ZASTOSOWANIA
Nawierzchnie drogowe
Geosyntetyki mogą być skuteczne we wzmacnianiu warstw niezwiązanego kruszywa, wchodzących w skład nawierzchni drogowej, układanych na podłożu gruntowym o obniżonej nośności. Według doświadczeń amerykańskich przy wskaźniku nośności CBR poniżej 3% skuteczność geosyntetyków jest duża, dla CBR 3-8% również występuje, ale maleje ze wzrostem nośności by w przypadku CBR>8% wpływ geosyntetyku uznać za znikomy. Największą skutecznością charakteryzują się monolityczne georuszty o sztywnych węzłach.
Geosyntetyk ułożony pod warstwą wykonaną z kruszywa stabilizuje je i pozwala na:
- wydłużenie okresu eksploatacji nawierzchni,
- zmniejszenie grubości warstwy kruszywa,
- uzyskanie tzw. platformy roboczej w czasie budowy nawierzchni ulepszonych.
Geosyntetyki są wykorzystywane zarówno w budowie nawierzchni nieulepszonych i tymczasowych jak również w nawierzchniach ulepszonych o charakterze trwałym.
Efekt wzmocnienia zależy od współpracy geosyntetyku ze wzmacnianą warstwą i jego zdolności do przejęcia naprężeń rozciągających, powstających na spodzie warstwy kruszywa pod wpływem obciążenia.
Warstwa georusztu może być stosowana w połączeniu z warstwą odcinającą z geotekstyliów (patrz: separacja i filtracja), w przypadku wysokiego położenia zwierciadła wody gruntowej.
Wyróżnia się trzy potencjalne mechanizmy wzmocnienia przez geosyntetyk warstwy kruszywa, poddanej obciążeniu pojazdami. Należą do nich:
- polepszenie odporności warstwy kruszywa na ścinanie,
- boczne utwierdzenie ziaren kruszywa,
- efekt naciągniętej membrany.
Boczne utwierdzenie ziaren kruszywa oraz polepszenie odporności warstwy kruszywa na ścinanie nie wymagają wystąpienia dużych odkształceń i są charakterystyczne dla wzmocnień nawierzchni ulepszonych. W szczególności efekt bocznego utwierdzenia ziaren kruszywa jest kluczowy w przypadku wzmocnienia podbudów z kruszyw niezwiązanych w nawierzchniach ulepszonych. Ze względu na to monolityczne georuszty o sztywnych węzłach oraz grubych żebrach, które doskonale zazębiają się z kruszywem i efektywnie wspomagają klinowane ziaren, są najskuteczniejsze spośród różnych geosyntetyków. Zasadnicze znaczenie ma odpowiednie dobranie wielkości oczek georusztu do uziarnienia ułożonego na nim kruszywa.
Wystąpienie efektu membrany i uzyskanie efektu wzmocnienia wymaga znacznego odkształcenia układu, w tym warstwy geosyntetyku. Efekt naciągniętej membrany występuje gdy obciążenie ruchem jest na tyle duże w stosunku do nośności podłoża gruntowego, że powoduje plastyczne deformacje i koleiny w podłożu. Efekt membrany występuje w przypadku kolein przekraczających 10 cm. Takie odkształcenie jest dopuszczalne jedynie w przypadku nawierzchni nieulepszonych oraz dróg i obiektów tymczasowych. W przypadku dużych deformacji w geosyntetyku powstaje siła rozciągająca, która poprawia zdolność nawierzchni do przejęcia obciążeń. Efekt membrany jest charakterystyczny w przypadku stosowania geotekstyliów i wiotkich geosiatek.
Nawierzchnie kolejowe
Geosyntetyki mogą być szybkim, nieskomplikowanym i oszczędnym sposobem na zredukowanie osiadania podsypki i wzmocnienie konstrukcji toru kolejowego, układanego na podłożu gruntowym o obniżonej nośności.
Szczególnie przydatne w tym celu są georuszty o sztywnych węzłach. Podczas zagęszczania na nich materiału ziarnistego, przenika on częściowo przez otwory georusztu, tworząc mocne i trwałe zazębienie. To zazębienie umożliwia georusztowi efektywne przejęcie naprężeń wywołanych obciążeniem ruchem i tym samym uaktywnia maksymalną nośność słabego podłoża. Ogranicza również poprzeczne ruchy ziaren kruszywa, zapobiegając zjawisku „pompowania”, które jest głównym powodem osiadania podsypki w torze kolejowym. Warstwa georusztu często jest stosowana w połączeniu z warstwą separacyjno-filtarcyjną z geotewłókniny (patrz: separacja i filtracja). Zarówno georuszty, jak i geowłókniny separacyjne mogą być instalowane przy użyciu pociągu zmechanizowanego AHM-800R.
Separacja i filtracja
Wszędzie tam, gdzie w trakcie prowadzenia robót budowlanych przewidziano ułożenie dobrej jakości kruszywa na gruncie rodzimym niskiej jakości zachodzi konieczność skutecznego odseparowania tych dwóch materiałów, w sposób trwale zapobiegający ich mieszaniu. Jeżeli dodatkowo występuje zagrożenie zanieczyszczeniem kruszywa drobnymi cząstkami gruntu przenoszonymi przez wodę gruntową, należy zapewnić filtrację. Oddzielenie warstwy kruszywa od podłoża uzyskuje się obecnie przede wszystkim dzięki zastosowaniu geotekstyliów – geowłóknin oraz geotkanin.
Separacja. Brak trwałej separacji prowadzi do zanieczyszczenia kruszywa drobnymi ziarnami gruntu i tym samym do obniżenia jego właściwości. W skrajnie trudnych warunkach istnieje ryzyko, że już na etapie wbudowywania kruszywa jego część zmiesza się ze słabym gruntem rodzimym i nastąpi zmniejszenie efektywnej grubości warstwy kruszywa. Geosyntetyki pełniące funkcję warstwy separacyjnej (odcinającej), zapewniającej mechaniczne oddzielenie kruszywa od gruntu musi charakteryzować przede wszystkim wystarczająca odporność mechaniczna. W przypadku geotekstyliów oznacza to konieczność określenia minimalnej wytrzymałości na rozciąganie oraz wytrzymałości na przebicie, przy uwzględnieniu oddziaływania ostrych krawędzi ziaren kruszywa i nośności podłoża gruntowego. W przypadku georusztów i geosiatek uzyskanie efektu separacji jest związane – podobnie jak i uzyskanie efektywnego wzmocnienia warstwy kruszywa – od prawidłowego doboru wielkości oczek w stosunku do uziarnienia kruszywa.
Filtracja. Jest to typowe obecnie zastosowanie geotekstyliów w elementach odwodnienia wgłębnego nawierzchni. Geotekstylia pełniące funkcję warstwy filtracyjnej muszą spełniać wymagania mechaniczne jak dla warstwy separacyjnej oraz dodatkowo wymagania związane z przepływem wody w poprzek geosyntetyku. Konieczne jest określenie charakterystycznego wymiaru porów geosyntetyku, zapewniającego, w odniesieniu do konkretnego gruntu, spełnienie warunku retencji drobnych cząstek i odporności na kolmatację. Ponadto należy określić minimalną wodoprzepuszczalność poprzeczną geosyntetyku, która powinna być co najmniej dziesięciokrotnie większa od wodoprzepuszczalności gruntu, z którego napływa woda.
Zbrojenie podstawy nasypów
Budowa nasypów ma słabych gruntach to jeden z problemów, przed którymi stają inżynierowie budownictwa. W przypadku, gdy tradycyjna wymiana gruntu jest nieekonomiczna, zbyt czasochłonna lub szkodliwa dla środowiska naturalnego, nasypy mogą być posadowione na specjalnych konstrukcjach, które wzmacniają podstawę nasypu lub podłoże pod nim. W wielu takich rozwiązaniach znajdują zastosowanie geosyntetyki.
Jeżeli przyjęto, że nasyp zostanie posadowiony bezpośrednio na słabym podłożu, wówczas w podstawie nasypu wystąpią bardzo duże siły rozciągające. Należy zapewnić wzmocnienie i bezpieczne przejęcie tych sił przez zbrojenie, wprowadzone w podstawę nasypu. W tym celu wykorzystuje się przede wszystkim geotkaniny lub geosiatki poliestrowe o wysokiej wytrzymałości. Często w podstawie nasypu jest formowany materac z dwóch lub więcej warstw geosyntetyku, oddzielonych warstwą gruntu lub kruszywa.
Jeżeli należy wykluczyć osiadania nasypu w czasie eksploatacji, a nie wchodzi w grę wymiana gruntu, stosuje się posadowienie nasypu przy pomocy tzw. platformy LTP (Load Transfer Platform – platforma przenosząca obciążenie). Działanie platformy LTP polega na przenoszeniu obciążenia, pochodzącego od nasypu, na system pali lub kolumn, opartych na warstwach nośnych, leżących poniżej warstwy słabej. Elementem systemu LTP jest materac w podstawie nasypu, wykonany z dwóch lub więcej warstw geosyntetyku, oddzielonych warstwą gruntu lub kruszywa, równomiernie rozkładający obciążenie nasypem na głowice pali lub kolumn. W materacach stosuje się geotkaniny i geosiatki poliestrowe o wysokich wytrzymałościach lub georuszty polipropylenowe, w zależności od przyjętej koncepcji projektowej.
Zbrojenie skarp
Technologia zbrojenia zboczy gruntowych przy pomocy geosyntetyków należy do najbardziej uniwersalnych i oszczędnych sposobów, dających możliwość budowy stabilnych skarp o dowolnym kącie nachylenia. Strome i stateczne skarpy uzyskuje się dzięki układaniu geosyntetyku w poziomych warstwach na zagęszczonym materiale w czasie wznoszenia nasypu. Stosowanie takich rozwiązań jest szczególnie przydatne, gdy ograniczenia wynikające z wymogów środowiska naturalnego i rosnące ceny gruntów zmuszają inżynierów do ograniczania zajęcia terenu przy poszerzaniu starych bądź budowie nowych nasypów.
Naprawa osuwisk. Do naprawy uszkodzonych skarp, zarówno naturalnych jak i stworzonych przez człowieka, można zastosować technikę powtórnego wykorzystania osuniętego gruntu z jednoczesnym zbrojeniem go warstwami geosyntetyków. Metoda ta jest dużo bardziej opłacalna i wymaga mniej czasu, niż wymiana, polegająca na wywiezieniu osuniętego gruntu i zastąpieniu go nowym, dobrym gruntem z ukopu. Umożliwia to uzyskanie redukcji kosztów w porównaniu z metodami tradycyjnymi, przy spełnieniu wymagań technicznych dotyczących stateczności skarpy.
W zbrojeniu skarp i naprawie osuwisk stosuje się geotkaniny i geosiatki z poliestru lub georuszty z HDPE.
Warstwy asfaltowe
Geosyntetyki znajdują obecnie zastosowanie w remontach nawierzchni asfaltowych. W warstwach asfaltowych nawierzchni znajdują zastosowanie geosiatki i geowłókniny, a także kompozyty, będące połączeniem geosiatek i geowłóknin.
Podstawowym celem stosowania geosyntetyków w remontach nawierzchni jest przeciwdziałanie tzw. spękaniom odbitym. Są to spękania, które odwzorowują się w nowych nakładkach asfaltowych w miejscach, gdzie znajdują się spękania w starej, remontowanej nawierzchni. Ponadto geosyntetyki stosuje się w czasie remontów wzdłuż podłużnych i poprzecznych połączeń starych warstw asfaltowych z nowymi. Znane są również przypadki stosowania niektórych geosyntetyków w celu zwiększenia trwałości zmęczeniowej nowych warstw asfaltowych.
Drenaż
Geosyntetyki w postaci geokompozytów drenażowych, znajdują obecnie coraz szersze zastosowanie jako elementy systemów drenażowych
- Warstwy odsączające (drenażowe)
- Dreny liniowe
- Dreny pionowe przyspieszające konsolidację słabego podłoża pod nasypami.
Tradycyjne rozwiązania powyższych elementów odwodnienia wgłębnego opierają się na zastosowaniu kruszywa o otwartym szkielecie, umożliwiającym szybkie zebranie i odprowadzenie wody. Odnosi się to zarówno do warstw odsączających jak i drenów liniowych, tzw. drenów francuskich oraz do drenów pionowych wykonywanych w postaci pali żwirowych lub piaskowych. W przypadku tradycyjnych rozwiązań warstw odsączających i drenów francuskich wykonuje się od dawna warstwy separacyjno-filtracyjne z zastosowaniem geotekstyliów. W geokompozytach drenażowych, podobnie jak w przypadku rozwiązań tradycyjnych funkcję separacyjno-filtracyjną pełni warstwa geowłókniny, jednak funkcję drenażową przejmuje przestrzenny polimerowy rdzeń o dużej wodoprzepuszczalności, zastępując kruszywo. Dzięki temu geokompozyty drenażowe są w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami warstw odsączających i drenów liniowych korzystne zarówno pod względem ekonomicznym, jak również z przyczyn ekologicznych. Geokompozyty drenażowe umożliwiają ponadto uzyskanie oszczędności w robotach ziemnych, dzięki zmniejszeniu przekroju drenu.