Obecnie, geosyntetyki można podzielić na kilka głównych grup: geotkaniny, geowłókniny, geosiatki, geomaty, geokraty, geomembrany oraz geokompozyty. Każdy produkt pełni w konstrukcji niepowtarzalną funkcję, stając się integralną częścią całego systemu. Ze względu na szerokie zastosowanie wyrobów geosyntetycznych artykuł ten będzie poświęcony tylko grupie materiałów geotekstylnych.
W budownictwie geotekstylia pełnią funkcję separacyjną, filtracyjną oraz ochronną. Czasami mogą pełnić również funkcję stabilizacyjną, wzmacniającą, drenażową lub antyerozyjną. Właściwości geotekstylii, które określają sposób ich wykorzystania w konstrukcji są przede wszystkie zależne od rodzaju materiału, jakości użytego surowca oraz od technologii produkcji. Jaki produkt wybrać do żądanej funkcji?
Geotekstylia i ich zastosowanie w budownictwie
Geotekstylia są produktami budowlanymi, ich cel polega na jak najdłuższym i jak najlepszym spełnianiu swoich funkcji. Początki ich stosowań sięgają lat 70-tych, kiedy to geotekstylia zaczęto używać do budowy podziemnych komunikacji. Z biegiem czasu geosyntetyki stały się masywnie używane w wielu budowach zarówno w sektorze drogowym, publicznym, wodnym jak i w prywatnym mieszkaniowym.
W budownictwie, geotekstylia pełnią głównie funkcję separacyjną, filtracyjną i ochronną. Do ich drugorzędnych funkcji można zaliczyć funkcję stabilizacyjną, wzmacniającą, drenażową lub antyerozyjną. Właściwości geotekstylii są przede wszystkim zależne od rodzaju materiału, jakości użytego surowca do produkcji oraz od jej technologii.
Typy geotekstylii
Rodzaj i jakość użytego surowca przyczynia się głównie do odporności chemicznej oraz biologicznej produktu. Z ekonomicznego punktu widzenia (cena surowca) w budownictwie używa się geotekstylii wyprodukowanych z poliestrowych lub polimerowych włókien, gdyż dają one najlepszy stosunek jakości do ceny. Ze względu na coraz większy nacisk na aspekt ekologiczny, produkty wykonane w 100% z naturalnych włókien (ekotekstylia) lub z mieszaniny surowców wtórnych są coraz popularniejsze. Niemniej jednak, nie osiągają one wymaganych właściwości mechanicznych lub hydraulicznych, a ich zastosowanie jest w znacznym stopniu ograniczone.
Zgodnie z International Geosynthetics Society rozróżniamy trzy główne rodzaje geotekstylii:
- geotkaniny – składają się z dwóch rzędów równoległych nici (przędz) wplecionych pod kątem prostym do tkaniny w celu utworzenia regularnego systemu
- geowłókniny – składają się z włókien o nieregularnej strukturze, wzmocnionych mechanicznie, chemicznie lub fizycznie
- plecione geotekstylia – składają się z przerywanych, połączonych ze sobą przędzy
Należy pamiętać, że każdy typ geotekstylii ma ze względu na technologię produkcji, różne mechaniczne i hydrauliczne właściwości. Z tego powodu, konieczne jest dokładne zdefiniowanie wszystkich warunków i wymagań konstrukcji w taki sposób, aby dobrać odpowiedni typ geowłókniny, który będzie spełniał swoją funkcję w odniesieniu do zadeklarowanej żywotności konstrukcji, niezawodności i bezpieczeństwa.
Najczęstszą funkcję, jaką geotekstylia pełnią w ziemnych konstrukcjach jest oddzielenie warstw o różnych właściwościach. W skarpie konieczne jest określenie maksymalnej wielkości ziarna, jego kształtu oraz technologii sypania materiału i sztywności podłoża. W zależności od maksymalnej wielkości ziarna gruntu zasypowego, jedną z najważniejszych cech, jakie należy określić, jest mechaniczny wskaźnik nośności gruntu, dlatego zaleca się przestrzegania następujących wartości:
| Wielkość ziarna | Min CBR |
|---|---|
≤ 16 mm | 2 000 N |
≤ 32 mm | 4 000 N |
≤ 63 mm | 6 000 N |
≤ 125 | 8 000 N |
> 125 mm | 10 000 N |
Oprócz wymagania na wartość wskaźnika nośności gruntu, należy spełnić warunek na minimalną przepuszczalność wynoszącą 15 l/m2s w kierunku prostopadłym. Do spełnienia separacyjnej funkcji należy użyć geotkanin jak i geowłóknin.
Oprócz separacyjnej funkcji, materiał musi być zdolny umożliwić bezpieczny przepływ wody w taki sposób, aby nie dochodziło do nadmiernego zwiększenia ciśnienia wody w porach i jednoczesnego transportu drobnych cząsteczek gruntu. Wymagania te są zazwyczaj oceniane jednocześnie.
Z punku widzenia funkcji separacyjnej, najlepszym materiałem są geotkaniny, które umożliwiają powstanie tzn. gruntowego filtru. Filtr ten powstaje na styku gruntu i geomateriału tworząc strukturę, która działa jako naturalna bariera dla mniejszych ziaren. W takim systemie woda może przenikać przez materiał z bardzo małym prawdopodobieństwem zapychania. Z drugiej jednak strony, małe odstępy w materiale spowalniają szybkość wody w warstwie gruntu i powodują osadzanie drobnych cząsteczek (szlamu) na powierzchni geowłókniny. Do zapewniania filtracyjnej funkcji, geomateriał musi spełniać normę TP 97 (kryterium przepuszczalności, kryterium retencji i zapobiegania zapychania).
Dla skarpy, gdzie należy zapewnić funkcję ochronną, konieczne jest określenie przede wszystkim stabilności konstrukcji, parametrów gruntu, technologii zasypywania oraz zdolności geotekstylii do absorbowania efektów związanych z zasypowym gruntem. Z tych powodów najodpowiedniejszym materiałem są geowłókniny, które ze względu na technologię i większe grubości mają wyraźnie lepszy absorbcyjny potencjał.
Do funkcji stabilizacyjnych, oferujemy geotekstylia odpowiednie dla bardzo miękkich podłoży Edef 2-5 Mpa. W tych aplikacjach geotekstylia działają pod obciążeniem jako membrany rozciągliwe. W przypadku powstania pionowych sił, materiał ten deformuje się, co w przypadku stałych konstrukcji jest niedopuszczalne. Z tego powodu, produkty te stosuje się w konstrukcjach tymczasowych, na miękkich podłożach, które umożliwiają powstanie efektu membrany. Do mechanicznej stabilizacji proponuje się stosować monolityczne geosiatki, które wykazują najwyższą stabilność.
Drenażową funkcję mogą częściowo pełnić geowłókniny o dużych grubościach. Są to jednak ich drugorzędne funkcje. Ze względu na małą przepuszczalność w płaszczyźnie geosyntetyku, która często spada wraz z ich naciskiem, oraz z powodu małych prędkości przepływu, geowłókniny stopniowo się zatykają, co prowadzi do obniżenia ich drenażowych właściwości. Geowłókniny pełniące funkcję drenażową używane są tylko do prostych, mało wymagających aplikacji i wyłącznie w połączeniu z piaskiem i kruszywem. W najbardziej wymagających aplikacjach, należy użyć drenażowego geokompozytu, który osiąga wyższe przepuszczalności w swojej płaszczyźnie niż geowłókniny.
Stosowanie geotekstylii jako wzmacniających elementów jest prawidłowe w konstrukcjach stromych skarp. W projektowaniu najczęściej używa się geotkanin poliestrowych lub polipropylenowych. Ważnym aspektem prawidłowo wykonanego wzmocnienia skarpy jest oprócz żywotności materiału ich wytrzymałość na rozciąganie, gdzie próbne testy pokazują znaczny wzrost deformacji już przy małych siłach. Ten warunek często prowadzi do niekontrolowanego uszkodzenia konstrukcji, co wpływa nie tylko na estetykę, ale również na jej bezpieczeństwo.
Poniższy diagram przedstawia zależność między wydłużeniem geotekstylii a naprężeniem. Materiały te wykazują bardzo niską początkową sztywność przy niskich naprężeniach. W obrębie małych deformacji (do 5%) w początkowej fazie dochodzi do wzrostu deformacji przy niezmiennym naprężeniu. W kolejnej fazie odkształcenia są już mniej więcej proporcjonalne do wzrostu naprężenia.
Konieczne jest określenie wytrzymałości z uwzględnieniem współczynników redukcyjnych (uszkodzenie materiału podczas instalacji, pełzanie, chemiczna i biologiczna odporność) jak i określenie wytrzymałości wyrobu w obrębie niskich deformacji np. dla 0,5 %, 1 % i 2 %.
W celu określenie minimalnej wytrzymałości zalecamy posłużenie się poniższym diagramem, gdzie przy sile odpowiadającej wybranemu odkształceniu przyjmujemy maksimum 10% rozbieżności względem liniowego przebiegu testu:
Tε=X ≥ (0,9 x ε x Tmax)/ εmax, kde
Tε ... wytrzymałość dla x% wydłużenia [kN/m]
ε ... x% zgodnie z ČSN EN ISO 10319 [%]
Tmax ... maksymalna wytrzymałość na rozciąganie według ČSN EN ISO 10319 [kN/m]
εmax ... maksymalne wydłużenie według ČSN EN ISO 10319 [%]
Podsumowanie
Projekt wzmocnienia skarpy materiałami geosyntetycznymi podlega takim samym zasadom jak i inne projekty. Konieczne jest dokładne określenie ich funkcji, warunków gruntowych i wielu innych aspektów (żywotność konstrukcji, sposób instalacji itp.).
Warunkiem koniecznym do wykonania prawidłowo inwestycji i uzyskania porządanych parametrów całej konstrukcji jest przestrzeganie zasad technologii oraz montażu.