GraĎevinski fakultet sveučilišta u Rijeci Kolegij: Geotehničko inženjerstvo Akademska god. 2008./2009.
SEMINARSKI RAD ARMIRANO TLO
Izradili: Jug Drobac
Roberta Grgić Mirela Horvat Martina Jardas
Tomislav Kevrić Ivana Lanča Zlatan Kovačević Neven Petrović
1. UVOD
Proizvodi od sintetičnih materijala, namijenjeni uporabi u zemljanim z emljanim graĎevinama (i općenito u graditeljstvu) pojavili su se u većoj mjeri prije četrdesetak godina i otada se njihova primjena brzo širi. Geosintetici se rabe u svim područjima graditeljstva, graditeljstva, kao što su prometnice, hidrotehničke graĎevine, podzemne graĎevine, mostovi, zgradarstvo, sportski objekti, objekti zaštite okoliša, a velika im je uporaba i u poljoprivredi i šumarstvu.
2. PRIMJENA ZEMLJANOG MATERIJALA KAO GRAĐEVINSKOG MATERIJALA
1.1. Vrste i namjena graĎevina od o d zemljanog materijala Zemljanim materijalom nazivamo sve vrste kamena, kamene sitneži, šljunka, pijeska, praha, gline i sve njihove mješavine. To mogu biti prirodni materijali u tanjim ili debljim naslagama, homogeni, pravilno ili nepravilno uslojeni ili umjetno pripremljeni materijali, kao što su lomljen kamen, drobljenac, mljeveni pijesak i slično. GraĎevine od zemljanog materijala su nasipi pomoću kojih se: -
vode prometnice, kao što su ceste, željezničke pruge, aerodromske staze za uzlijetanje i za
slitanje aviona i sl. -
reguliraju riječni tokovi radi obrane od poplava, kanaliziraju vodni tokovi za plovidbu,
iskorištava energija -
velikim branama akumulira voda i regulira njezin protok da bi se mogla proizvesti
električna energija, stvaraju zalihe vode za z a industriju, natapa oranice, opskrbljuju naselja pitkom vodom i omogućuje rekreaciju Upotreba ovakvih graĎevina ima tradiciju staru gotovo kao i ljudska civilizacija. Najdavnije su organizirane zajednice nastale uz tokove velikih rijeka. Voda je služila za natapanje
poljoprivrednih zemljišta, a za to su se izvodile mnoge velike graĎevine od zemljanih materijala. Ima ostataka i povijesnih dokumenata o takvim objektima u Mezopotamiji, Egiptu i Indiji. U
Španjolskoj ima nasutih brana još od vremena Rimskog Carstva. Najviše se napredovalo u ovom području u najnovije doba, i to zbog razvoja nauke o mehanici tla koja je omogućila da se graĎevine racionalno dimenzioniraju, te zbog izuma strojeva za masovno kopanje, prijevoz i ugraĎivanje materijala. Poprečni presjek zemljanih nasipa je trapeznog oblika. Visinu nasipa i širinu krune diktira njihova namjena. Nagib kosina ovisi o visini nasipa, o osobinama materijala u nasipu i u njegovoj podlozi i o potrebnoj sigurnosti od sloma kosina i erozije.
1.2. Izbor i ispitivanje materijala za nasipe
Najveći dio troškova otpada na prijevoz materijala od pozajmišta do mjesta gdje se on ugraĎuje. Svaki se zemljani materijal može upotrijebiti ako se oblik, dimenzije i konstrukcije nasipa prilagode njegovim osobinama. Zato je osnova za dobar projekt nasipa da se potanko prouči materijal u blizini gradilišta. U tu svrhu, izradi se mreža sondažnih bušotina u razmacima od 50 do 100m, vade se poremećeni i neporemećeni uzorci, materijali se klasificiraju, u laboratoriju se
odredi prirodna vlažnost i aksijalna čvrstoća. Ispitivanja tih uzoraka obuhvaćaju: -
Aterrbergove granice plastičnosti
-
Granulometrijski sastav
-
Prirodni porozitet i sadržaj vlage
-
Karakteristike zbijanja
-
Parametre čvrstoće
-
Stišljivost i propusnost umjetno zbijenog materijala
1.3. Osobine zbijanja materijala
Kad kopamo prirodno tlo, povećava se porozitet, koji zadrži i nasuti materijal. Stoga se nasip
sliježe sve dok se porozitet ponovno prilagodi naponu zbog vlastite težine. Tlo se u nasipe ugraĎuje u slojevima i zbija prikladnim valjcima, vozilima ili nabijačima. Osobine zbijena tla ovise o vlažnosti i radu utrošenom za zbijanje. Razni valjci prikladni su za zbijanje različitih materijala pa je potrebno odabrati on e koje omogućuju najbolju zbijenost i način. Glatki valjci
koriste se za zbijanje kamenih podloga i drobljenih kamenih materijala te zaglaĎivanje završnih slojeva glinenih slojeva. Ježevi se koriste za prašinaste materijale male kohezije, sve do glina visoke vrijednosti kohezije. Valjci sa gumenim kotačima koriste se za zbijanje koherentih i nekorentih materijala. Vibracijski glatki valjci izazivaju vibracije koji povećava ju efekt zbijanja i
učinak im je i do 6 puta veći od mase koje posjeduju. Koriste se za nekoherentne materijale i nasipe od krupnog drobljenog kamenog materijala. Vibracijski ježevi koriste se za zbijanje sitnozrnastih materijala niske i visoke kohezije. Za slabo pristupačna mjesta koriste se vibracijske
ploče ili motorni nabijači.
2. METODE OJAČANJA ZEMLJANIH NASIPA
2.1. Potporni zidovi
Potporni zidovi su sastavni dijel ovi raznih graĎevina. Mogu biti: krila upornjaka mostova, zaštite predulaza u tunele, ali i valobrani, zidovi brodskih prevodnica, suhih dokova i niza drugih
graĎevina ko je se izvode u zasjecima, u usjecima ili uz nasipe. Prema tipu se potporne graĎevine mogu podijeliti na: – masivne, gravitacijske; – olakšane, gravitacijske, lagano armirane; – tankostijene, armirane. MASIVNI, GRAVITACIJSKI POTPORNI ZIDOVI velikih su di menzija. Kod većih visina,
dimenzije postaju ograničavajući čimbenik. Stoga se iznalaze razni načini za savladavanje većih visina.
OLAKŠANI POTPORNI ZIDOVI nešto su lakši od masivnih. Mogu imati štedne otvore ili mogu oblikovno biti prilagoĎeni tako da mogu nositi zadano opterećenje. U ovu skupinu spadaju zidovi s konzolom i zidovi sa zategom.
TANKOSTJENI, armirani potporni zidovi imaju proširenu, armiranu temeljnu stopu na unutrašnjoj strani i/ili na vanjskoj strani, što ovisi o slobodnom prostoru. Uz to m ogu imati rebra ili kontrafore. Potporni zidovi se dimenzioniraju na aktivni pritisak, jer se smatra da mogu podnijeti deformaciju koja će takvo stanje u tlu izazvati.
Potporni zid od armiranog tla je graĎevina uklopljena u nasip i s nasipom čini jednu c jelinu. Kao cjelina djeluje kao gravitacijski savitljivi potporni zid. Nasip u području armiranja izvodi se od nekoherentnih materijala da se izbjegne utjecaj hidrostatskog pritiska. Vlačne sile preuzima, kako mu i samo ime kaže, "armaturom" koja se u tlo ugraĎuje tijekom izvedbe. Lice graĎevine zaštićeno je posebnim komadima ili gradivom koje ujedno može biti i armatura. Nema posebno oblikovanog temelja, ali podliježe provjeri dodirnih pritisaka.
2.2. Potporne graĎevine od armiranog tla
Pod pot pornom graĎevinom od armiranog podrazumijeva se ona vrsta gradnje koja djeluje na
nacin da armatura, ugraĎena u nasip, naprezanja prenosi trenjem po dodirnoj površini izmeĎu armature i tla u nasipu. Armatura i nasip tvore jedno tijelo koje djeluje kao gravitacijski potporni
zid s odreĎenim posebnostima. Armirano tlo najčešće se koristi za izradu potpornih graĎevina koje drže nasipe i upornjake mostova.
Potporne graĎevine od armiranog tla mogu se koristiti i pri gradnji:
završetka nasipa – upornjaka mosta; kada je stup mosta temeljen duboko, neovisno o
nasipu od armiranog tla;
vijadukta, zamjenu armiranim tlom;
nasutih brana; obrambenih nasipa; nasipa za željeznice;
naselja na kosini;
raznih industrijskih pogona koji tehnološki zahtijevaju denivelaciju tla;
vojnih graĎevina (bunkeri);
sportskih graĎevina (skijaških skakaonica);
zaštitnih nasipa za tankvane
pristanista i obala plovnih kanala itd.
3. METODE ARMIRANJA NASIPA I DOPRINOS ARMIRANJA U STABILNOSTI ZEMLJANIH NASIPA
3.1. Tehnologija izvedbe armiranog tla
Tehnologija izvedbe armiranog tla zahtijeva s jedne strane gradivo kojim se armira, a s druge
strane tlo koje se armira. Iz toga proizlazi da su ovakve graĎevine u osnovi nasute graĎevine, u koje se tijekom nasipavanja i zbijanja ugraĎuju vlačni elementi, odnosno armatura. Razlikujemo metalnu i armaturu od plastičnih masa. Armirano tlo zahtijeva dvije temeljne vrste gradiva: nasip i armaturu. Osim ta dva osnovna gradiva dodaju se elementi lica, najčešće ukrasni, prilagoĎen i upotrebi i okolini gr aĎevine.
3.1.1. Armature:
1. Metalna armatura
Metalne trake za armiranje tla
Osim traka koriste se kao armatura i metalne mreže. Danas ih sve više zamjenjuju razne vrste
sintetičkih materijala. 2. Armature od plastičnih masa Postoje dvije vrste arm atura od plastičnih masa. Geotekstili, koji mogu biti netkani, tkani, pleteni
i sl. Pojavili su se ranije u upotrebi. Ima ih raznih vrsta i kakvoće. Primjenjuju se kao armature i kao filtarski i odvajajući slojevi. Geomreže se pojavljuju se nešto kasnije i još uvijek se ispituju raznovrsne mogućnosti njihove primjene u graditeljstvu. Postepeno zamjenjuju pocinčane mreže u raznim primjenama.
1. Djeluju filtrirajuće. 2. Djeluju odvajajuće. 3. Imaju velike vlačne čvrstoće. 4. Nije ih moguće parati. 5. Ne jedu ih životinje koje žive u tlu (krtice, štakori).
6. Kemijski su postojani na odreĎena onečišćenja koja se mogu pojaviti u tlima. 7. Do danas nije dokazan negativan utjecaj starenja. 8. Mogu biti obojeni, a boja im je postojana.
3.1.2. Nasipni materijal
Kao nasipni materijal koristi se nekoherentno tlo.Takav materijal dobro prijanja uz armaturu i
ima dobra filtrirajuća svojstva. Potporne graĎevine od armiranog tla ne dimenzioniraju se na djelovanje hidrostatskog tlaka.
3.2. Lica graĎevina od armiranog tla
Prvobitno je lice zida od armiranog tla igralo bitnu ulogu u prijenosu naprezanja. Vidalova
(1969.) je ideja da se aktivni pritisak s lica trakama preuzima i prenosi u tijelo graĎevine trenjem. Kasnije je uočeno da lice zida od armiranog tla igra vrlo malu ulogu u preuzimanju naprezanja. Lice je nužno kad mora biti uspravno, a kada nasip ima odreĎeni nagib, lice ima više estetsku nego nosivu ulogu. Privremene, pogotovo graĎevine vrlo kratkog trajanja, mogu se izvoditi bez lica s tim da se vodi računa da rubni dijelovi ne budu opterećeni iz razloga sigurnosti.
Armirano tlo bez lica
U oblikobanju lica revoluciju je izazvao element križnog oblika s četiri točke za prihvaćanje armature, izveden od betona. Ovi su se elementi mogli estetski oblikovati bilo profiliranjem
vanjskog lica, miješanjem boje s betonom ili kombiniranjem raznih površinskih reljefa i boja. Geomreže su proizvedene od polietilena visoke gustoće (HDPE) ili polipropilena (PP) posebnom tehnologijom ekstrudiranja. Time se post iže orijentacija molekula polimera, neka vrsta
prednaprezanja, čime se značajno povećavaju mehaničke karakteristike materijala. Čvorovi su integralni dio strukture i osiguravaju krutost mreža u svim smjerovima u ravnini. Takve geomreže svojom visokom vlačnom čvrstoćom i malim istezanjem uspješno armiraju nasip od koherentnog ili nekoherentnog materijala. Koriste se za izradu armiranih potpornih konstrukcija
bez posebne obrade lica pokosa, a moguće ih je koristiti u različitim kombinacijama s licem od prefabriciranih elemanata.
Terramesh sustav sastoji se od elemenata izraĎenih od heksagonalne mreže izraĎene od teško
pocinčane plastificirane žice promjera 2,7 mm, za uporabu u svrhu armiranja nasipa. Vanjsko je lice sustava gabionski koš koji se puni odgovarajućim kamenom. Iza gabionskog lica postavljen je sidreni dio od čeličnih heksagonalnih mreža na koje se ugraĎuje odgovarajući nasipni materijal.
Green Terramesh sustav strukturom je nalik na Terramesh sustav, samo što je predviĎen za ozelenjavanje na li cu zida. Na prednjem panelu ima Biomac pokrivač koji je napravljen od
mješavine potpuno razgradivih vlakana slame i/ili kokosa spojenih tijekom proizvodnje. Vlakna su postavljena na sloj celuloze i ojačana polipropilenskom mrežom te sigurnosno zašivena s obiju
strana tijekom proizvodnje. Nakon izvedbe, lice zida zasijava se travnim smjesama. Iza prednjeg
panela postavljen je sidreni dio od čeličnih heksagonalnih mreža na koje se ugraĎuje odgovarajući nasipni materijal.
3.3. Vrste geosintetika i njihova proizvodnja
3.3.1. Vrste geosintetika
Prema graĎi i funkciji, geosintetici se mogu podijeliti na: - geotekstile - Geotekstili se sastoje od posebno složenih i učvršćenih vlakana, tako da
najčešće imaju izgled i graĎu neke vrste "flica". U tlu, odnosno graĎevinama, obavljaju više funkcija kao što su: razdvajanje, armiranje, filtriranje i dreniranje. - geomreže - Geomreže su geosintetici otvorene grade kod kojih su otvori mnogo veći od
dimenzija materijala. Glavna im je svrha armiranje, a u nekim slučajevima mogu služiti i za razdvajanje materijala, - Geomembrane - G eomembrane su nepropusne folije, a služe za brtvljenje-sprečavaju prolaz vode ili plinova. - Geokompozite - Geokompoziti su složeni materijali koji se sastoje od geotekstila i
geomreža ili od geomembrana i geomreža, ili kombinacija tih materijala, s drugim materijalima, a služe za prije spomenute funkcije i njihove kombinacije. Poliesterske mreže za armiranje asfalta i tla To je posebna vrsta mreža koja, je razvijena za potrebe armiranja asfaltnih slojeva, a upotrebljavaju se i za armiranje tla. Takve se mreže u svijetu, a i kod nas, u te svrhe rabe već dvadesetak godina
.
Polietilenska mreža za armiranje asfalta i tla Sastav materijala — poliester osigura va mrežama dobra mehanička svojstva, te dovoljnu
otpornost prema visokim temperaturama kakve imaju asfaltne mješavine (do 160nCj tijekom polaganja). Mreže imaju pravokutna okca, dimenzije kojih su 20 X 20, .30 x 30 ili 40 x 40 mm.
Mreže su načinjene tkanjem od kontinuiranih filamenata. Posebno je važno da mreže imaju površinsku obradu koja omogućuje dobro sljepljivanje s asfaltom. Mreže su obično široke do 2 metra. Poliesterska mreža za armiranje asfalta prikazana je na 0. Geomembrane
Geomembrane služe za postizanje nepropusnosti graĎevina, prije svega za tekućine. Njihova je upotreba u svijetu velika; od svih geosintetika na drugom su mjestu po brojnosti primjene. Za njihovu se proizvodnju upotrebljavaju razl ičite sirovine - razni polimerni materijali (PEHD,
PELD, PVC), sintetična guma i kombinacije, od kojih se u industrijskim postrojenjima proizvode folije. Geomembrane se mogu proizvoditi i od bitumeniziranih netkanih ili tkanih tekstila, a tada se mogu radi ti i na samom gradilištu. Folije mogu biti jednoslojne i višeslojne. Da bi im se
poboljšala otpornost, mogu se kombinirati i s plošnim materijalima druge vrste. Postoje brojni postupci za proizvodnju geomembrana. Debljina je geomembrana različita, i to najčešće od 0.25
do 2,5 mm, ali je moguće proizvesti i one kojima je debljina 15 mm. Širina im je obično do 2 metra, ali može biti i veća. Na 0 je shematski prikazan postupak proizvodnje geomembrane koja se sastoji od tri sloja. U tom je postupku srednja folija proizvedena prije posebno, a gornja i donja
folija izraĎuju se tijekom postupka i u vrućem se stanju spajaju sa srednjom folijom.
Shematski prikaz jednog od načina proizvodnje geomembrana (troslojna geomembrana) Geokompoziti
Osnovna je zamisao ideja izrade geokompozita u tome da se spoje geosintetici odreĎenih svojstava kako hl se ostvarila, optimalna svojstva potrebna za rješenje odreĎenoga problema. Geokompoziti od geomreže i geotekstila Ovi geokompoz iti mogu se sastojati od jedne mreže i jednog sloja geotekstila ili mreže i dva sloja
geotekstila. Takav kompozit zadržava, drenažna i filtracijska svojstva, ali mu je čvrstoća znatno povećana, tako da može obavljati i funkciju armiranja. Spajanje mreža i tekstila obavlja se tvornički, termičkim ili kemijskim načinom. Geokompoziti od geotekstila i geomembrane
Ovi geokompoziti sastoje se obično od geomembrane s kojom je na obje strane slijepljen geotekstil. Prednost je toga materijala, čija je osnovna namjena brtvljenje, da, mu je tako znatno povećana otpornost prema, probijanju, što nekada, može biti vrlo značajno. Isto tako, ako se u kombinaciji s folijom rabe deblji geotekstili, oni mogu služiti i kao filtri za odvod vode (u njihovoj ravnini), te tako spr iječiti da geomembrana bude u stalnom dodiru s vodom.
Povećano je takoĎer meĎupovršinsko trenje, tj. trenje s tlom s kojim je geokompozit u dodiru, što takoĎer može biti važno.
Geokompozlti od geomembrane i geomreže Ova kombinacija služi takoĎer za, ostvarivanje propusnosti, ali ujedno može obavljati i funkciju armiranja. I ovdje je povećano trenje površine geokompozita s okolnim medijem. Ostali geosintetici i geokompoziti
Danas se za odreĎene svrhe proizvode i mnoge druge vrste geosintetika. Treba spomenuti, primjerice prostorne strukture - geoćelije što služe za stabilizaciju nasipa i pokosa, sintetske
strunjače za graĎenje preko slabog tla, geokompozite koji se sastoje od tekstila i filtarskog materijala za dreniranje i dr.
3.3.2. Proizvodnja geosintetika
Geosintetike proizvode tekstilna industrija i industrija plastičnih proizvoda. Sirovine za proizvodnju geosintetika su raznovrsni polimerni materijali. Za neke se vrste geosintetika (geotekstili) moraju najprije od polimera proizvesti vlakna, dok se druge vrste mogu proizvoditi izravno od polimera.
3.4. Spajanje geosintetika
3.4.1. Općenito o spojevima
Geosintetici; bilo da je riječ o geotekstilima, geomrežama, geomembranama,ili geokompozitima, rade se u ograničenim, širinama i dužinama, tako da se u neprekinutim površinama, mogu upotrijebiti samo kod manjih graĎevina. Pri većim projektima treba ih nastavljati, odnosno spajati. Spajanje ovisi o vrsti geosintetika i o zahtjevima graĎevine. Od spojeva se nekada traži da
imaju istu mogućnost prijenosa sila kao i osnovni geotekstil, a nekada je važna, primjerice njihova nepropusnost. Sve je to utjecalo da se razvilo više načina spajanja koji se danas primjenjuju. Načelno, najjednostavnije je preklapanje i ono se može izvesti gotovo svih vrsta geosintetik a. (ako ne postoje posebni zahtjevi na spojeve). Od ostalih su načina važni: šivanje
(kod geotekstila), vezivanje (kod mreža), lijepljenje i posebne kombinacije spojeva. Spojevi se općenito mogu podijeliti na one što su prije izraĎeni i na one što se izraĎ uju na mjestu polaganja, tj. ugradnje. Prije izraĎeni spojevi mogu se načiniti u tvornici ili izvan mjesta ugradnje, a rade se
prema potrebama, odnosno izmjerama graĎevine. Njihova je prednosi u tome što su bolje kakvoće i lakše se izraĎuju od onih na mjestu ugradnje (npr. pod vodom). Spojevi i zraĎeni na mjestu ugradnje mogu biti uzdužni, tj. to su spojevi usporedno položenih traka, i poprečni spojevi, tj, nastavci traka. Spojevi su općenito očekivano najslabija mjesta, pa njihovoj izradi valja obratiti naj veću pozornost. TakoĎer ih treba strogo provjeravati i ispitivati u skladu s
postavljenim normama. Pri projektiranju graĎevina (ili u izvedbi) spojeve treba predviĎati na mjestima na, kojima će biti manje ugroženi, odnosno na mjestima, na kojima će posljedice njihova možebitnoj "popuštanja" biti najmanje štetne. 3.4.2. Sustavi spajanja
1) Spajanje preklapanjem
Preklapanje je najjednostavniji način spajanja geosintetika. Primjenjuje se ako iznad njega dolazi odreĎena masa tla koja pritisne spoj, kao što su pr imjerice nasipni slojevi kod prometnica. Kad su posrijedi graĎevine pod vodom, to je i jedini mogući način spajanja geotekstila na mjestu same ugradnje. Za tu je vrstu spojeva važna, veličina preklopa. Za veličinu preklopa, ne može se dati
opće pravilo, jer ona ovisi o položaju i funkciji spoja u graĎevini, o vrsti tla i nekim drugim uv jetima, pa, mora, biti odreĎena projektom. Približno, veličina preklopa iznosi 30 do 50 cm.
Preklopi se nekada osiguravaju drvenim kolčićima ili plastičnim pribadačama, pa se u takvim slučajevima, veličina preklopa može nešto smanjiti. Kod geomreža, preklopi iznose 15 do 25 crn, a, osiguravaju se vezanjem. Način spajanja, geotekstila preklapanjem predočen je na 0. Primjenjuje se u sustavu s nasipnim slojevima.
Spajanje geotekstila preklapanjem
2) Spajanje šivanjem
Šivanje je dobar način spajanja, a primjenjuje se za geotekstile, jer se dobivaju pouzdani i čvrsti spojevi. Veličina, preklopa može se pri tome smanjiti čak do 1.0 crn. Taj se način spajanja kod geotekstila često upotrebljava. Upotrebljavaju se poseb ni ručni šivaći strojevi i poseban sintetični konac (PE, PA). Debljina konca (linijska u tex) mora biti takva da odgovara ušici igle šivaćeg stroja, te da konac lako prolazi kroz materijal, bez prevelikog trenja i oštećivanja materijala. Načini spajanja šivanjem predočeni su na slici.
Načini spajanja geotekstila šivanjem 3) Spajanje lijepljenjem
Ovaj se način primjenjuje zato što postoji kojima se geosintetici mogu pouzdano slijepiti, a dobra su ljepila poput sintetičnih smola, skupa. Ipak, geotekstili se m ogu slijepiti termičkim načinom
pomoću plamenika, ali taj je način neujednačen i nije sasvim siguran, pa se rjeĎe provodi. 4) Spajanje posebnim spojevima
Ako se geotekstiloni preko spojenih mjesta treba prenijeti vlačna sila mogu se izraditi posebni spojevi koji podnose tu silu. Ti se spojevi rade tako da se na obje s trane geotekstila načini obrub.
U oba obruba uvuče se neki nosivi element (čvrsta, šipka i sl.), a obrubi se povežu skupa pomoću plastičnih ili metalnih prstenova ili kopči (slika).
Posebni spoj
3.5. Djelovanje geosintetika u graĎevinama
Geosintetici u svojim različitim oblicima
(tekstili, mreže, membrane, kompoziti) i vrstama
mogu u graĎevinama obavljati razne funkcije, prilagoĎene izvedbi radova i/ili dugotrajnom dobrom služenju graĎevine. Najvažnije funkcije su: - razdvajanje (geomehanički bitno - armiranje (slabog tla ili
različitih materijala),
dijelova graĎevine),
- filtriranje, - dreniranje (odvodnja) i - brtvljenje (izolacija, zaštita okoliša).
3.5.1. Razdvajanje
Razdvajanje znači stavljanje savitljive sintetične brane izmeĎu dva materijala, čija se svojstva znatno razlikuju, kako bi se sačuvala cjelovitost i povoljno djelovanje obaju materijala. Koncept, odnosno učinak razdvajanja, možda se može najbolje predočiti tvrdnjom (Giroud): "Deset kilograma kamena stavljenog na deset kilograma blata rezultira s dvadeset kilograma blata". Doista, zrnati materijal stavljen
na meko tlo preko odgovarajućega, geosintetika ostaje
kompaktan, a bez njega dolazi do miješanja kamenih zrna i tla, i do gubitka homogenosti. U donjoj zoni kamenoga sloja dolazi tada do razmicanja kamenih zrna i do gubitka trenja, zrna
se utiskuju u meko tlo, pa u konačnici prevladavaju svojstva tla. Za razdvajanje materijala mogu služiti geotekstili, geomreže, geomembrana i geokompoziti. Geomembrane zadržavaju materijale u smislu brtvljenja (radi sprečavanja, toka vode ili pare) i tu ne moraju biti posrijedi bitno različiti materijali. Geomembrane se, naime, zbog odreĎenih razloga, mogu predvidjeti i unutar istovrsnog materijala. Razdvajanje, o kome se ovdje raspravlja, odnosi se na materijale koji se po svojoj vrsti ili stanju meĎusobno jako razlikuju. Jedan od tih
materijala obično je u geomehaničkom smislu vrlo loš (slabo, organsko tlo, tlo zasićeno vodom), a drugi dobar (kamen, tj. zrnati kameni materijal). Kod takvih je materijala bitno
spriječiti njihovo miješanje, jer u protivnome, kako je već prije rečeno, pretežu svojstva slabijega materijala. U tu svrhu mogu poslužiti geotekstili, geomreže ili geokompoziti (ko ji se sastoje od geotekstila i geomreže). Najjasniju ulogu glede razdvajanja ima geotekstil. S obzirom na njegovu graĎu (poroznost) moguća je filtracija vode iz zasićenoga medija, čime
dolazi do konsolidacije i fiksiranja stanja razdvojenosti.
Kod mreža je bitna vrsta kamenoga
nadsloja. Pri odreĎenoj granulaciji materijala nadsloja dolazi do uklještenja zrna u otvore mreže i stvaranja, jednog sloja uz mrežu koji takoĎer može na odreĎeni način obavljati ulogu filtra. Mreže se inače primjenjuju u težim slučajevima (kod
vrlo slabo nosivog, odnosno
mekog tla), kada je potrebno trenutačno aktivirati armirajuću (nosivu) funkciju ili onda kada nema izgleda da se stanje tla poboljša. Mehanizam razdvajanja, možemo najbolje uočiti usporedimo li sustav s geosintetikom sa sustavom bez geosintetika. U sustavu bez
geosintetika, pod opterećenjem (osobito u slučaju dinamičkog opterećenja) usporedno nastaju dva procesa. U donjem dijelu sloja (nadsloja) od zrnatoga kamenog materijala meko (žitko) tlo počinje ulaziti u šupljine izmeĎu zrna. Zbog toga se smanjuje trenje medu kamenim zrnima, ona se postupno
(pod ponavljanim opterećenjem strojeva za ugradnju ili prometa)
razmiču, a prostori izmeĎu njih sve više se ispunjavaju žitkim tlom. Istodobno i kamena zrna iz sloja prodiru u meko tlo i miješaju se s
njim. Ishod je taj da se gubi homogenost kamenog
sloja drastično smanji njegova "efektivna debljina".
UvoĎenjem brane od geosintetika izmeĎu
kamenoga sloja i mekoga tla situacija se bitno mijenja. Kameni sloj ostaje odvojen od tla,
njegova debljina i struktura su sačuvane, tako da može uspješno djelovati (npr. kao sloj za povećanje nosivosti ili prometna površina). Filtarsko djelovanje geosintetika (osobito izraženo kod netkanih tekstila) pomaže učvršćivati ostvarenu stabilizaciju, jer postupno istiskivanje porne vode iz tla i njeno odvoĎenje imaju konsolidacijski učinak. Zbog toga geotekstili moraju zadovoljavati odreĎena filtarska pravila. Da bi se mogli ugraĎivati, a da se pritom ne oštete i da bi mogli zadržavati kameni sloj, geosintetici moraju svakako imati i odreĎena mehaničke svojstva (vlačnu čvrstoću, otpornost na paranje, otpornost na probijanje i sl.)
Homogenost i cjelovitost zrnatoga kamenog sloja u sustavu kolničke konstrukcije bez geosintetika (A) i s geosintetikom (B)
3.5.2. Armiranje Općenito
Geosintetici imaju znatnu vlačnu čvrstoću, a (slabo) tlo nema to svojstvo. Stoga je logično da se odreĎenim kombiniranjem tih dvaju materijala može dobiti poboljšano stanje. Ovisno o načinu opterećenja i položaju geosintetika moguća su dva osnovna tipa armiranja: - membranski tip i - posmični tip (sidreni tip) armiranja.
Membransko se armiranje javlja kada je geosintetik položen na stišljivo tlo, a na njega djeluje vertikalno opterećenje. U geosintetiku se javlja vlačno naprezanje što rasterećuje tlo koje ga samo ne bi moglo preuzeti.
Posmično se armiranje javlja zbog učinka posmika (odnosno
trenja) na meĎupovršinama geosintetika i dodirnih materijala (zrnatog materijala i tla). Vrlo slično posmičnome sidreno je armiranje, samo što se tu trenje javlja s obje strane elemenata koji služe za sidrenje. Svakako da učinci armiranja geosinteticima imaju veliko značenje za poboljšanje nosivosti sustava graĎevina. Oni počinju djelovati samo pri odreĎenim stanjima deformacije, što je vezano u z jakost opterećenja, ali i uz malu nosivost tla. S obzirom na vlačna naprezanja u geosintetiku, ima veliko značenje i kakvoća samoga geosintetika, prije svega vlačna čvrstoća (odnosno modul). Geosintetici su vrlo pogodni materijali za različite svrhe i načine armiranja tla. Mehanizmi djelovanja geosintetika kod visokih nasipa i potpornih graĎevina svode na povećanje posmične čvrstoće tla u slučaju njegova armiranja geosinteticima, pri čemu su, osim svojstava geotekstila (vlačna čvrstoća, puza nje, trenje površina), bitne i dimenzije i položaj geosintetika u graĎevini. Slični se učinci glede armiranja takvih graĎevina mogu, meĎutim, ostvariti i s nekim drugim materijalima (metali, beton), a to se i činilo prije pojave geosintetika. Posebni učinci, svojstveni isključivo geosinteticima, ostvaruju se prije spomenuti m membranskim tipom armiranja. Učinak s e armiranja pritom
javlja tek uz odreĎeno stanje deformiranosti sustava tlo - geosintetik (s nadslojem zrnatog materijala).
Membranski način armir anja
Mehanizmi membranskog armiranja
Mehanizmi membranskog armiranja mogu se razjasniti ako se razmotri jedan zrnati sloj
položen na meko tlo koji se izlaže ponavljanju opterećenja (od gradilišn og ili "normalnog" prometa), i to bez geosintetika, odnosno preko brane od geosintetika.
Djelovanje sustava bez geosintetika
Vozila koja se kreću po sloju zrnatoga kamenog materijala nanose opterećenje koje se prolaskom kroz sloj
širi na veću površinu, te se tako smanjuje. To smanjenje mora biti takvo
da tlo može preuzeti prenesena naprezanja bez štetnih posljedica, tj. bez prekomjernih deformacija. Za to je potrebno da sloj ima
dovoljnu debljinu i da pri opterećenju ostane
cjelovit. Kada je tlo slabo, mogu nastati neprihvatljivo velike deformacije, i to u dva sl učaja: - ako su opterećenja mala, a broj
prijelaza velik,
- ako su opterećenja velika, i pri
malom broju prijelaza.
Mehanizam ponašanja sustava u tim slučajevima predočen je na 0ci.
Mehanizmi ponašanja kolnič ke konstrukcije na mekom tlu bez geosintetika Pri malim se opterećenjima sloj kamenoga materijala ugiba prema dolje, a opterećenje se od kotača širi na površinu tla, znatno veću od otiska kotača. Pri opetovanim opterećenjima
kameni materijal ne može podnijeti vlačna naprezanja, te počinje pucati od donje površine sloja. U te pukotine i šupljine ulazi tlo, pa se tako narušavaju dodiri izmeĎu kamenih zrna i ona "plivaju" u mekanom materijalu.
Time se smanjuje čvrstoća i sposobnost prijenosa
opterećenja kroz sloj, pa pri mnogobrojnim prijelazima opterećenja dolazi do jakih deformacija i propadanja
kolnika uz pojavu posmičnih lomova u tlu. Pri velikim
opterećenjima, odmah dolazi do loma u sloju kamenog materijala i do utiskivanja "piramide" od zrnatog materijala u tlo. Nakon daljnjih prijelaza opterećenja mekano tlo prodire duž
stranica piramide prema gore, dolazi do "kuhanja" materijala, a nosivost se sustava približava nosivosti samog tla.
Djelovanje sustava s geosintetieima
Geosintetik mijenja ponašanje sus tava kameni materijal - slabo nosivo tlo na ovaj način: - pri malim
opterećenjima:
- poboljšava rasprostiranje opterećenja i smanjuje progibe, - sprečava prodiranje mekanog tla u pukotine i šupljine
u sloju kamenoga
materijala, pa time taj dio zadržava sposobnost za podnošenje opterećenja; - pri velikim opterećenjima: - javlja se povećano vlačno naprezanje u geosintetiku, koje nastavlja pomagati
rasprostiranju opterećenja što se prenosi kroz sloj kamenog materijala. Geosintetik, meĎutim, nastavlja razdvajati sustav kamenog materijala i tla te sprečava njihovo miješanje. Nastaju
deformacije oblika kolotraga u čitavom sustavu. Ako se te deformacije na površini kamenoga sloja popune, nosivost se sustava uvelike povećava, jer piramida prijenosa, opterećenja postaje šira. - što se tiče vrste geosintetika (geotekstili ili geomreže), oni imaju glede
načina armiranja slično djelovanje, ali ipak postoje i odreĎene razlike. Naime, kad je posrijedi mreža, dolazi do uklještenja kamenih zrna u nj enim otvorima tako da ona "vire" kroz te otvore. Na taj se način dobiva jedna medupovršina s potencijalno vrlo jakim trenjem što doprinosi učinkovitosti armiranja (posmično armiranje). Mreže, osim toga, imaju redovito znatno veće module krutosti od tekstila, što takoĎer ima velik utjecaj na armiranje. Na učinak armiranja tla uvelike utječe deformiranost sustava (od opterećenja). Naime, tek pri znatnijim deformacijama geosintetika (i kamenog sloja) dolazi do izražaja tzv. "učinak napete membrane" i preuzimanje opterećenja, te rasterećenje tla.
Analize i opažanja su pokazali da je
kod sustava s geosinteticima dubina kolotraga, što izazivaju vozila, jedan od najznačajnijih činitelja glede mogućnosti da, podnose opterećenja.
3.5.3. Filtriranje
Od geosintetika, sposobnost filtriranja imaju geotekstili i neki geokompoziti (u kojima, se nalaze geotekstili) imaju tu sposobnost. vode kroz sam materijal
Učinak filtracije netkanoga tekstila uključuje prolaz
(okomito na njegovu površinu) i zadržavanje čestic a tla na strani od
koje dolazi voda prema tekstilu.
On je bitan kod ureĎaja za podzemnu odvodnju graĎevina.
Oba spomenuta zahtjeva, tj. vodopropusnost i zadržavanje čestica tla traže se
istodobno, što
znači da struktura netkanoga tekstila mora biti dovoljno "otvorena" da bi kroz njega mogla prolaziti voda, a dovoljno gusta da se zadrže sitne čestice tla. Pri tome se očeku je da sustav
djeluje dugo, tj. da ne doĎe do začepljenosti pora u tekstilu tijekom očekivanog trajanja graĎevine. O tom svojstvu b rine se tekstilna industrija i ona može proizvesti materijale koji su glede oltarskih svojstava po godni za rješavanje različitih geotehničkih problema kod
graĎevina. Mehanizam filtriranja
Djelovanje ureĎaja za odvodnju (podzemnu) opće nito se osniva na filtraciji.
UreĎaji za
odvodnju radili su se na klasičan način od zrnatih materi jala odreĎenih granulacija. U novije se vrijeme za te svrhe vrlo uspješno upotrebljavaju geotekstili. Filtar mora imati sposobnost da zadrži čestice tla koje bi voda mogla ispirati iz tla, a ujedno mora dopuštati prolaz vode. Ta dva zahtjeva, ako ih se
shvati previše doslovno, zapravo su u proturječju. Naime, sve
čestice tla mogla bi zadržati jedino membrana koja nema nikakvu propusnost, ali u tom slučaju kroz nju ne bi mogla prolaziti v oda. Ako bi se, pak, tražilo da voda sasvim neometano prolazi kroz filtar, on bi morao imati vrlo velike otvore koji ne bi mogli zadržati čestice tla. Stoga, svojstva filtra moraju biti takva da bude ost varen kompromis
izmeĎu ta dva zahtjeva -
filtar smije samo neznatno ometati protjecanje vode, a mora spriječiti razaranje strukture tla
što bi moglo nastati zbog erozivnog djelovanja vode. Shodno tome, dobar filtar mora imati otvore koji su i dovoljno veliki i dovoljno mali. Otvori moraju biti dovoljno veliki da
omoguće gotovo slobodan prolaz vode (što može dovesti do gubitka odreĎene količine najsitnijih čestica iz tla), ali i dovoljno mali
da se kostur čestica, tla, koji tlu daje struk turnu
stabilnost, ne poremeti. Filtracija uz primjenu geotekstila može se de finirati i ovako: to je
ravnoteža sustava geotekstil - tlo, pri kojoj je omogućen slobodan protok vode poprečno na ravninu geotekstila, bez gubitka čestica tla, tijekom neograničena vremena. Filtri moraju stoga zadovoljavati zahtjev vodopropusnosti, zahtjev
zadržavanja čestica, tla i zahtjev dugotrajnog
djelovanja. Ispravno projektirani i izraĎeni sustavi filtara s geotekstilima mogu dobro odgovoriti tim zahtjevima.
Vodopropusnost
Vodopropusnost se geotekstila ne može jednostavno izraziti "normalnim" koefi cijentom vodopropusnosti k. Geotekstili su, naime, stišljivi i
njihova stvarna vodopropusnost ovisi i o
njihovoj "stisnutosti", odnosno stvarnoj debljini pod opterećenjem. Stoga u vodopropusnost treba biti uključena i debljina geotekstila, te je za poprečnu vodopropusnost, tj. za vodopropusnost geotekstila pri protoku vo de okomito na njegovu površinu uveden pojam "permitivnosti". Permitivnost je definirana, kao:
gdje je:
permitivnost,
k n
koeficijent vodopropusnosti u smjeru okomitom na geotekstil,
d
debljina geotekstila.
Zadržavanje čestica tla i dugotrajno djelovanje filtara
Zadržavanje čestica tla ovisi o dvije vrste parametara: - mehaničkim i - geometrijskim.
U mehaničke parametre mogu se ubrojiti hidraulične vučne sile koje nastoje pomakn uti čestice tla, kohezija tla koja, nastoji zadržati čestice u strukturi i gravitacija koja može otežavati ili potpomagati pomicanje čestica tla, (ovisno o smjeru toka vode). Geometrijski su parametri veličina otvora geotekstila, veličina i raspored čestica tla i gustoća tla. Radi pojednostavljenja, u analizama se obično uzimaju u obzir samo geometrijski parametri. Pojave pri filtriranju vode iz tla kroz geotekstil općenito su složene. Do sada je uočeno
nekoliko mehanizama koji u odreĎenim situacijama djelu ju na proces filtriranja, kao što su: - blokiranje, - stvaranje lukova, - začepljivanje. Te su pojave prikazane na 0
Pojave u (na) geotekstilu pri filtriranju vode iz tla: a) blokiranje b) stvaranje lukova c)
začepljivanje. Blokiranje je definirano kao smanjenje vodopropusnosti geotekstila zbog toga što čestice iz tla zatvore pore geotekstila na
njegovoj površini. Stvaranje lukova takoĎer je je dan oblik
blokiranja, pri čemu se slaganjem čestica iz tla blizu otvora stvaraju na površini geotekstila lukovi koji otežavaju prolaz vode. Začepljivan je je definirano kao smanjenje vodopropusnosti geotekstila zbog ulaska sitnih čestica tla u pore u unutrašnjosti geotekstila. Postoji više kriterija za osiguranje svojstva zadržavanja čestica tla, a temelje se na poznavanju granulometrijskog sastava tla (sitnijih frakcija) i na njegovoj usporedbi s otvorima u geotekstilu. U tom smislu, primjerice, AASHTO preporučuje: 1)
Ako je tlo takvo da manje od 50% čestica prolazi kr oz sito No 200 (0,076 mm), otvor 095 geotekstila mora biti veći od otvora sita No 30 (0,59 mm).
2)
Ako je tlo takvo da više od 50% čestica prolazi kroz sito No 200 (0,076 mm), otvor O95 geotekstila mora biti veći od otvora sita No 50 (0,297 mm).
Pri projektiranju valja izbjegavati situacije koje bi
mogle biti nepovoljne glede začepljenja
filtra. To su ovi slučajevi: - ako se tlo iz kojega se filtrira
voda sastoji od pijeska ili prašine bez kohezije,
- ako tlo ima diskontinuirani granulometrijski sastav, - ak o su hidraulički gradijenti veliki.
Ako se takvi uvjeti ne mogu
izbjeći, mogu se upotrijebiti filtri od zrnatih materijala, te netkani
tekstili s poroznošću većom od 40%.
3.5.4. Dreniranje
Dreniranje vode iz zasićenoga medija pomoću geotekstila može se o bavljati kroz geotekstil u njegovoj ravnini. Dreniranje se može definirati kao proces u
kojemu ravnoteža sustava,
geotekstil tlo dopušta slobodan tok vode bez gubitaka čestica iz tla, u ravnini geotekstila tijekom neograničenog vremena. Za dreniranje je važna transmisivnost geotekstila. Za takvu ulogu odgovaraju debeli netkani tekstili koji imaju znatnu poroznost. Tanki tkani tekstili ne bi u tom smislu bili djelotvorni. Postoje i
posebni geokompoziti s velikom mogućošću
prihvaćanja i voĎenja, vode u ravni ni. 3.5.5. Brtvljenje
Brtvljenje je funkcija geotekstila kojom se sprečava prolaz vode i/ili vodene pare unutar graĎevine. Sposobnost brtvljenja imaju geomembrane. Brtvljenje (izoliranje) potrebno je u mnogim rješenjima u graditeljstvu (zgradarstvo, most ovi, tuneli, hidrotehnika, prometnice, zaštita okoliša). Sastav geomembrana treba biti takav da, im osigurava dovoljnu -11
vodonepropusnost (k 10
cm/s), a u mnogim slučajevima i dovoljnu mehaničku otpornost za
uvjete pri polaganju i u graĎevini. Ako to nije slučaj, treba ih posebno zaštititi. Svojstva materijala geomembrana moraju biti takva da bude osigurana dugovječnost njihova
uspješnoga služenja.
Literatura:
Nonveiller, E., (1990), Mehanika tla i temeljenje graĎevina, pp 237 -280, Školsk a knjiga, Zagreb Babić, B. i sur.: Geosintetici u graditeljstvu, HDGI ,Zagreb, 1995 Ling H. I., Leshchinsky D., Tatsuoka F., Reinforced Soil Engineering, Marcel Dekker, I nc., New York, Basel www.geoservisas.hr/Reference/Stabilizacija_tla_i_temeljenje /stabilizacija_tla_
