Geosyntetyki w inżynierii lądowej
Fot. 1. Drenaż skarpy w pasie drogowym z użyciem geowłókniny. Skarpa została rozczłonkowana na pola geometryczne. W strefach granicznych zostały wykonane technologiczne wykopy, które później wyłożono geowłókniną zabezpieczającą przed przedostawaniem się wody w strukturę skarpy i zasypano kamieniami. Następnie skarpa została pokryta warstwą humusu i obsiana trawą.
Griltex
Geosyntetykami określa się wyroby oparte na tworzywach sztucznych (syntetycznych), stosowane do określonych rozwiązań inżynierskich w geotechnice, inżynierii wodnej i lądowej. Wbudowane na stałe w podłoża gruntowe spełniają w nich różne funkcje wynikające z założeń projektowych, np. poprawiają parametry fizykomechaniczne podłoża budowlanego, wzmacniają stateczność skarp, zmieniają wartości i kierunki filtracji wód gruntowych, tworzą bariery wodoszczelne w gruncie itp.
Zobacz także
budogram.pl Ekonomiczne aspekty zastosowania dachu skośnego na budynku
Nowoczesne budynki mogą być zwieńczone płaskim lub skośnym dachem. Rodzaj zastosowanej szczytowej przegrody wpływa nie tylko na wygląd obiektu, lecz także na koszty budowy i utrzymania.
Nowoczesne budynki mogą być zwieńczone płaskim lub skośnym dachem. Rodzaj zastosowanej szczytowej przegrody wpływa nie tylko na wygląd obiektu, lecz także na koszty budowy i utrzymania.
Bostik Bostik AQUASTOPP – szybkie i efektywne rozwiązanie problemu wilgoci napierającej
Bostik to firma z wieloletnią tradycją, sięgającą 1889 roku, oferująca szeroką gamę produktów chemii budowlanej dla profesjonalistów i majsterkowiczów. Producent słynie z innowacyjnych rozwiązań i wysokiej...
Bostik to firma z wieloletnią tradycją, sięgającą 1889 roku, oferująca szeroką gamę produktów chemii budowlanej dla profesjonalistów i majsterkowiczów. Producent słynie z innowacyjnych rozwiązań i wysokiej jakości preparatów, które znajdują zastosowanie w budownictwie, przemyśle i renowacji.
BREVIS S.C. Czy nawiewniki w oknach są obowiązkowe – najważniejsze Informacje
Potrzeba zapewnienia właściwej wentylacji domu czy mieszkania nie stanowi raczej zaskoczenia dla nikogo. Choć może nie zawsze mamy na uwadze utrzymanie odpowiedniej wilgotności powietrza i dzięki temu...
Potrzeba zapewnienia właściwej wentylacji domu czy mieszkania nie stanowi raczej zaskoczenia dla nikogo. Choć może nie zawsze mamy na uwadze utrzymanie odpowiedniej wilgotności powietrza i dzięki temu uniknięcia negatywnych skutków zbyt dużej wilgotności, to już dyskomfort siedzenia w dusznym i nieprzewietrzonym pomieszczeniu zna każdy. Oprócz wentylacji grawitacyjnej do niedawna odpowiednią cyrkulację powietrza zapewniały nieszczelności w oknach. Jednak rozwój technologiczny i zwiększenie szczelności...
Wyroby geosyntetyczne pojawiły się w latach 50. XX w., wkrótce po wynalezieniu polimerowych tworzyw sztucznych, które stały się surowcem do ich wytwarzania. Zalety nowych materiałów szybko sprawdziły się w warunkach środowiskowych, a dzięki wysokiej wytrzymałości mechanicznej, elastyczności, nieuleganiu korozji biologicznej, wodoodporności, łatwości montażu, odporności na czynniki starzeniowe i wielu innym cechom stały się wręcz niezastąpione w przedsięwzięciach geotechnicznych.
Jedną z pierwszych udokumentowanych realizacji geoinżynierskich z udziałem geosyntetyków stały się przeprowadzone w 1958 r. prace przy wzmacnianiu geotekstyliami nabrzeży na Florydzie. W 1968 r. francuski koncern Rhône-Poulenc wyprodukował pierwsze poliestrowe geowłókniny igłowane, które w 1970 r. z powodzeniem m.in. zastosowano w pracach hydroinżynierskich.
Postęp technologiczny i konkurencja na rynku przyniosły daleko idącą specjalizację w wytwarzaniu takich wyrobów. Współczesne geosyntetyki to zarówno jednowarstwowe płaty, wśród których znajdują się nieprzepuszczalne geomembrany oraz przepuszczalne geosiatki i geotekstylia (geowłókniny, geodzianiny oraz geotkaniny), jak i wielowarstwowe geomaty (w tym geokompozyty – geomaty łączone lub przedzielone z warstwami gruntów mineralnych, np. maty bentonitowe, piaskowe).
W ich zakres wchodzą również geosyntetyki komórkowe, geopiany, gabiony, geofibry, geożele, geosystemy kształtujące krajobraz i inne. Dobierane tworzywa sztuczne oraz struktura pozwalają produkować wyroby o różnym stopniu podatności na odkształcenia użytkowe.
W każdej z grup obecne są podgrupy produktów o właściwych sobie parametrach, które nadają im specjalistyczne funkcje użytkowe. W większości są to gotowe wyroby układane w określonych realizacjach, ale wśród nich są i takie, które wytwarza się in situ (geożele i geopiany, jedno- lub dwuskładnikowe żywice oparte np. na bazie rezorcynu, występujące samodzielnie jako szybkowiążące mieszanki gruntowe zabezpieczające stany awaryjne budowli ziemnych).
Rozwój badań geotechnicznych prowadzących do trafniejszego rozpoznawania gruntów i sposobów poprawy ich własności zaowocował wyodrębnieniem się geosyntetyków jedno-, dwu- i trójkierunkowych przeznaczonych do stabilizacji i wzmocnień ustrojów konstrukcyjnych: 1×D (liniowych), 2×D (na płaszczyźnie) i 3×D (w przestrzeni).
Funkcje geosyntetyków
Optymalny dobór materiałów geosyntetycznych uzależniony jest od lokalnych warunków gruntowych i zamierzonych efektów.
Funkcje, które mogą spełniać te produkty, są następujące:
- separacja – polega na oddzielaniu podłoża gruntowego od warstwy konstrukcyjnej lub oddzielaniu poszczególnych warstw konstrukcyjnych z kruszyw o różnych parametrach;
- filtracja – zapewnia swobodny przepływ wody na granicy warstw gruntu przy zachowaniu nienaruszonej struktury szkieletu gruntowego;
- drenaż – właściwość odprowadzania płynów w płaszczyźnie materiału; wzmocnienie gruntu przez poprawę własności mechanicznych gruntu podłoża, warstw konstrukcyjnych, także stateczności skarp (fot. 1);
- ochrona systemu geotechnicznego – zabezpieczanie innych geosyntetyków przed uszkodzeniem mechanicznym, dodatkowe mocowanie innych geosyntetyków, ale także ochrona przed spadającym rumoszem skalnym czy działaniem fal morskich;
- przeciwerozja – zabezpieczanie gruntów przed powierzchniową erozją wodną (deszczową) i wiatrową, a także przed erozją od wód powierzchniowych i gruntowych;
- uszczelnienie systemu geotechnicznego dzięki stworzeniu bariery nieprzepuszczalnej dla płynów/gazów;
- wzmocnienie nawierzchni drogowych dokonywane przez zbrojenie mas bitumicznych geosyntetykami, ale i przez wzmacnianie podłoża nawierzchni dróg gruntowych;
- zazielenienie – oddziaływanie na rozwój roślinności poprzez stabilizację humusu, wilgoci, nasion lub sadzonek oraz mulczowania (nawożenia) przez rozkład materiałów biodegradowalnych;
- kształtowanie przestrzeni w aranżacjach krajobrazowych przy zastosowaniu geosyntetyków w formie brył przestrzennych.
Przegląd grup geosyntetyków
Do wytwarzania geosyntetyków służą różne tworzywa sztuczne, ale z racji zalet surowcowych najczęściej sięga się po: aramidy, poliamidy, poliestry, polietylen, polipropylen, polistyren, polichlorki winylu, kauczuki syntetyczne epdm. Pozyskiwane do produkcji surowce często pochodzą z recyklingu, co znacząco obniża koszty produkcji.
Geosyntetyki obejmują kilka grup produktów, które umownie klasyfikowane są jako: geowłókniny (geotekstylia), geotkaniny, geosiatki, geokompozyty, geomembrany, systemy komórkowe, pokrycia przeciwerozyjne.
Geowłókniny (geotekstylia)
Są to płaskie geosyntetyki wykonane najczęściej z włókien polipropylenowych lub poliestrowych (ciągłych lub ciętych) o nieuporządkowanej strukturze, łączonych mechanicznie (igłowanych, przeszywanych) lub termicznie (zgrzewanych).
Mogą występować w odmianach filtracyjnych (funkcje filtracji, separacji, przeciwerozyjne) zwiększających wydajność i żywotność systemów drenażowych – chronią je przed zamulaniem oraz grunt przed wypłukiwaniem powodowanym wypływem wód gruntowych.
Są również produkowane w odmianach separacyjno-filtracyjnych (separacja, filtracja, ochrona, drenaż, przeciwerozja, wzmocnienie gruntu), skracających czas konsolidacji i stabilizacji podłoża gruntowego, redukujących lub eliminujących konieczność wymiany gruntu, wzmacniających podłoże gruntowe, przeciwdziałających erodującemu oddziaływaniu wód gruntowych.
Inne odmiany geowłóknin to: dwuwarstwowe (separacja, filtracja, drenaż, ochrona), chroniące podłoża gruntowe obiektów hydrotechnicznych przed erozją spowodowaną wymywaniem gruntu (fot. 2); ochronne (ochrona, separacja, drenaż), chroniące geomembrany przed uszkodzeniami mechanicznymi, separujące warstwy konstrukcji chroniących lub uszczelniających grunt, odprowadzające wody lub odcieki w płaszczyźnie materiału; a także drogowe do nawierzchni bitumicznych (uszczelnienie, wzmocnienie nawierzchni drogowych), gdzie rozpraszają naprężenia występujące pomiędzy warstwami konstrukcyjnymi nawierzchni oraz uszczelniają połączenia między warstwami konstrukcyjnymi przeciw przenikaniu wody i powietrza, a dzięki temu przedłużają żywotność nawierzchni bitumicznych.
Geotkaniny
To płaskie geosyntetyki wykonane najczęściej z włókien albo tasiemek polipropylenowych lub poliestrowych, którym nadaje się na krosnach tkackich uporządkowaną, zwartą strukturę „wątek-osnowa”. W zależności od rodzaju konstrukcji, w której grunt wymaga wzmocnienia, stosowane są geotkaniny o dominującej wytrzymałości w jednym kierunku (np. „jednokierunkowe” do wzmocnienia zbrojenia skarp), ewentualnie o zbliżonych wytrzymałościach dla kierunków wątku i osnowy (np. „dwukierunkowe” do wzmocnienia podłoża gruntowego w drogownictwie).
Zwykle spotykane są w odmianach: separacyjno-wzmacniających (separacja, wzmocnienie), skracających czas konsolidacji i stabilizacji podłoża gruntowego, wzmacniającego grunt, minimalizującego lub eliminującego konieczność wymiany gruntu, a także wzmacniających (separacja, wzmocnienie gruntu), zwiększających stateczność skarp – geotkaniny jednokierunkowe – czy wzmacniających podłoże gruntowe – geotkaniny dwukierunkowe.
Geosiatki
Są to płaskie geosyntetyki o prostopadłym układzie pasm tworzących oczka umożliwiające współpracę siatki z gruboziarnistym kruszywem kamiennym na zasadzie „zazębienia”. Wytwarzane są zwykle z polipropylenu, polietylenu, poliestru, włókna szklanego, bazaltowego lub węglowego i mogą mieć postać przeplatanych włókien/pasm (o elastycznych węzłach), zgrzewanych na węzłach (sztywne węzły) lub mieć strukturę jednorodnego rusztu powstałego wskutek ekstruzji odpowiednio wyciętej folii (sztywne węzły – georuszty). Najczęściej obecne są jako geosiatki: jednokierunkowe (wzmacniające podłoża gruntowe bądź zwiększające stateczność skarp), dwukierunkowe (wzmacniające grunt podłoża), a także służące do wzmacniania nawierzchni bitumicznych (rozpraszające naprężenia występujące pomiędzy warstwami konstrukcyjnymi nawierzchni oraz zwiększające żywotność i trwałość nawierzchni bitumicznych).
Geokompozyty
Ten rodzaj produktów to geosyntetyki konstruowane jako połączenie dwóch lub więcej materiałów o cechach dostosowanych do spełnienia określonych wymogów w celu uzyskania maksymalnego efektu w zakresie funkcjonalnym kompozytu. W zależności od dominujących funkcji geokompozyty mogą być kombinacją geosiatek, geomat, geotkanin lub geomembran z geowłókninami (ewentualnie innymi geosyntetykami). Do tej grupy należą również geowłókniny wzmacniane przez przeszycie ich włóknami z innego materiału niż surowiec, z którego wykonana jest geowłóknina. Ich odmianami są: geokompozyty wzmacniające, w tym geowłókniny wzmacniane (filtrujące, drenujące i separujące) do wzmocnień podłoża gruntowego i zwiększania stateczności skarp (fot. 1), drenażowe (filtrujące, drenujące i separujące) do ochrony podziemnych części budowli przed napływem wód gruntowych, odprowadzania nadmiaru wody lub/i gazów w płaszczyźnie geokompozytu oraz zastępujące filtry z kruszyw, drenażowo-uszczelniające (filtrujące, drenujące, separujące i uszczelniające), oprócz wspomnianych wyżej funkcji hydroizolujące również drenowane powierzchnie (fot. 4), a także do wzmacniania nawierzchni bitumicznych (uszczelnianie i wzmacnianie nawierzchni drogowych) i rozpraszania przy tym naprężeń występujących pomiędzy warstwami konstrukcyjnymi nawierzchni oraz zwiększania żywotności i trwałości nawierzchni bitumicznych. W tej grupie są również ujęte maty bentonitowe (uszczelniająco-separujące), stanowiące bariery nieprzepuszczalne dla płynów/gazów oraz zabezpieczające przed napływem/odpływem płynów/gazów do/z powierzchni uszczelnianych (w takich matach rdzeń z bentonitu sodowego ujęty jest od spodu warstwą geowłókniny, a od góry – geotkaniny) oraz maty przestrzenne z włókien syntetycznych wzmacniane siatką, pełniące funkcje przeciwerozyjne i poprawiające warunki wegetacji roślin (zazielenienia), stosowane np. jako ochrona przeciwerozyjna na skarpach o nachyleniu powodującym zwiększoną prędkość spływu wody, gdzie oddziaływanie samej roślinności mogłoby być niewystarczające.
Geomembrany
Są to syntetyczne powłoki, przesłony (folie) o bardzo niskiej przepuszczalności, wytwarzane z polimerów, polimerów wzmacnianych warstwą tkaniny lub powłok służących do wykonywania przesłon hydroizolacyjnych i gazoszczelnych w środowisku gruntowym (fot. 3 i 6). Ich powierzchnie mogą być gładkie, jedno- lub dwustronnie bieżnikowane, wytłaczane, zbrojone (elementy kotwiące do gruntu, jak kolce, stożki, widełki, wykonane z tego samego materiału co geomembrany). Klasyfikowane są ze względu na materiał, z którego zostały wykonane, i strukturę powierzchni. Wskazuje się więc m.in. geomembrany tworzące nieprzepuszczalne bariery dla płynów i gazów oraz zabezpieczające przed napływem/odpływem płynów/gazów do/z powierzchni uszczelnianej: płaskie PEHD (uszczelniająco-separujące), wytłaczane PEHD (uszczelniająco-separująco- drenujące), dodatkowo tworzące warstwę drenującą (kompozyty z włókniną), płaskie PVC (uszczelniająco-separujące – fot. 5), a także płaskie EPDM (uszczelniająco-separujące).
Systemy komórkowe
Przestrzenne geosyntetyki o strukturze komórkowej wykonane są najczęściej z HDPE stabilizowanego przeciwko promieniom UV. Zwykle występują w postaci paneli modułowych w formie sztywnych krat łączonych ze sobą za pomocą zamków o właściwościach przeciwerozyjnych, wzmacniających skarpy rowów, poboczy dróg i nawierzchni drogowych, chroniących także nawierzchnie trawiastych parkingów i podjazdów. Mogą również występować w postaci geokrat – taśm łączonych punktowo poprzez zgrzewanie, które po rozciągnięciu i ułożeniu w miejscu wbudowania przypominają wyglądem plaster miodu. Główne cele ich zastosowania to stabilizacja i wzmacnianie gruntów, wzmacnianie nawierzchni drogowych, przeciwerozja.
Pokrycia przeciwerozyjne
Jest to grupa przestrzennych geosyntetyków o strukturze komórkowej, wykonanych najczęściej z HDPE stabilizowanego przeciwko promieniom UV. Zwykle występują w postaci mat przestrzennych z włókien syntetycznych produkowanych w formie sztywnych krat łączonych ze sobą za pomocą zamków o właściwościach przeciwerozyjnych, a ich zadaniem jest wzmacnianie skarp rowów, poboczy dróg i nawierzchni drogowych oraz ochrona nawierzchni trawiastych parkingów i podjazdów. Są także dostępne w postaci geokrat (fot. 1 i 2) – łączonych punktowo przez zgrzewanie taśm, które po rozciągnięciu i ułożeniu w miejscu wbudowania przypominają plaster miodu. Głównym celem ich zastosowania jest stabilizacja i wzmacnianie gruntów, wzmacnianie nawierzchni drogowych, przeciwerozja. Obecna jest tu także grupa pokryć przeciwerozyjnych o ograniczonej żywotności (ulegających biodegradacji), stanowiących kompozycje z mat/siatek syntetycznych i naturalnych, biowłóknin, mat z rozwiniętą roślinnością, nasionami itp., walców gabionowych z siatki polipropylenowej, bioinżynieryjnych systemów przeciwerozyjnych (w tym faszyn).
Zakres zastosowań
Stosowanie geosyntetyków w budownictwie ziemnym upraszcza technologie robót, a jednocześnie skraca czas realizacji inwestycji. Najistotniejszą zaletą ich zastosowania jest zwiększenie trwałości konstrukcji inżynierskich (np. dróg, parkingów, skarp nasypów i wykopów, brzegów rzek i potoków) oraz skuteczność funkcji, w których zostały użyte (np. separacji i drenaży). Dociekliwi obserwatorzy doliczyli się blisko dwustu zastosowań geosyntetyków, przede wszystkim w inżynierii lądowej, wodnej, drogowej oraz ochrony środowiska (chociaż niektóre produkty geosyntetyczne znajdują różnorodne zastosowanie także np. w rolnictwie). Służą np. w drogownictwie jako elementy wzmacniające podbudowy konstrukcji autostrad, lotnisk, parkingów, ich bitumicznych nawierzchni, w systemach umocnień skarp, nasypów, torowisk kolejowych, przy umocnieniach brzegów akwenów wodnych naturalnych i sztucznych, przyczółków mostów i wiaduktów. Wykorzystuje się je także w budowie sztucznych kanałów wodnych, do wzmacniania wysokich i stromych ścian ziemnych w celu ochrony przed ich obsuwaniem się, przy budowie wysypisk śmieci i składowisk substancji toksycznych itp. W krajach wysoko rozwiniętych geosyntetyki w praktykach inżynierskich mają już ponad 30-letnią tradycję. W Polsce geosyntetyki wciąż stanowią nowość, niemniej jednak powoli zdobywają popularność. Trudność w ich rozpowszechnianiu wynika po części z braku odpowiedniego przygotowania projektantów i wykonawców, ale i tutaj widoczny jest postęp. Za szerszym wprowadzeniem geosyntetyków w inżynierii i ochronie środowiska przemawiają także korzyści ekonomiczne i aspekty ekologiczne. Te ostatnie wynikają ze zmniejszenia zakresu stosowania sypkich materiałów mineralnych, jakimi są piaski i żwiry, oraz z ograniczenia wydobywania tych już deficytowych nieodnawialnych zasobów naturalnych do celów, które można osiągnąć dzięki zastosowaniu np. geotekstyliów. Istotną cechą geosyntetyków jest ich nietoksyczność oraz w zależności od rodzaju materiału biodegradowalność lub niebiodegradowalność w środowisku gruntowo-wodnym.