Awarie i uszkodzenia konstrukcji nasypów drogowych, skarp i wykopów oraz zboczy naturalnych z wbudowanymi geosyntetykami w aspekcie błędów projektowych i wykonawczych.

Szacunkowo można przyjąć, że produkcja krajowa geosyntetyków wraz z importem z Niemiec, Holandii, Wielkiej Brytanii itd. to około 5 mln m2 rocznie. Do tego, co roku przemysł  wytwarza kilka nowych wyrobów niejednokrotnie o bardzo specyficznych zastosowaniach i właściwościach. Wszystko to wymaga opracowania niekonwencjonalnych metod badań, projektowania i wykonawstwa robót. Większość technologii z zastosowaniem geosyntetyków  stale się rozwija. Powoduje to, że normalizacja i inne przepisy „nie nadążają” za praktyką. Przedstawione w ramach poprzednich szkoleń dotyczących zasad projektowania konstrukcji budowlanych oraz kryteriów doboru geosyntetyków, zastosowania norm krajowych i zagranicznych, metod i sposobów obliczania oraz wytycznych i instrukcji stosowania tych materiałów pokazuje jak ważnym elementem jest odpowiednio zaprojektowany lub dobrany materiał zbrojący, separujący lub filtrujący. Wzorem innych krajów posiadających szeroko skodyfikowane konstruowanie i obliczanie obiektów z geosyntetykami, pojawił się projekt normy europejskiej pr EN 14475 „Grunt zbrojony”. Norma ta uwzględnia zbrojenie stalowe, geosyntetykami, włóknem szklanym i inne. Przedstawione w niej zasady wykonania budowli ze zbrojeniem rozmieszczonym poziomo, pomiędzy warstwami układanego gruntu, dotyczą :

konstrukcji oporowych ( pionowych lub pochylonych, stożków przyczółków mostowych itd.) z systemem osłon utrzymujących grunt pomiędzy warstwami wprowadzonego zbrojenia, stromych skarp ( do 700) z osłoną z zawiniętych geosyntetyków lub płaszczyznowych osłon przeciwerozyjnych, odbudowy osuwisk skarp, nasypów zbrojonych płaszczyznowo w podstawie lub w górnej części.

Nawiasem mówiąc obszerny Eurokod 7-1 poświęca tym zagadnieniom p. 5.5 liczący 18 wierszy, a „Wytyczne wzmacniania podłoża gruntowego w budownictwie drogowym ” z 2002 r. na 124 strony jedynie 16 i to w sposób ogólny.

 

1. Trwałość geosyntetyków

Główną wątpliwością przy stosowaniu geosyntetyków jest ich trwałość. Dotychczasowe doświadczenia z praktyki dotyczą okresu 30 – 40 lat, a czas pracy tych materiałów szczególnie w konstrukcjach związanych z ochroną środowiska ( wysypiska, składowiska i mogielniki ) – to setki lat.

Rys.1. Wykres wytrzymałości geosyntetyków w układzie z podziałem funkcji 

 

Rys. 2. Krzywe pełzania polimerów [10]

Na tych rysunkach widać, że materiały aramidowe są z nich najlepsze , nie podlegają pełzaniu w takim zakresie jak inne. Ale jak to zwykle bywa w naturze, nie ma nic za darmo. Wadą tkanin z włókien aramidowych jest mała sprężystość oraz mała odporność na wysoką temperaturę i promienie UV. Zasadnicze znaczenie ma trwałość w przypadku zastosowań długoterminowych w odniesieniu do :

wytrzymałości i odkształcalności – zbrojenia masywów gruntowych ( konstrukcji oporowych, stromych skarp ), których bezpieczeństwo musi zostać zapewnione przez wytrzymałość geosyntetyków, a także wzmacniania podłoża nawierzchni, wodoprzepuszczalności filtrów w systemach odwadniających.

W takich zastosowaniach wymagane są specjalne badania i przyjmowanie odpowiednio zredukowanych parametrów, uwzględniając zmiany właściwości wyrobów w czasie eksploatacji. Sposób oceny trwałości został ujęty w normie PN-EN 13249:2002. Poniżej przedstawiono dwa uproszczone kryteria oceny trwałości.

Geotekstylia zastosowane w gruntach naturalnych o pH między 4 i 9, temperaturze   < 25oC i nie pełniące funkcji zbrojenia oraz wykonane z poliestru, polietylenu, polipropylenu, poliamidu 6 lub poliamidu 6.6 i nie zawierające surowców wtórnych mogą być uważane za zachowujące dostateczną trwałość co najmniej przez pięć lat. Geosyntetyki zastosowane w gruntach naturalnych o pH między 4 i 9, temperaturze <250C  i wykonane z poliestru, polietylenu, polipropylenu, poliamidu 6 lub poliamidu 6.6, i nie zawierające surowców wtórnych mogą być uważane za zachowujące dostateczną trwałość co najmniej przez dwadzieścia pięć lat, pod warunkiem że pomyślnie przeszły badania: odporności na hydrolizę ( poliester, poliamid 6, poliamid 6.6. ) i odporności na utlenianie   ( polipropylen, polietylen, poliamid 6, poliamid 6.6. ).

 

Analizując właściwości fizyko – mechaniczne polimerów można wskazać na następujące zagadnienia ich użytkowania :

rozszerzalność termiczna i skurcz ( współczynnik rozszerzalności termicznej geosyntetyków jest o 2-3 rzędy wielkości większy niż betonu ), ogień – temperatura topnienia dla :  HDPE – 130 0 PP - 165 0 PET - 260 0 PA - 250 0 zagrożenie przy łączeniu – przepalanie spoin, rozdzieranie, nadmierne dziurawienie itp., promieniowanie słoneczne ( UV ).

Wyboru rodzaju i gatunku materiału należy dokonywać w zależności od jego przeznaczenia ( rodzaju zastosowania ) oraz wymaganych właściwości mechanicznych, parametrów hydraulicznych, odporności na uszkodzenia podczas wbudowania, odporności na czynniki klimatyczne ( atmosferyczne ), chemiczne itp. Właściwy wybór jest sprawą skomplikowaną. W wielu krajach dąży się do uproszczenia zasad doboru wyrobów do zastosowań w budowlach drogowych, przynajmniej w prostych typowych sytuacjach. Klasyfikacja taka jest uproszczona i nie oddaje w pełni różnych zalet wyrobów, zwłaszcza wyższych klas, lecz jest użyteczna do wstępnego wyboru typowych, prostych przypadkach zastosowań. W specjalnych przypadkach konieczne jest wymiarowanie materiału na podstawie szczegółowych obliczeń i wzorów z określeniem stanów granicznych  nośności   i użytkowania. Interesującą nowością w przepisach jest kryterium energii zniszczenia wyrobu przy zerwaniu. Energia zniszczenia jest równa połowie iloczynu siły zrywającej ( wytrzymałości ) i wydłużenia przy zerwaniu ( w procentach ) . Miarodajna jest mniejsza  z wartości w kierunku podłużnym i poprzecznym. Kryterium to uwzględnia łącznie dwie cechy materiału i uważa się, że lepiej pozwala porównać różne rodzaje wyrobów np. włókniny i tkaniny. Wymagania dotyczące energii zniszczenia wprowadzono już do różnych dokumentów, m.in. do normy szwajcarskiej SN 640 552a:1997, normy norweskiej lub projektu normy francuskiej. O ile wpływ czynników chemicznych i fizycznych w dużym stopniu zależy od sposobu wytwarzania polimerów, o tyle wpływ czynników mechanicznych zależy od producentów włókien, fabryk włókienniczych produkujących materiały geosyntetyczne oraz projektantów i wykonawców konstrukcji geotechnicznych. Sposób wytwarzania materiału geosyntetycznego ma duży wpływ na procesy pełzania i relaksacji w tych materiałach.

Główne czynniki wpływające na trwałość geosyntetyków poniżej poziomu terenu to :

uziarnienie i ostrokrawędzistość gruntów. pH środowiska, występujące jony metali, obecność tlenu, wilgotność zawartość związków organicznych i kwasów humusowych, temperatura.

 

2. Trwałość konstrukcji

Trwałość konstrukcji wykonywanych przy udziale materiałów geosyntetycznych zależy  w dużym stopniu od jakości wykonania. Również źle wykonany projekt konstrukcji bez rysunków szczegółowych, może przyczynić się do pogorszenia jakości wykonawstwa. Niestety w chwili obecnej w zasadzie wszystkie strony procesu inwestycyjnego ( projektanci, wykonawcy i nadzór inwestycyjny ) nie są odpowiednio przygotowani   do zapewnienia jakości. Najczęstsze uszkodzenia występują z powodu niedbałego przemieszczania materiału, przy użyciu nieodpowiedniego sprzętu, wadliwego łączenia poszczególnych pasm i nieodpowiedniego przygotowania podłoża, które na skutek osiadań powoduje  w materiale geosyntetycznym naprężenia znacznie przekraczające naprężenia przyjęte  w projekcie jak Pozostało jeszcze 90% tekstu