Geosyntetyki do wzmacniania i uszczelniania rozwiązań drogowych

Geosyntetyki to nowoczesne materiały budowlane na bazie polimerów, które rewolucjonizują inżynierię lądową, w tym budownictwo drogowe. Stosuje się je w celu poprawy właściwości mechanicznych i hydraulicznych podłoża gruntowego oraz samej konstrukcji nawierzchni. Główne funkcje geosyntetyków w drogownictwie to wzmacnianie i uszczelnianie, a także separacja, filtracja i drenaż.

Funkcje geosyntetyków drogowych

Geosyntetyki pełnią w konstrukcjach drogowych pięć podstawowych ról:

• Separacja – zapobieganie mieszaniu się warstw kruszywa z podłożem gliniastym czy pylastym.

  • Geowłókniny i geotkaniy separacyjne

• Filtracja – odprowadzanie wody spod nawierzchni, jednoczesne zatrzymywanie cząstek gruntowych.

  • Geowłókniny i geotkaniny

• Drenowanie – tworzenie kanałów drenażowych wewnątrz struktury nasypu lub podbudowy.

  • mata drenażowa

• Wzmocnienie – zwiększenie nośności i ograniczenie odkształceń warstw niezwartych.

  • siatka antyspękaniowa do asfaltu

  • geosiatka na skarpy

• Uszczelnienie – minimalizacja infiltracji wody do podłoża i zabezpieczenie nasypów przed erozją.

  • Maty bentonitowe - rodzaje i zastosowanie maty bentonitowej

  • Geomembrany PEHD

Podział geosyntetyków stosowanych w drogownictwie

Zastosowania w konstrukcji nawierzchni

• Wzmacnianie warstw niezwiązanych kruszyw

  • Geosiateczki i geotkaniny układane pod kruszywem pozwalają zmniejszyć grubość warstwy nośnej i wydłużyć okres eksploatacji drogi.

  • Mechanizmy wzmocnienia obejmują: polepszenie odporności na ścinanie, boczne utwierdzenie ziaren kruszywa oraz efekt naciągniętej membrany. Wszystkie trzy mechanizmy są powszechnie akceptowane w projektowaniu dróg.

• Opóźnianie pęknięć odbitych w nawierzchniach asfaltowych

  • Geotkaniny wprowadzane jako warstwa pośrednia między starym a nowym asfaltem spowalniają propagację rys spowodowanych podłożem czy starą nawierzchnią.

• Ochrona przed wodą i drenaż boczny

  • Geomembrany i geokompozyty z włóknin drenarskich zabezpieczają podbudowę przed infiltracją wód gruntowych.

  • Maty bentonitowe (GCL) tworzą nieprzepuszczalną barierę na skarpach nasypów, ograniczając erozję i wymywanie materiału nasypowego.

Normy i wytyczne projektowe

• PN-EN 13249 – wymagania dla geotkanin wzmacniających.

• PN-EN 13250 – specyfikacja geosiateczek.

• PN-EN 13251 – standardy geomembran.

• Wytyczne GDDKiA – szczegółowe zestawienie materiałów i warunków wykonania prac z geosyntetykami.

Wzmacnianie powierzchni skarp geokratami, wzmacnianie podłoża gruntowego geowłókninami na gruntach o niskiej nośności, instalacja Bentomatu na powierzchniach płaskich z przesypywaniem zakładów bentonitem.

Przykładowe rozwiązania

 Wzmocnienie skarp geokratami

Geokraty to przestrzenne, komórkowe maty wykonane zazwyczaj z HDPE lub PP, które tworzą siatkę komórek wypełnianych materiałem nośnym (kruszywem, humusem czy betonem). Dzięki temu:

• równomiernie rozkładają obciążenia na całą powierzchnię skarpy,

• ograniczają wymywanie i erozję przez stabilizację jej wierzchniej warstwy,

• umożliwiają wolny drenaż wody przez perforowane ścianki komórek.

Instalacja geokraty na skarpie przebiega następująco:

1. Przygotowanie podłoża: wykoszenie roślinności, wyrównanie i lekkie zagęszczenie gruntu.

2. Rozwinięcie i wypoziomowanie geokraty wzdłuż skarpy.

3. Kotwienie górnego i dolnego profilu przy użyciu kotew stalowych lub ślimaków gruntowych.

4. Wypełnienie komórek odpowiednim materiałem (kruszywo, grunty roślinne, beton).

5. Wykończenie: obsianie roślinnością w przypadku ochrony przeciwerozyjnej lub zasypanie warstwą ochronną.

Wzmacnianie podłoża geowłókninami na gruntach o niskiej nośności

Geowłókniny stosuje się jako:

• separacja (oddzielenie słabych warstw od kruszywa podbudowy),

• wzmocnienie (zwiększenie nośności i ograniczenie pionowych osiadań),

• filtracja (przepuszczanie wody przy zatrzymaniu cząstek gruntu).

Typowy przebieg prac:

1. Wykonanie badania geotechnicznego celem określenia parametrów gruntu.

2. Rozłożenie geowłókniny bezpośrednio na przygotowanym podłożu.

3. Zakotwienie brzegów pasm geowłókniny, zapewniające stabilność podczas zasypywania kruszywem.

4. Dokładne zasypanie i zagęszczenie warstwy kruszywa na geowłókninie.

5. Kontrola ułożenia i naprężenia materiału, aby uniknąć pofałdowań.

Instalacja Bentomatu na powierzchniach płaskich

Bentomat (GCL) to warstwa bentonitu zawarta pomiędzy dwoma geowłókninami. Tworzy silną barierę hydrauliczną przy minimalnej grubości. Procedura montażu:

• Przygotowanie podłoża: wyrównanie, usunięcie ostrych przedmiotów, wytłuczenie nierówności.

• Rozwinięcie Bentomatu wzdłuż kierunku krycia, z zachowaniem minimalnego luzu by uniknąć naciągania.

• Zachowanie zakładów o szerokości 100–150 cm; ich przesój zapobiega wypłukiwaniu bentonitu.

• Posypanie otwartych zakładów suchym bentonitem (ok. 0,5–1 kg/m²), by wypełnić przestrzeń pomiędzy warstwami i zapewnić ciągłą uszczelkę.

• Delikatne dociskanie rolkami lub obciążnikami celem zespolenia Bentomatu z podłożem.

• Zasypanie ochronnej warstwy piasku lub drobnego kruszywa (min. 10 cm) w celu ochrony przeciwmechanicznego uszkodzenia.

Porównanie rozwiązań

Dodatkowe wskazówki

• Zawsze wykonuj próby polowe dla potwierdzenia nośności i szczelności po montażu.

• Kontroluj wilgotność bentonitu przed instalacją Bentomatu, aby uniknąć spęcznienia podczas transportu.

• Dobór materiału geosyntetycznego uzależniaj od agresywności chemicznej wód gruntowych i temperatur projektowanych warunków.

• Uwzględnij drenaż przeciwspływowy poniżej warstw wodoszczelnych, by odprowadzić nadmiar wód gruntowych.

Geosyntetyki w konstrukcjach drogowych obejmują geowłókniny, geosiatki, geomembrany, geokompozyty oraz geokraty, z których każdy ma specyficzne funkcje i zastosowania w różnych elementach konstrukcji drogowych. Dzięki nim możliwe jest zwiększenie trwałości i stabilności nawierzchni drogowych, poprawa drenażu oraz ochrona przed erozją​.