Przegląd i charakterystyka wyrobów geosyntetycznych.
Przegląd i charakterystyka wyrobów geosyntetycznych
Geosyntetyki stanowią bardzo liczną grupę wyrobów o różnej budowie, właściwościach i przeznaczeniu. Głównym jej składnikiem są geotekstylia i wyroby pokrewne. Wyrób geotekstylny to przepuszczalny materiał polimerowy wytwarzany techniką tkacką, włókninową lub dziewiarską. Należy zwrócić uwagę na spotykane błędne określanie wszystkich geotekstyliów terminem geowłókniny.
Wyróżnia się następujące rodzaje wyrobów geotekstylnych:
– geotkaniny – wytwarzane przez przeplatanie dwóch lub więcej układów przędz, włókien, filamentów, taśm lub innych elementów;
– geowłókniny – wytwarzane w postaci gotowego runa włókien o uporządkowanej lub przypadkowej orientacji, połączonych siłami tarcia i/lub kohezji i/lub adhezji (włókniny igłowane, przeszywane, łączone termicznie, chemicznie itp.);
– geodzianiny – wytwarzane przez przeplatanie pętli jednej lub więcej przędz, włókien, filamentów lub innych elementów – praktycznie niestosowane w Polsce;
– georuszty, ang. geogrids (w Polsce często nazywane geosiatkami) – płaskie struktury zawierające regularną, otwartą siatkę wewnętrznie połączonych elementów wytrzymałych na rozciąganie;
– geosiatki (geosieci), ang. geonets – płaskie struktury, których otwory są znacznie większe niż elementy składowe i w których oczka są połączone węzłami;
– geokompozyty – materiały złożone, mające w swym składzie co najmniej jeden wyrób geotekstylny lub pokrewny, grupa ta obejmuje bardzo zróżnicowane wyroby, połączone z różnymi materiałami polimerowymi, mineralnymi lub innymi (np. metalowymi);
– inne geotekstylne wyroby pokrewne– różne przepuszczalne polimerowe materiały konstrukcyjne, które mogą mieć postać arkusza, taśmy lub struktury przestrzennej; jest to grupa bardzo różnorodnych wyrobów, trudnych do ogólnego zdefiniowania, do których stosuje się metody wytwarzania, kontroli i badań, typowe dla wyrobów geotekstylnych.
Fot. 1. Przykład zabezpieczenia skarpy przed erozją powierzchniową materiałami geosyntetycznymi
Głównymi surowcami do wyrobu geotekstyliów są polipropylen PP, poliester PES, PET i polietylen wysokiej gęstości PEHD, w mniejszym zakresie polichlorek winylu PCV, polietylen PE, poliamidy PA i inne, a także specjalne tworzywa o dużej sztywności na rozciąganie, małym pełzaniu i dobrej odporności chemicznej, jak poliwinyloalkohol PVA i aramid A. Jako powłoki osłaniające, czasami stabilizujące strukturę wyrobu, stosuje się polichlorek winylu PCV, polietylen PE, żywice akrylowe i bitumy.
Do wyrobu biomat lub biowłóknin degradowalnych (ulegających z czasem całkowitemu rozkładowi) używane są materiały roślinne: len, bawełna, juta lub włókno kokosowe.
Geokompozyty stosowane w budowlach ziemnych są złożone z materiałów geotekstylnych (np. geosiatka lub georuszt zespolony z włókniną), a także dodatków mineralnych (piasku, iłu, bentonitu itp.).
Do wyrobów pokrewnych należą też tzw. siatki lub maty komórkowe – wyroby o otwartej strukturze z połączonych taśm, tworzących „komórki” czworo- lub sześciokątne („plaster miodu”), wypełniane po ułożeniu zasypką (gruntem lub kruszywem).
Fot. 2. Wykonanie drenu kamiennego w otoczce z geowłókniny w pasie rozdziału drogi krajowej
Do grupy geosyntetyków należą także geomembrany – specjalne wyroby nieprzepuszczalne lub o bardzo małej przepuszczalności, cienkie i giętkie, stosowane jako wodoszczelne przepony do izolowania cieczy, ciał stałych lub gazów. Mają one postać arkuszy lub taśm z tworzywa sztucznego, najczęściej HDPE lub PP. Geomembrany stosowane w drogownictwie do uszczelnień mają zwykle grubość co najmniej 1–1,5 mm.
Zastosowania wyrobów geosyntetycznych
Spośród wielu funkcji geotekstyliów w budowlach ziemnych podstawowe znaczenie mają:
– rozdzielanie (separacja) – zapobieganie mieszaniu się sąsiadujących gruntów lub kruszyw (bez utrudniania przepływu wody);
– filtrowanie – zatrzymywanie gruntu i innych cząstek poddanych ciśnieniu spływowemu na kontakcie z gruntem, przy zachowaniu przepływu cieczy (filtr odwrotny);
– drenaż– zbieranie wód opadowych, gruntowych i innych cieczy oraz gazów, przy umożliwianiu ich przepływu w płaszczyźnie wyrobu geotekstylnego (np. maty drenującej);
– wzmocnienie, zbrojenie– wykorzystanie właściwości geotekstyliów przy rozciąganiu (wytrzymałości, sztywności) do poprawienia właściwości mechanicznych warstwy gruntu;
– ochrona – ograniczanie lub zapobieganie za pomocą wyrobu geotekstylnego miejscowym uszkodzeniom systemu geotechnicznego, np. erozji powierzchni gruntu, przebiciu geomembran, przewodów rurowych lub instalacji.
Fot. 3. Stroma skarpa nasypu drogowego zbrojona geotkaniną poliestrową
W budowlach ziemnych wyroby geotekstylne mają też inne zastosowania:
– pojemniki (geoworki różnej wielkości, walce – ang. geotubes, o średnicy do 2–3 m i długości do 15 m), zapewniające uzyskanie określonej formy geometrycznej przez wypełnienie gruntem niespoistym, kruszywem kamiennym lub betonem, służące głównie do formowania konstrukcji zapobiegających erozji przez wody bieżące, fale morskie itp.;
– gabiony – kosze wypełniane materiałem kamiennym;
– maty drenujące z ażurowym plastykowym rdzeniem ułatwiającym przepływ wody, osłoniętym z jednej lub z obu stron filtrem z włókniny albo filtrem z włókniny po jednej stronie, a folią uszczelniającą po drugiej, służą do odprowadzania wody, np. z zasypki za ścianami oporowymi;
– dreny taśmowe złożone z przestrzennego rdzenia w osłonie z włókniny, używane do wgłębnego odwadniania podłoża.
Geosyntetyki najczęściej są stosowane do rozdzielania i filtrowania, przy czym często pełnią one równocześnie funkcję wzmocnienia. Inne funkcje, jak ochrona geomembran lub instalacji, a także opakowania (pojemniki geotekstylne – geoworki, kosze), maty drenujące itp. mają znacznie mniejszy zakres użycia. Oprócz zastosowań ściśle geotechnicznych włókniny impregnowane bitumem oraz specjalne odmiany siatek są używane w nawierzchniach asfaltowych.
Wielokrotnie geosyntetyki spełniają równocześnie kilka funkcji. Na przyklad geowłóknina zastosowana jako warstwa rozdzielająca grunt nasypu od słabego podłoża spoistego stanowi też filtr zatrzymujący drobne cząstki gruntu oraz pewne wzmocnienie podstawy nasypu, szczególnie w początkowej fazie budowy, a w specjalnych przypadkach także może pełnić funkcję warstwy drenującej, ułatwiającej odpływ wody wzdłuż płaszczyzny materiału.
Fot. 4. Wzmocnienie podbudowy drogi na szkodach górniczych geosiatką poliestrową
Właściwości geosyntetyków
Wyroby geotekstylne charakteryzują m.in. następujące grupy właściwości:
– cechy geometryczne,
– masa powierzchniowa,
– właściwości fizyczno-mechaniczne,
– odporność na uszkodzenia mechaniczne podczas wbudowania i w czasie eksploatacji (np. pod obciążeniami cyklicznymi lub dynamicznymi),
– właściwości hydrauliczne,
– współczynnik tarcia, przyczepność,
– odporność fizyczno-chemiczna i biologiczna.
Fot. 5. Zbrojenie podstawy nasypu drogi dojazdowej do mostu geosiatką poliestrową
Wymagane właściwości geotekstyliów w zależności od ich funkcji podano np. w PN-EN 13249. Norma ta porządkuje sprawę wymaganych właściwości, dotychczas spotykało się bowiem specyfikacje projektowe zawierające w wymaganiach jedynie masę powierzchniową lub specyfikacje bardzo rozbudowane i szczegółowe, które między innymi ograniczały konkurencję między dostawcami wyrobów. Wynika z niej, że:
– dla funkcji rozdzielania wyrób geosyntetyczny powinien mieć zdefiniowane co najmniej następujące parametry: wytrzymałość na rozciąganie, odporność na przebicie statyczne CBR i trwałość;
– dla funkcji filtrowania: wytrzymałość na rozciąganie, przebicie dynamiczne, charakterystyczny wymiar porów, wodoprzepuszczalność w kierunku prostopadłym do powierzchni i trwałość;
– dla funkcji zbrojenia: wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie przy maksymalnym obciążeniu, odporność na przebicie statyczne CBR, przebicie dynamiczne, trwałość oraz wpływ pełzania w zastosowaniach długotrwałych;
– dla funkcji filtrowania i drenażu: wytrzymałość na rozciąganie, przebicie dynamiczne, charakterystyczny wymiar porów, wodoprzepuszczalność w kierunku prostopadłym do powierzchni, zdolność przepływu wody w płaszczyźnie materiału i trwałość;
– dla funkcji ochrony: wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie przy maksymalnym obciążeniu, odporność na przebicie statyczne CBR, przebicie dynamiczne i trwałość.
W uzasadnionych przypadkach projektant może wymagać spełnienia przez wyrób geosyntetyczny dodatkowych wymagań.
mgr inż. Piotr Rychlewski
Instytut Badawczy Dróg i Mostów
