Geosyntetyki stosowane w inżynierii geotechnicznej i lądowej

Geosyntetyki stanowią grupę materiałów polimerowych, które znalazły szerokie zastosowanie w inżynierii geotechnicznej i lądowej. Są to płaskie, arkuszowe lub przestrzenne struktury polimerowe, wykorzystywane w kontakcie z gruntem, glebą, skałami lub innymi materiałami geotechnicznymi jako integralna część projektu inżynierskiego. Ich głównym celem jest poprawa właściwości i parametrów geotechnicznych podłoża, konstrukcji ziemnych oraz nawierzchni, oferując ekonomiczne i efektywne rozwiązania w szerokim spektrum aplikacji.

Funkcje geosyntetyków

Geosyntetyki w konstrukcjach geotechnicznych i inżynieryjnych pełnią szereg kluczowych funkcji, które można sklasyfikować jako:

• Separacja:  Oddzielanie warstw gruntu o różnych właściwościach fizycznych, zapobiegając ich mieszaniu i utrzymując funkcję każdej warstwy.  Np. separacja podsypki kruszywowej od podłoża gruntowego w konstrukcjach drogowych.
  • geowłóknina separacyjna
• Filtracja:  Umożliwianie przepływu wody przy jednoczesnym zatrzymywaniu cząstek gruntu.  Stosowane w systemach drenażowych, ochronie drenażu przed zamuleniem.
  • geowłóknina filtracyjna
• Drenaż:  Odprowadzanie wody i gazów w płaszczyźnie geosyntetyku.  Stosowane w konstrukcjach drenażowych, drenażu opaskowym, w wysypiskach odpadów.
  • gekompozyt drenażowy
  • geowłóknina do drenażu
• Wzmocnienie:  Przenoszenie sił rozciągających i zwiększanie wytrzymałości podłoża gruntowego.  Stosowane w konstrukcjach nasypów, skarp, ścian oporowych, fundamentów.
  • geokrata drogowa
• Uszczelnienie (Bariera hydrauliczna):  Zapobieganie przepływowi cieczy i gazów.  Funkcja realizowana głównie przez geomembrany, stosowane w zbiornikach wodnych, wysypiskach odpadów, tunelach.
  • geomembrana PEHD
• Ochrona:  Ochrona innych materiałów przed uszkodzeniami mechanicznymi, erozją lub wpływem czynników środowiskowych.  Np. ochrona geomembran przed przebiciem, ochrona brzegów rzek i zbiorników.
  • geowłóknina ochronna

Zastosowania geosyntetyków

Szerokie spektrum właściwości i funkcji geosyntetyków umożliwia ich zastosowanie w różnorodnych dziedzinach inżynierii lądowej i wodnej.  Przykładowe obszary zastosowań obejmują:

• Budownictwo drogowe i kolejowe
  • Wzmocnienie podłoża gruntowego pod konstrukcje nawierzchni.
  • Separacja warstw konstrukcyjnych w gruncie.
  • Drenaż korpusu drogowego i kolejowego.
  • Ochrona skarp i nasypów.

    

•  Inżynieria wodna i ochrona środowiska
  • Uszczelnianie zbiorników wodnych, kanałów, stawów retencyjnych.
  • Ochrona brzegów rzek, jezior i mórz przed erozją.
  • Budowa systemów drenażowych w składowiskach odpadów.
  • Filtracja w systemach oczyszczania wody.
  • Budowa padoku i ujeżdzalni
• Budownictwo hydrotechniczne
  • Budowa wałów przeciwpowodziowych.
  • Wzmocnienie i ochrona nabrzeży, falochronów.
  • Konstrukcje regulacyjne rzek.
• Budownictwo ziemne i fundamentowe
  • Wzmocnienie nasypów i skarp.
  • Budowa ścian oporowych z gruntu zbrojonego geosyntetykami.
  • Poprawa nośności podłoża fundamentowego.
  • Stabilizacja osuwisk.
• Górnictwo i budowa tuneli
  • Wzmocnienie obudowy wyrobisk górniczych i tuneli.
  • Drenaż wody w tunelach.
  • Uszczelnianie wyrobisk.
• Rolnictwo i melioracje
  • Budowa zbiorników na wodę do nawadniania.
  • Melioracja i drenaż gruntów rolnych.
  • Ochrona przeciwerozyjna gleby.
  • Uszczelnienie stawu rybnego

Rodzaje geosyntetyków

Do najczęściej stosowanych rodzajów należą:

• Geowłókniny

  • Określenie rodzaju: Przepuszczalne materiały tekstylne wykonane z włókien syntetycznych, produkowane metodą tkania lub igłowania. Materiały tekstylne, przepuszczalne dla wody, wykonane z włókien polimerowych (poliester, polipropylen, poliamid).

  • Sytuacja stosowania: Separacja warstw gruntowych w budowie dróg i nasypów, ochrona przed erozją, drenaż.

  • Cel stosowania: Zapobieganie mieszaniu się warstw gruntowych, zapewnienie filtracji i odprowadzania wody, wzmocnienie podłoża konstrukcji.

• Geomembrany: Nieprzepuszczalne bariery hydrauliczne wykonane z cienkich arkuszy polimerowych (HDPE, LDPE, PVC, LLDPE). Służą do uszczelniania i ochrony przed migracją płynów i gazów. Wykazują wysoką odporność chemiczną i mechaniczną.

• Geosiatki: Struktury siatkowe o dużych oczkach, wykonane z polimerów (polipropylen, poliester, HDPE) o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie. Przeznaczone głównie do wzmacniania gruntu i rozkładu obciążeń.

  • Określenie rodzaju: Siatki polimerowe o regularnej strukturze oczek, wykonane z taśm lub włókien.

    • Geosiatki jednoosiowe: Wzmacniające w jednym kierunku, stosowane np. do wzmacniania stromych skarp.

    • Geosiatki dwuosiowe: Wzmacniające w dwóch kierunkach, stosowane np. do stabilizacji podłoża pod drogi.

    • Geosiatki trójosiowe: Wzmacniające w trzech kierunkach, zapewniające równomierny rozkład obciążeń.

  • Sytuacja stosowania: Wzmocnienie gruntów przy budowie dróg, nasypów, skarp, murów oporowych.

  • Cel stosowania: Zwiększenie nośności i stabilności gruntów, redukcja osiadań, zapobieganie deformacjom konstrukcji.

    

• Geokraty (Geokomórki)

  • Określenie rodzaju: Trójwymiarowe struktury komórkowe z pasków polimerowych zgrzewanych w miejscach łączeń.

  • Sytuacja stosowania: Stabilizacja słabych gruntów, wzmocnienie podłoża pod drogi, lotniska, kontrola erozji skarp, stabilizacja nasypów

  • Cel stosowania: Równomierny rozkład obciążeń, zwiększenie nośności podłoża, zapobieganie przemieszczaniu się materiału wypełniającego.

• Geomembrany

  • Określenie rodzaju: Nieprzepuszczalne folie polimerowe o różnej grubości, wykonane z materiałów takich jak HDPE, PVC, EPDM.

  • Sytuacja stosowania: Uszczelnianie składowisk odpadów, zbiorników wodnych, kanałów, tuneli,
    

  • Cel stosowania: Zapobieganie migracji płynów i gazów, izolacja przeciwfiltracyjna, ochrona środowiska przed zanieczyszczeniem.

• Geokompozyty - Trójwymiarowe, komórkowe struktury przestrzenne wykonane z taśm polimerowych lub geotekstyliów. Po wypełnieniu gruntem, kruszywem lub betonem tworzą stabilne, przestrzenne elementy konstrukcyjne. Stosowane do wzmacniania skarp, nasypów, ochrony brzegów i budowy ścian oporowych.

  • Określenie rodzaju: Materiały złożone z połączenia dwóch lub więcej geosyntetyków, np. geowłókniny z geosiatką lub geomembraną.

  • Sytuacja stosowania: Drenaż w konstrukcjach inżynierskich, wzmocnienie gruntu, ochrona geomembran.

  • Cel stosowania: Łączenie funkcji filtracji, drenażu, wzmocnienia i ochrony w jednym materiale, zwiększenie efektywności konstrukcji.

• Geosyntetyczne bariery gliniane (GCL),

  • Określenie rodzaju: Maty z warstwą bentonitu pomiędzy geowłókninami lub zintegrowane z geomembraną.

  • Sytuacja stosowania: Uszczelnianie składowisk odpadów, stawów retencyjnych, kanałów, zbiorników.

  • Cel stosowania: Tworzenie bariery przeciwfiltracyjnej, zapobieganie przenikaniu cieczy do podłoża.

• Geokompozyty drenażowe - Przestrzenne struktury siatkowe o grubych włóknach, tworzące kanały drenażowe w płaszczyźnie. Wykonane z polimerów (HDPE). Służą do drenażu wody i gazów w konstrukcjach ziemnych

  • Określenie rodzaju: Trójwymiarowe struktury z polimerów o otwartej siatkowej budowie, umożliwiające przepływ wody w płaszczyźnie materiału.

  • Sytuacja stosowania: Warstwy drenażowe w skarpach, tunelach, składowiskach odpadów.

  • Cel stosowania: Odprowadzanie wody, redukcja ciśnienia hydrostatycznego, zapobieganie gromadzeniu się wody w konstrukcjach.

• Siatki przeciwerozyjne - Trójwymiarowe struktury przestrzenne o otwartej, porowatej konstrukcji, wykonane z włókien polimerowych. Stosowane głównie do ochrony powierzchni gruntu przed erozją, wzmacniania powierzchniowego i stabilizacji roślinności na skarpach i nasypach.

  • Określenie rodzaju: Trójwymiarowe maty wykonane z włókien polimerowych tworzących ażurową strukturę.

  • Sytuacja stosowania: Zabezpieczenie skarp i nasypów przed erozją powierzchniową, umacnianie brzegów cieków wodnych.

  • Cel stosowania: Kontrola erozji, stabilizacja powierzchni gruntu, wspomaganie wzrostu roślinności.

• Geokomórki (geokraty, geokraty komórkowe)

  • Określenie rodzaju: Rozciągliwe struktury komórkowe z taśm polimerowych tworzące siatkę przestrzenną po rozłożeniu.

  • Sytuacja stosowania: Stabilizacja gruntu na stromych skarpach, wzmocnienie podłoża pod drogi, parkingi, lotniska.

  • Cel stosowania: Zapobieganie przemieszczaniu się materiałów wypełniających, równomierny rozkład obciążeń, zwiększenie nośności podłoża.

• Geobagi

  • Określenie rodzaju: Wielkogabarytowe worki wykonane z wytrzymałych geowłóknin, napełniane materiałem hydraulicznym (np. piaskiem, osadami).

  • Sytuacja stosowania: Ochrona brzegów morskich i rzecznych, budowa wałów przeciwpowodziowych, odwadnianie osadów.

  • Cel stosowania: Kontrola erozji wodnej, tworzenie barier ochronnych, zarządzanie osadami.

• Georury

  • Określenie rodzaju: Rury polimerowe, często perforowane, wykonane z polietylenu lub polipropylenu.

  • Sytuacja stosowania: Systemy drenażowe w budownictwie drogowym, melioracje, odprowadzanie wód gruntowych.

  • Cel stosowania: Odprowadzanie nadmiaru wody z gruntu, redukcja ciśnienia wody w podłożu, ochrona konstrukcji przed wilgocią.

• Geosiatki wzmacniające

  • Określenie rodzaju: Siatki z włókien szklanych, polimerowych lub stalowych, często pokryte powłoką ochronną.

  • Sytuacja stosowania: Wzmacnianie nawierzchni asfaltowych, betonowych, konstrukcji ziemnych.

  • Cel stosowania: Zapobieganie spękaniom, zwiększenie trwałości i nośności nawierzchni, redukcja deformacji.

• Geotkaniny

  • Określenie rodzaju: Tkane materiały geosyntetyczne z włókien polimerowych o wysokiej wytrzymałości.

  • Sytuacja stosowania: Wzmocnienie słabych gruntów, separacja warstw przy budowie dróg i lotnisk.

  • Cel stosowania: Zwiększenie nośności podłoża, redukcja osiadań, oddzielenie różnych frakcji materiałów.

• Geowypełniacze

  • Określenie rodzaju: Lekkie materiały, takie jak granulaty polimerowe, stosowane jako wypełnienie.

  • Sytuacja stosowania: Redukcja obciążeń na słabym podłożu, izolacja termiczna w konstrukcjach ziemnych.

  • Cel stosowania: Zmniejszenie nacisków na podłoże, poprawa właściwości termicznych, redukcja kosztów budowy.

    

• Geomaty antyerozyjne

  • Określenie rodzaju: Maty wykonane z biodegradowalnych materiałów naturalnych (np. juta, kokos) lub syntetycznych.

  • Sytuacja stosowania: Tymczasowa ochrona powierzchni gruntów przed erozją wodną i wietrzną, szczególnie na świeżych nasypach i wykopach.

  • Cel stosowania: Stabilizacja powierzchni gruntu do czasu ukorzenienia się roślinności, ograniczenie spływu powierzchniowego, poprawa warunków wegetacji.

• Georuszt wielokształtny

  •  Budowa: Polimeryczny georuszt wielokształtny o zróżnicowanej geometrii oczek, wytworzony z wielowarstwowego kompozytowego pasma polimerowego otrzymanego metodą koekstruzji. W procesie produkcyjnym materiał ten jest perforowany oraz rozciągany w podwyższonej temperaturze. Węzły i żebra georusztu powinny stanowić integralną całość; niedopuszczalne jest stosowanie materiałów przeplatanych, zgrzewanych, spawanych itp.

  •  Zastosowanie: Wzmacnianie gruntów.