Đức [8] Theo số liệu thống kê tới năm 2005, châu Âu có tới 1.200 đê ngầm, chiếm 60% tổng số đê chắn sóng [9, 10] Đê ngầm đánh giá dạng cơng trình phù hợp để bảo vệ bờ biển Việt Nam, tác động ngày gia tăng điều kiện biến đổi khí hậu [11] Chính vậy, báo nghiên cứu khả hiệu giảm sóng qua đê ngầm xếp mẫu cấu kiện BTR Thí nghiệm mơ hình vật lý thực với cấu kiện hình hộp, chế tạo từ hệ đá kích thước hạt khác nhau, độ rỗng khác 45 hợp bê tông, thường vào khoảng từ 81 đến 730 lít/phút/m Khi gặp bề mặt kết cấu bê bê tông tông thông thông thường thường đặc đặc chắc (Hình (Hình1a), 1a),sóng sóngsẽ sẽbịbịphản phảnxạ xạngược ngượclại lại.Tương Tươngtác tác cấu mạnh có xu hướng gây xói mịn hư hỏng cấu trúc, chẳng hạn bong tróc mạnh có xu hướng gây xói mịn hư hỏng cấu trúc, chẳng hạn bong tróc hạt cốt cốt liệu liệu Ngược Ngược lại, lại, đối với bê bê tông tông có có cấu cấu trúc trúc rỗng rỗng (Hình (Hình1b) 1b)thì thìnước nướcbiển biểnsẽsẽ hạt phân phân tán tán vào vào các lỗ lỗ rỗng rỗng với với các hướng hướng khác khác nhau Đây Đâychính chínhlàlàcơ cơchế chếchủ chủ Trung, L H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng giảm tác tác động động cơ học học của sóng sóng nhưphân phântích tíchtrên trênđây động giảm (a) Bê bê tông thường bêtông tôngthường thường (b) Bêbê tông rỗng tơng rỗng bê tơng rỗng ảả sóng, hấpấấthụ ụnăng lượ ỗỗ ụnăng lượ sóng củaủủbê tơng rỗng Hình Nguyên lý giảm lượng Ở Việt Việt Nam, Nam, bê bê tông tông rỗng rỗng bước bước đầu đầu đã được ứng ứng dụng dụngtrong trongcác cáccông cơngtrình trình hơng hơng với với chức chức năng thoát thoát nước nước [7] [7].Trên Trênthế thếgiới, giới, đãđược đượcáp ápdụng dụngcho chocác Phương pháp nghiên cứu cơng trình trình bảo bảo vệ vệ bờ bờ biển biển do khả khả năng hấp hấp thụ thụ năng lượng lượngsóng sóng.Ví Vídụ, dụ,bê bêtơng tơngvới với chất kết dính polyurethane dùng để bảo vệ mái đê biển Bắc, Liên bang Đức [8 polyurethane dùng để bảo vệ mái đê biển Bắc, Liên bang Đức [8 2.1 Cơng thức thựcdính nghiệm Theo số liệu liệu thống thống kê kê tới tới năm năm 2005, 2005, châu châu Âu Âu có có tới tới hơn11200 200đê đêngầm, ngầm,chiếm chiếmhơn Đê chắn sóng ngầm có chức giảm chiều cao sóng di chuyển qua đê nhằm bảo vệ 60% tổng số đê chắn sóng [1 ] Đê ngầm đánh giá dạng tổng số đê chắn sóng [1 ] Đê ngầm đánh giá dạng đoạn bờ biển hay luồng tàu, tạo vùng nước yên tĩnh Thông thường, hiệu làm việc đê cơng trình trình phù phù hợp hợp để để bảo bảo vệ vệ bờ bờ biển biển Việt Việt Nam, Nam, dưới tác tác động độngngày ngàycàng cànggia giatăng tăng đánh giá thông qua hệ số truyền sóng Kt : điều kiện biến đổi khí hậu [ Chính vậy, báo nghiên cứu khả điều kiện biến đổi khí hậu [ Chính vậy, báo nghiên cứu khả hiệu giảm cấu kiện BTR Thí nghiệm mơ hình giảm sóng sóng qua qua đê đê ngầm ngầm xếp xếp mẫu Kt = H s,t /Hmẫu (1) s,i cấu kiện BTR Thí nghiệm mơ hình vật lý thực với cấu kiện hình hộp, chế tạo thực với cấu kiện hình hộp, chế tạotừ từcác cáchệ hệđá đákích kíchthước thướchạt hạtkhác khác với H s,i H s,t tương ứng chiều cao sóng phía trước phía sau đê ngầm Nhìn chung, q trình truyền sóng chịu ảnh hưởng hình dạng đê ngầm bao gồm bề rộng đỉnh đê, độ ngập đỉnh đê mực nước tĩnh phần mái dốc đê (Hình 2(a) Hình 3) Tiêu biểu, Ahren [13] đề xuất cơng thức mô tả phụ thuộc Kt vào nhiều tham số có độ thấm đê, thể qua kích cỡ viên đá mức độ ảnh hưởng không lớn Trong nghiên cứu này, tác Mô hình thí nghiệm Goda (1969) Đồ thị xác định hệđịnh sốhệ hệ (b) ĐồĐồ thị thị xácxác định số số β (a) Mơ hình thí nghiệm Goda (1969) ệ ủệ ủ Hình Mơ hình thí nghiệm Goda [12] Seebrook Hall [14] tiến hành thí nghiệm mơ hình ngầm liệuvật liệu Seebrook Hall [14] tiến hành thí nghiệm mơđêhình đê ngầmvật rời rạc có tính thấm cao (Hình 3) Trên sở kết nhiều thí nghiệm, hai Tác giảTác giả rời rạc có tính thấm cao (Hình 3) Trên 46cơ sở kết nhiều thí nghiệm, hai đưa công thức xác định hệ số truyền sóng số sóng tới đưa cơng thức xác định hệ số truyền sóng số sóng tới thơng số kỹ thuật đê ngầm sau: thông số kỹ thuật đê ngầm sau: với: Seebrook Hall [14] tiến hành thí nghiệm mơ hình đê ngầm vật liệu rời rạc có tính thấm cao (Hình 3) Trên sở kết nhiều thí nghiệm, hai Tác giả đưa cơng thức xác định hệ số truyền sóng số sóng tới Trung, L H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng thông số kỹ thuật đê ngầm sau: giả chưa xét của bề rộng đỉnh đê ảnh hưởng trực tiếp thể xây dựng hiệntương quan Biểu đồ hệ số truyền sóng với bề rộng tương đối đê số sóng vỡ Iribarren [14] Van der Meer với:trường hợpbề rộng đê nhỏ nên hệ số truyền sóng phụ thuộc theo quan hệ tuyến tính với xem xét chiều cao lưu tương đối [15] Sau đó, tác giả Van der Meer Daemen cho không (hoặc độngập) ảnh hưởng độ thấm đê cần xét tới thơng qua kích thước vật liệu đường kính đá đó, chiều cao sóng chiều chiều đê;được Tuy nhiên cơng trình dạngtới; tường đứng nhưdài mơsóng hìnhtới; nghiênlàcứu rộng Godađỉnh (1969) [16] xem tương phùcủa hợpđỉnh với đê; mô hình thí nghiệm độđối ngập đường kính quy đổi viên đá phủ mặt đê ệ ủ Seabrook Hall [17] Hình Mơ hình thí nghiệm ệ Goda [12] đề xuất phương trình sau để xác định hệ số truyền sóng cho đê chắn sóng Nghiên cứuthấm: tiến hành thí nghiệm mơ hình vật lý nhằm đánh giá khả dạng thẳng đứng, khơng giảm sóng sử dụng làm vật liệu cho đê ngầm Thí nghiệm tiến 0,5 Kt = 0,25 × − sin (π/α) × Rc /H s,i + β + 0,01 × (1 − d/h)2 , với β − α < Rc /H s,i < α − β Kt = 0,1 × (1 − d/h) , với Rc /H s,i ≥ α − β, (2) đó, Kt hệ số truyền sóng, α = 2,2 β nhận cách sử dụng đồ thị Hình 2(b); d khoảng cách từ mực nước tĩnh đến đỉnh lớp đệm; h độ sâu nước; Rc khoảng cách từ mực nước tĩnh đến đỉnh đê; H s,i chiều cao sóng tới Seebrook Hall [17] tiến hành thí nghiệm mơ hình đê ngầm vật liệu rời rạc có tính thấm cao (Hình 3) Trên sở kết nhiều thí nghiệm, hai tác giả đưa cơng thức xác định hệ số truyền sóng theo thơng số sóng tới thơng số kỹ thuật đê ngầm sau: Kt = − EXP −0,65 × d s /H s,i − 1,09 × H s,i /B + 0,047 (B × d s / [L × D50a ]) − 0,067 d s × H s,i / [B × D50a ] , với: ≤ Bd s / (LD50a ) ≤ 7,08, ≤ d s H s,i / (BD50a ) ≤ 2,14 (3) đó, H s,i chiều cao sóng tới; L chiều dài sóng tới; B chiều rộng đỉnh đê; d s độ ngập đỉnh đê; D50a đường kính quy đổi viên đá phủ mặt đê 2.2 Mơ hình thí nghiệm máng sóng Nghiên cứu tiến hành thí nghiệm mơ hình vật lý nhằm đánh giá khả giảm sóng BTR sử dụng làm vật liệu cho đê ngầm Thí nghiệm tiến hành máng sóng Hà Lan thuộc Phịng thí nghiệm Thủy lực tổng hợp, Trường Đại học Thủy lợi Máng có chiều dài 45 m, cao 1,2 m rộng 1,0 m (Hình 4) [18] Máy tạo sóng dạng piston tiên tiến hệ thống hấp thụ sóng phản xạ chủ động (ARC = Active Reflection Compensation) cho phép tạo sóng với độ xác cao Các mẫu cấu kiện BTR xếp tạo thành khối đơn bệ nằm ngang, mơ đáy biển (Hình 5) Thí nghiệm thực với nhóm cấu kiện mẫu CK1 CK2 có cấp phối đá 47 máng sóng thuộc Phịng nghiệm Thủy tổng hợp, Trường máng sóng Hà Hà LanLan thuộc Phịng thí thí nghiệm Thủy lựclực tổng hợp, Trường Thủy Máng chiều rộng ĐạiĐại họchọc Thủy lợi.lợi Máng có có chiều dàidài 45 45 m, m, caocao 1,21,2 mm và rộng 1 Máy sóng dạng piston thống sóng phản động Máy tạotạo sóng dạng piston tiêntiên tiếntiến hệ hệ thống hấphấp thụthụ sóng phản xạ xạ chủchủ động Trung, L H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (ARC = Active Reflection Compensation) phép sóng (ARC = Active Reflection Compensation) chocho phép tạotạo sóng vớivới độ độ xácxác CK bê tơng rỗng CK bê tơng rỗng WG6 WG5-WG4-WG3-WG2 45m Máng sóng 1m Hệ thống thu Hệ thống thuliệu thập thập liệu ì 139 ì Hình Máng sóng Hà Lan bốốtrí thiết ếbị thíị nghiệm ệ ố ế ị ệ Sơ đồ ố ệ ứ ả ảm sóng qua đê ngầ ắ ế Sơ đồ 5.ốSơ đồ bố trí thíệ nghiệm nghiên ứ cứu ảkhả ảm sóng quađêđêngầm ngầsắp xếp ắ ế Hình giảm sóng qua ằ ẫ ấ ệ mẫu cấu kiện BTR ằ ẫ ấ ệ Các mẫu cấu kiện xếp tạo thành khối đơn bệ nằm Các mẫu cấu kiện xếp tạo thành khối đơn bệ nằm đáy6).biển (Hình ) Thí nghiệm thực vớiba nhóm kiện20%, độ rỗng khác (Hình Trong cấu kiệnđược theo độ rỗngcấu 15%, đáy biển (Hìnhđó,).các Thímẫu nghiệm đượcđược thựcthiết hiệnkếvới nhóm cấu kiện loại CK2đácó đá5-10, độ10-20 rỗngvàkhác 25%mẫu ; sử CK1 dụng ba cócấp phối cấp hạt 20-40 mm(Hình (Bảng 1) Trong mẫu mẫu CK1 CK2 có cấp phối đá độ rỗng khác (Hình Trong mẫu cấu kiện thiết kế ba độ rỗng 15%, 20%, 25% sử dụng ba loại đá có cấp cấu kiện thiết kế ba độ rỗng 15%, 20%, 25% sử dụng ba loại đá có cấp hạt (Bảng 1) hạt (Bảng 1) ì ì ẫ ấ ệ ấ đá độ ỗ Hình Các mẫu cấu kiện BTR với cấp hạt đá độ rỗng khác ả ấ ạt đá độ ỗ Nhóm mẫu loại ( Mẫu Cấp hạt đá 48 ủ ẫ ấ ệ Nhóm mẫu loại ( Trung, L H., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Bảng Cấp hạt đá độ rỗng mẫu cấu kiện BTR Nhóm mẫu loại (CK1) Mẫu Cấp hạt đá (mm) Độ rỗng (%) Nhóm mẫu loại (CK2) 3.1 3.2 2.2 3.5 3.4 3.3 2.3 2.1 10-20 15 10-20 20 10-20 25 20-40 20 5-10 20 5-10 25 10-20 20 5-10 15 Trong thí nghiệm, bốn mẫu cấu kiện nhóm mẫu xếp song song, cạnh chồng thành hai lớp (Hình 7) Các mẫu cấu kiện có dạng hình hộp, kích thước 50 × 50 × 10 cm Như vậy, hai cấu kiện xếp cạnh vừa khít lịng máng thí nghiệm Mỗi nhóm mẫu gồm 04 mẫu cấu kiện với độ rỗng khác tạo thành đê ngầm giảm sóng dạng tường đứng Thí nghiệm thiết kế với tỷ lệ dài 1/20 LẮP ĐẶT CẤU KIỆN LOẠI (CK1) Hình chiếu đứng Hình chiếu Hình chiếu cạnh LẮP ĐẶT CẤU KIỆN LOẠI (CK2) Hình chiếu đứng Hình chiếu cạnh Hình chiếu Đơn vị vẽ cm đồđồốbố trí mẫu ẫ cấu ấ kiện ệ BTR máng sóng Hình Sơ Sơ Tổng cộng thiết bị đo sóng bố trí dọc theo phương truyền sóng từ phải Tổng cộng 06 thiết bị đo sóng bố trí dọc theo phương truyền sóng từ phải qua trái (Hình ) Trong đó, WG1 đo WG3, sóng WG4 đầu vào; cụm dùng WG2, WG4 5) Trong đó, WG1 đo sóng đầu vào; cụm WG2, WG5 đểWG3, phân tách sóng tới WG5 dùng để phân tách sóng tới sóng phản xạ trước nhóm mẫu đo sóng sóng phản xạ trước nhóm mẫu; WG6 đo sóng sau truyền qua nhóm mẫu Cuối mángsau phía trái mẫu máng phíasóng trái bố tríphân khốitích đá đổ mái để nghiêng đểthành bố trí khốiđãđátruyền đổ máiqua nghiêng để hấp Cuối thụ lượng Việc số liệu xác định phần sóng tới sóng phản xạ trước cơng trình sử dụng phương pháp Zelt Skjelbreia [19] hấp thụ lượng sóng Việc phân tích số liệu để xác định thành phần sóng tới Các tham số xạ sóng thiết lập sử chodụng hai trường sóng sóng phản trước cơng trình phươnghợp pháp củađều sóng ngẫu nhiên (JONSWAP) với số lượng sóng thí nghiệm tạo 500 cho lần đo Bảng tổng hợp 12 kịch thí sóngmẫu, đượcchiều thiếtsâu lậpnước, cho chiềutrường sóng sóng ngẫu nghiệm, mỗiCác kịch tham cósốnhóm cao hợp chu kỳ sóng tới khác Với nhiên (JONSWAP) với số lượng sóng thí nghiệm tạo 500 cho lần kịch bản, thí nghiệm thực 02 lần để đảm bảo hội tụ kết đo phát sai sótđo (nếu có).2Chiều thí nghiệm máng 75 đảmmẫu, bảo đỉnh Bảng tổng sâu hợpnước 12 kịch thí nghiệm, kịch bản85cócm, nhóm chiềunhóm sâu mẫu ngập số kỳ chiều độ sâu nước nhóm mẫu dao nước,nước, chiềuthỏa caomãn tỷ chu sóng tớicao nhóm mẫu với ới kịch bản, thítrước nghiệm động thực từ 0,6hiện đến 0,8 Đây tỷ số hợp lý để nhóm mẫu đạt hiệu giảm sóng chúng làm việc với lần để đảm bảo hội tụ kết đo phát sai sót (nếu có) Chiều sâu nước thí nghiệm máng 49 75 85 cm, đảm bảo đỉnh mẫu ngập nước thỏa mãn tỷ số chiều cao nhóm mẫu với độ sâu nước trước nhóm mẫu dao động từ đến Đây tỷ số hợp lý để nhóm mẫu đạt hiệu giảm sóng chúng làm việc với vai trò đê ngầm Trung, L H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng vai trị đê ngầm (Harris (1996) [20], Armono Hall (2003) [21]) Kết thảo luận Thí nghiệm thực theo 12 kịch liệt kê Bảng Bảng Các kịch thí nghiệm đánh giá khả giảm sóng qua đê ngầm BTR TT Kịch Chiều sâu nước D (m) Chiều cao sóng tới H s (m) Chu kỳ sóng tới T p (s) Loại sóng 10 11 12 CK1_D75H10T16 CK1_D75H12T18 CK1_D75H10T16_Re CK1_D75H12T18_Re CK1_D85H10T16 CK1_D85H12T18 CK1_D85H10T16_Re CK1_D85H12T18_Re CK2_D85H10T16 CK2_D85H12T18 CK2_D85H10T16_Re CK2_D85H12T18_Re 0,75 0,75 0,75 0,75 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,10 0,12 0,10 0,12 0,10 0,12 0,10 0,12 0,10 0,12 0,10 0,12 1,6 1,8 1,6 1,8 1,6 1,8 1,6 1,8 1,6 1,8 1,6 1,8 Ngẫu nhiên Ngẫu nhiên Đều Đều Ngẫu nhiên Ngẫu nhiên Đều Đều Ngẫu nhiên Ngẫu nhiên Đều Đều Bảng Kết thí nghiệm đánh giá hiệu giảm sóng qua đê ngầm BTR TT Kịch Bản 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 CK1_D75H10T16_1 CK1_D75H10T16_3 CK1_D75H12T18_1 CK1_D75H12T18_2 CK1_D75H10T16_1_Re CK1_D75H10T16_2_Re CK1_D75H12T18_1_Re CK1_D75H12T18_2_Re CK1_D85H10T16_1 CK1_D85H10T16_2 CK1_D85H12T18_1 CK1_D85H12T18_2 CK1_D85H10T16_1_Re CK1_D85H10T16_2_Re CK1_D85H12T18_1_Re CK1_D85H12T18_2_Re CK2_D85H10T16_1 CK2_D85H10T16_2 CK2_D85H12T18_1 CK2_D85H12T18_2 CK2_D85H10T16_1_Re CK2_D85H10T16_2_Re CK2_D85H12T18_1_Re CK2_D85H12T18_2_Re Thực đo Tính tốn H s,i T p,i H s,t T p,t Kt_đo Kt,Goda Kt,Seabrook 0,129 0,128 0,123 0,123 0,178 0,180 0,116 0,116 0,145 0,148 0,156 0,150 0,181 0,181 0,205 0,206 0,149 0,149 0,150 0,150 0,186 0,186 0,205 0,208 1,63 1,63 1,73 1,73 1,63 1,63 1,84 1,84 1,54 1,63 1,73 1,73 1,63 1,63 1,84 1,84 1,63 1,63 1,75 1,73 1,63 1,63 1,84 1,84 0,057 0,057 0,061 0,063 0,095 0,096 0,069 0,070 0,105 0,106 0,117 0,116 0,141 0,142 0,145 0,146 0,101 0,100 0,111 0,111 0,131 0,129 0,140 0,143 1,63 1,63 1,84 1,84 0,8 0,8 1,84 1,84 1,63 1,63 1,84 1,84 1,63 1,63 1,84 1,84 1,63 1,63 1,84 1,84 1,63 1,63 1,84 1,84 0,442 0,445 0,496 0,512 0,534 0,533 0,595 0,603 0,724 0,716 0,750 0,773 0,779 0,785 0,707 0,709 0,678 0,671 0,740 0,740 0,704 0,694 0,683 0,688 0,527 0,529 0,540 0,540 0,451 0,449 0,558 0,558 0,915 0,906 0,883 0,900 0,816 0,816 0,759 0,757 0,903 0,903 0,900 0,900 0,803 0,803 0,759 0,753 0,444 0,444 0,443 0,443 0,483 0,485 0,443 0,443 0,732 0,739 0,746 0,744 0,755 0,755 0,787 0,788 0,853 0,853 0,866 0,865 0,913 0,913 0,971 0,977 Ghi chú: Kt,Goda hệ số truyền sóng tính theo cơng thức (2) Goda [12]; Kt,Seabrook hệ số truyền sóng tính theo cơng thức (3) Seabrook Hall [17] 50 thể lượng sauxử khilýxử số sóng liệu sóng đo hai thể phổ phổ năngnăng lượng sóngsóng sau sốlýliệu đo hai đo WG5 WG6 có dạng nhọn đối trường với trường thể đầu đầu đo WG5 WG6 Phổ Phổ có dạng nhọn hợp hợp sóngsóng đều, đều, thể lượng tập trung tần ứng số, ứng với chu Quanh kỳ Quanh năngnăng lượng sóngsóng chủ chủ yếu yếu tập trung tần số, với chu kỳ vị trívị trí Trung, L H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng đường hạ thấp tương đốiràng rõ ràng đối vớisóng sóng đềusóng sóng đỉnh,đỉnh, đường phổ phổ sóngsóng hạ thấp tương đối rõ ngẫungẫu nhiên Ở đạc phía nhóm mẫu đầu đosóng, WG6), phổ có số sóng đỉnh (nhiễu) Trong Kết đo phân tích gồm chiều caosóng sóng vàsố chuđỉnh kỳ Bảng trình bày nhiên Ở phía sauvàsau nhóm mẫubao đầu đophổ WG6), phổ sóng có (nhiễu) Trong đặc sóngđỉnh đo đạc ởcóphía nhóm đầulượng đokhơng WG5); phía sau (tại đầulệch đo WG6); hệ số đó, cótrước giámật trị mật độ(tại khơng sựđêchênh lớn Hình đó,trưng hai hai đỉnh giá trị độmẫu lượng có sựcó chênh lệch lớn Hình truyềndạng sóngphổ Kt thực đo tính theo cơng thức (1) Để so sánh hệ số truyền sóng thí nghiệm với tương tự sau khitrải qua trải qua trình vỡ nhiều lần Điều thể dạng phổ tương tự sau q trình sóngsóng vỡ nhiều lần Điều thể cơng trình nghiên cứu trước đây, Bảng thể hệ số truyền sóng tính tốn theo Goda (1969) lượng sóng phần tán truyền truyền qua nhóm mẫu hiệnhiện năngnăng lượng đãSeebrook phần nàovànào tiêu tiêu tánbằng qua mẫu công thức (2), sóng theo Hall (1998) cơng thức (3).nhóm Vì kịch thí rỗng Lưu ý chu kỳ sóng trước saulànhóm mẫ khơng thay đổi đáng rỗng Lưu ý chu số kỳthí sóng trước sau nhóm mẫTrong khơng có thí sựcó thay đổi kể, nghiệm hai lần nên tổng nghiệm thực 24 đó, 16 nghiệm vớiđáng nhóm CK1kể, cụ thể đỉnh phổ sóng đầu đo WG5 WG6 có chung giá trị trục hồnh, tức 08cụthíthể nghiệm đỉnh với phổnhóm sóng CK2 đầu đo WG5 WG6 có chung giá trị trục hồnh, tức tần số tần số (a)sóng Sóng đều sóng (b) Sóng ngẫu nhiên sóng sóng ngẫu ngẫu nhiênnhiên Hình Phổ sóng điển hình phía trước (WG5) phía sau (WG6) nhóm mẫu Hình thể phổ lượng sóng sau xử lý số liệu sóng đo hai đầu đo WG5 WG6 Phổ có dạng nhọn trường hợp sóng đều, thể lượng sóng chủ yếu tập trung tần số, ứng với chu kỳ Quanh vị trí đỉnh, đường phổ sóng hạ thấp tương đối rõ ràng sóng sóng ngẫu nhiên Ở phía sau nhóm mẫu (đầu đo WG6), phổ sóng có số đỉnh (nhiễu) Trong đó, hai đỉnh có giá trị mật độ lượng khơng có chênh lệch lớn Hình dạng phổ tương tự sau trải qua q trình sóng vỡ nhiều lần Điều thể lượng sóng phần tiêu tán truyền qua nhóm mẫu bê tơng rỗng Lưu ý chu kỳ sóng trước sau nhóm mẫu khơng có thay đổi đáng kể, cụ thể đỉnh phổ sóng đầu đo WG5 WG6 có chung giá trị trục hoành, tức tần số f Để trực quan, Hình thể hệ số truyền sóng Kt theo thí nghiệm tính tốn theo [12] [17] cho 24 kịch thí nghiệm nêu Bảng Từ số liệu thí nghiệm Bảng hệ số truyền sóng nhận biểu thị dạng biểu đồ phân tán Hình 9, rút số nhận xét sau: - Đối với kịch có độ sâu nước 75 cm (Hình 9(a)), tức tỷ số chiều cao nhóm mẫu với độ sâu nước trước nhóm mẫu h s /h = 0,8 độ sâu ngập 5,0 cm, ba phương pháp: thí nghiệm, phương pháp theo [12] [17] đạt hiệu giảm sóng với hệ số truyền sóng 0,6, có nghĩa chiều cao sóng giảm 40% Hệ số giảm sóng ba phương pháp tương đồng xấp xỉ với nhau, thí nghiệm có Kt dao động từ 0,44 đến 0,60; phương pháp [12] có Kt từ 0,45 đến 0,56; phương pháp [17] có Kt ổn định từ 0,44 đến 0,49 Như kết thu phù hợp với kết luận nhiều công trình nghiên cứu tính hiệu đê ngầm tỷ số h s /h = 0,8, tức độ ngập nhỏ Theo số liệu Bảng 3, thấy độ sâu ngập, kịch có chiều cao sóng tới lớn hiệu giảm sóng lại giảm (tức Kt lớn hơn) 51 ổ sóng điể Để ự phía trướ ể ệ ệ ố ẫ ệ ề Trung, L H., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng cho 24 kịch thí nghiệm nêu Bảng ực nướ ệ (b) Các kịchị bảnả có mực nước thí nghiệm 85 cm ực nướ ệ (a) Các kịchị bảnả có mực nước thí nghiệm 75 cm ệ ố ề ữ ệ Hình So sánh hệ số truyền sóng Kt giữaTừthí tính tốn theo số nghiệm liệu thí nghiệm Bảng [12]hệvàsố[17] truyền sóng nhận biểu thị dạng biểu đồ phân tán rút số nhận xét sau: Đối với kịch có độ sâu nước , tức tỷ số chiều cao tứcnước tỷ số cao nhóm - Đối với kịch có độ sâu nước 85 cmnhóm (Hình 0,8mẫuđộvới mẫu9(b)), với độ sâu trướcchiều nhóm mẫu sâu ngập 5,0 độ sâu nước trước nhóm mẫu h s /h = 0,57 độ sâu ngập tăng lên 15 cm, ba phương cm, ba phương pháp: thí nghiệm, phương pháp theo [13] pháp [14] đạt hiệukể quảvới giảmhệ sóng hệ số truyền 0,6,0,65, có nghĩa cho thấy hiệu giảm sóng giảm đáng sốvới truyền sóngsóng đềudưới vàchiều thấycaorõsóng giảm nhấtphân 40% Hệ giảm sóng củatương ba phương phápvới hệ số giảm sóng ba phương pháp có tính tánsốkhơng đồng nhautương nữa.đồng Cụ xấp xỉ với nhau, thí nghiệm có dao độ 0,44 đến 0,60; phương pháp [13] có thể, thí nghiệm có Kt dao động từ 0,67 đến 0,79; phương pháp [12] có Kt dao động từ 0,75 đến 0,92; 0,45 đến 0,56; phương pháp [14] có ổn đị ỉ 0,44 đến 0,49 Như vậ ế phương pháp [17] có Kt dao động từ 0,73 đến 0,98 Có thể thấy, thí nghiệm cung cấp hệ số truyền ả thu đượ ợ ế ậ ủ ề ứ ề ệ sóng ổn định, phương pháp [12] [17] có hệ số truyền sóng với biên độ dao động lớn ả đê ngầ ỷ ố , tức độ ngập nhỏ Theo số liệu Bảng 3, nhiều Như đê ngập sâu hiệu sóng nhận thấy giảm độ sâu thấp, ngập, kịch định có chiều caophù sóng hợp tới lớnvới hiệu kết luận tác giả Tiến [10] độ ngập nước đỉnh với hiệu giảm giảm sóngcơng lại giảmtrình (tứctỷ lệớnnghịch hơn) sóng dựa hàng loạt thí nghiệm với đê ngầm đỉnh rộng Một chi tiết cần lưu ý độ sâu Đối với kịch có độ sâu nước 85 cm (Hình 9b), tức tỷ số chiều cao ngập lớn chiều cao sóng tới gần không đến hiệu giảm 0,57 độ sâu ngập óm ảnh mẫu hưởng với độ sâu nước ngayquả trước nhómsóng mẫu - Ngồi ảnh hưởng độ sâu ngập, tăng thấylênyếucm, tố độcảnhám bề pháp mặt đỉnh trình có ảnh ba phương chocơng thấy hiệu giảm sóng giảm đáng kể với hệ số truyền sóng thấy rõ hệ số giảm sóng hưởng đến hiệu giảm sóng, tức lượng sóng bị tiêu tán ma sát với đỉnh cơng trình Hình 9(a) cho thấy hệ số Kt thí nghiệm [17] nói chung nhỏ Kt tính theo [12], chí với trường hợp độ ngập lớn (Hình 9(b)) phản ánh kết tương tự Nguyên nhân công thức [12] khơng đề cập đến độ nhám đỉnh cơng trình, thí nghiệm [12] áp dụng cho thùng chìm có đỉnh nhẵn - Trong điều kiện thí nghiệm sóng độ sâu nước, kết thí nghiệm tính theo [17] cho thấy cấu kiện có hệ số rỗng, nhóm cấu kiện CK1 có cỡ hạt bề mặt đê lớn (tức nhám hơn) nhóm cấu kiện CK2 hiệu giảm sóng nhiều cao (hệ số Kt nhỏ hơn) Ngoài yếu tố độ ngập đỉnh đê, chiều cao sóng tới độ nhám bề mặt đỉnh đê nhận xét trên, rõ ràng để tăng hiệu giảm sóng yếu tố bề rộng đỉnh đê cần quan tâm nghiên cứu khẳng định số nghiên cứu khác [10, 14] 52 Trung, L H., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Kết luận Bài báo trình bày kết nghiên cứu đánh giá khả giảm sóng vật liệu bê tơng rỗng Mơ hình thí nghiệm thiết kế tiến hành nhằm mơ q trình truyền sóng qua cơng trình bảo vệ bờ biển dạng đê ngầm giảm sóng Đê xếp tổ hợp mẫu cấu kiện bê tơng rỗng hình hộp, chia thành 02 nhóm cấu kiện CK1 CK2 có độ rỗng khác 15%, 20% 25%, sử dụng cấp hạt đá khác 5-10, 10-20 20-40 mm Số liệu đo đạc từ thí nghiệm mơ hình vật lý thực máng sóng cho thấy chiều cao sóng có khả giảm từ 21 - 56% qua mẫu cấu kiện Ngồi ra, kết thu từ thí nghiệm so sánh với kết tính tốn theo hai cơng trình nghiên cứu Goda [12] Seabrook & Hall [17] đưa nhận xét quan trọng có ý nghĩa khoa học thực tiễn Các nghiên cứu cần làm sáng tỏ ảnh hưởng hai tham số độ rỗng bề rộng đỉnh đê tới q trình truyền sóng qua vật liệu BTR Kết nghiên cứu bước đầu khẳng định tiềm việc ứng dụng bê tông rỗng xây dựng đê ngầm giảm sóng nói riêng cơng trình biển nói chung Lời cảm ơn Các tác giả xin chân thành cảm ơn Bộ Xây dựng cấp kinh phí cho Đề tài “Nghiên cứu chế tạo bê tơng rỗng có tác dụng giảm sóng bảo vệ bờ đảo, bờ biển”, Mã số RD78-19, thuộc chương trình Nghiên cứu phát triển VLXD phục vụ cơng trình ven biển hải đảo đến năm 2025 theo Quyết định 126/QĐ-TTg ngày 25/1/2019 Tài liệu tham khảo [1] Khoan, P V., Thắng, N N (2010) Tình trạng ăn mịn bê tông cốt thép vùng biển Việt Nam số kinh nghiệm sử dụng chất ức chế ăn mòn canxi nitrít, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, (2):38–43 [2] Neithalath, N., Sumanasooriya, M S., Deo, O (2010) Characterizing pore volume, sizes, and connectivity in pervious concretes for permeability prediction Materials Characterization, 61(8):802–813 [3] Lian, C., Zhuge, Y., Beecham, S (2011) The relationship between porosity and strength for porous concrete Construction and Building Materials, 25(11):4294–4298 [4] Bhutta, M A R., Hasanah, N., Farhayu, N., Hussin, M W., bin Md Tahir, M., Mirza, J (2013) Properties of porous concrete from waste crushed concrete (recycled aggregate) Construction and Building Materials, 47:1243–1248 [5] Sata, V., Wongsa, A., Chindaprasirt, P (2013) Properties of pervious geopolymer concrete using recycled aggregates Construction and Building Materials, 42:33–39 [6] Dong, N V., Hanh, P H., Tuan, N V., Minh, P Q., Phuong, N V (2019) The effect of mineral admixture on the properties of the binder towards using in making pervious concrete Lecture Notes in Civil Engineering, Springer Singapore, 367–372 [7] Chánh, N V (2008) Bê tơng rỗng cho cơng trình thị cơng cộng - Một vật liệu thân thiện với môi trường Hội nghị toàn quốc: vật liệu xây dựng - thiết bị - sử dụng đảm bảo an toàn, thiết bị lượng, thân thiện mơi trường cơng trình xây dựng (05-2008) - Bộ Xây dựng - Hội Vật liệu Xây dựng [8] https://plastics-rubber.basf.com/ [9] Kramer, M., Zanuttigh, B., van der Meer, J W., Vidal, C., Gironella, F X (2005) Laboratory experiments on low-crested breakwaters Coastal Engineering, 52(10-11):867–885 [10] Lamberti, A., Archetti, R., Kramer, M., Paphitis, D., Mosso, C., Risio, M D (2005) European experience of low crested structures for coastal management Coastal Engineering, 52(10-11):841–866 [11] Tiến, N V (2015) Nghiên cứu hiệu đê ngầm đến trình tiêu hao lượng sóng tác động vào bờ biển Việt Nam Luận văn Tiến sỹ kỹ thuật, trường Đại học Thủy lợi 53 Trung, L H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [12] Goda, Y (1969) Re-analysis of laboratory data on wave transmission over breakwaters Rept Port and Harbour Res Inst, 8(3):3–18 [13] Ahrens, J P (1987) Characteristics of reef breakwaters CERC, Vicksburg, Technical report CERC-8717 [14] Pina, G G., de Alarcón, J V F (1991) Experiments on coastal protection submerged breakwaters: a way to look at the results 22nd International Conference on Coastal Engineering, 1592–1605 [15] van der Meer, J M Stability and transmission at low-crested structures Delft Hydraulics Publication 453 [16] van der Meer, J W., Daemen, I F R (1994) Stability and Wave Transmission at Low-Crested RubbleMound Structures Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 120(1):1–19 [17] Seabrook, S R., Hall, K R (2002) Wave transmission at submerged breakwaters Coastal Engineering [18] Trung, L H., Hoàng, N T., Tùng, T T., Thọ, T X (2020) Nghiên cứu phân bố áp lực sóng lên tường biển có mũi hắt sóng mơ hình số mơ hình vật lý Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 14(4V):87–95 [19] Zelt, J A., Skjelbreia, J E (1993) Estimating incident and reflected wave fields using an arbitrary number of wave gauges Coastal Engineering, 777–789 [20] Harris, L E (1996) Wave Attenuation by Rigid and Flexible-Membrane Submerged Breakwaters Doctoral Thesis of Philosophy in Ocean Engineering Florida Atlantic University [21] Armono, H D., Hall, K R (2003) Wave transmission on submerged breakwaters made of hollow hemispherical shape artificial reefs Canadian Coastal Conference, 313–322 54 ... trênđây động giảm (a) Bê bê tông thường b? ?tông tôngthường thường (b) B? ?bê tông rỗng tông rỗng bê tông rỗng ảả sóng, hấpấấthụ ? ?năng lượ ỗỗ ? ?năng lượ sóng của? ??? ?bê tơng rỗng Hình Ngun lý giảm lượng... cứu đánh giá khả giảm sóng vật liệu bê tơng rỗng Mơ hình thí nghiệm thiết kế tiến hành nhằm mơ q trình truyền sóng qua cơng trình bảo vệ bờ biển dạng đê ngầm giảm sóng Đê xếp tổ hợp mẫu cấu kiện. .. cơng trình, thí nghiệm [12] áp dụng cho thùng chìm có đỉnh nhẵn - Trong điều kiện thí nghiệm sóng độ sâu nước, kết thí nghiệm tính theo [17] cho thấy cấu kiện có hệ số rỗng, nhóm cấu kiện CK1 có