Chování geotextilií a geomříží v podkladních vrstvách Autor: Veronika Libosvárová Článek vydán: 6. číslo magazínu GEOmail (červenec 2010) Rozdílné chování geomříží a geotextilií instalovaných na rozhraní mezi podložím a zrnitou krycí nebo podkladní vrstvou vozovek a dopravních ploch nebývá vždy chápáno správně. Má-li být vytvořen vhodný návrh a dosažen uspokojující výsledek, je nutné provést průzkum odpovídajících konstrukčních úkolů, jež mají oba tyto geosyntetické materiály zajišťovat. Typy geomříží a geotextilií Geomříže jsou otevřenou polymerovou mřížovitou strukturou. Mohou být vyrobeny pomocí několika technologií. Na základě použité technologie pak vznikají geomříže lepené, svařované, tkané, extrudované nebo monolitické: – lepené, svařované a tkané geomříže jsou vyrobeny ze dvou soustav pramenců provázaných vzájemně ve dvou kolmých směrech – extrudované geomříže jsou vyráběny vstřikováním horké směsi na chladící vál pomocí trysek s polymerní hmotou. Podle vzdálenosti jednotlivých trysek vznikají různé velikosti a tvar ok geomříže – monolitické geomříže jsou vyrobeny z fólií děrovaných a napínaných tak, aby
vznikla
oka
tvaru
trojúhelníku,
čtverce
nebo
obdélníku
s
žebry
obdélníkového průřezu spojené integrálními spoji.
Obrázek č. 1: Ukázky typů geomříží Strana 1 (celkem 5) Článek ze 6. čísla magazínu GEOmail (červenec 2010) Chování geotextilií a geomříží v podkladních vrstvách
Geotextilie jsou propustné tkaniny vyrobené z polymerových vláken s maximální velikostí pórů do 1 mm. Rozlišujeme 2 hlavní typy geotextilií: – tkané geotextilie se skládají ze dvou řad souběžných vláken propletených v pravých úhlech, aby vytvořily dvojrozměrnou plochu. – netkané geotextilie se skládají z vláken uspořádaných do nepravidelné struktury. Mohou být dále tříděné podle metod spojování, tzn. tepelně, mechanicky nebo chemicky.
Obrázek č. 2: Ukázky typů geotextilií Funkce geomříží Tensar Geomříže Tensar TriAx TX a SS stabilizují nestmelené vrstvy, tzn. vytvářejí nosnou konstrukci. Na neúnosném podloží umožňuje jejich existence redukci tloušťky nestmelených vrstev nebo zvýšení životnosti. Na nehomogenním podloží snižují geomříže hodnoty nerovnoměrného sedání. Po zhutnění zrnitého materiálu položeného přes stabilizační geomříže vniknou zrna částečně do otvorů, čímž se vytvoří jev zvaný „zazubení“ mezi částicemi a geomříží. Při zazubení klade geomříž odpor horizontálním silám, čímž dochází k lepšímu roznosu zatížení na měkké podloží. Použitím stabilizační geomříže do podkladních vrstev lze dosáhnout úspory mocnosti zásypového materiálu až 40 %, která je ověřena četnými zkušenostmi a zkušebními testy. Existují projekční grafy, které vyčíslují tloušťky vrstev a jejich úspory (1).
Zpráva
publikovaná v roce 1992 společností US Corps
of Engineers (2) popisuje kompletní zkušební testy vozovek prováděných ve dvouletém období. Tento přední nezávislý výzkum byl dokončen jako smluvní závazek pro „Federal Aviation Authority“. Zpráva potvrzuje redukci mocnosti zásypového materiálu, které je dosahováno za použití geomříží Tensar. Tato zpráva také vymezila vlastnosti geomříží, které přispívají ke správné funkci geomříže v konstrukci. Těmito vlastnostmi jsou tvar, tloušťka a tuhost žebra, dále tvar, tuhost a stabilita otvoru. Provedenými výzkumy nebylo prokázáno, Strana 2 (celkem 5) Článek ze 6. čísla magazínu GEOmail (červenec 2010) Chování geotextilií a geomříží v podkladních vrstvách
že by krátkodobá pevnost (tj. skutečná pevnost při relativně velkém přetvoření) měla přímou souvislost s účinností geomříží. Tento faktor není zahrnut ani v projekčních metodách vypracovaných firmou Tensar. Za sekundární
funkci geomříží Tensar, v případě, že jsou překrývány
dobře zrnitým zásypovým materiálem, je považována schopnost zajišťovat separaci. Zazubení mezi geomříží a zrnitým materiálem brání příčnému pohybu částic ve spodní vrstvě mechanicky stabilizované vrstvy, čímž je omezen pohyb drobných částic pokladní vrstvy směrem nahoru při tzv. pumpování. Funkce geotextilií ve vozovkách a dopravních plochách Tkané i netkané geotextilie zajišťují, jsou-li dostatečně silné, aby odolaly poškození, separaci, tj. zabraňují znečištění zrnitého zásypového materiálu smísením s materiálem podloží. Při srovnání geotextilií se stabilizačními geomřížemi Tensar TriAx TX a SS neznáme žádná publikovaná data dokazující, že by se geotextilie, jsou-li aplikovány pod vozovky se zpevněným povrchem nebo bez povrchu a dopravní plochy, jakkoliv podílely na roznášení zatížení od dopravy. Existují rovněž zjevné důkazy, které potvrzují, že geotextilie neplní stabilizační funkci. Pro informaci uvádíme výňatky některých z nich: – The Department of Transport publication HA 35/87 (3) uvádí: „Nebylo prokázáno, že by geotextilie použité v nestmelených vrstvách vozovek měly jakýkoliv významný konstrukční přínos pro konečnou podobu vozovky.“ – CIRIA
Technical
Note
126
(4)
shrnuje:
„Ze
zkoušek
provedených
s geotextiliemi průkazně nevyplynulo, že by redukovaly mocnost zrnité vrstvy zásypu.“ – společnost US Corps of Engineers (5) po rozsáhlé světové revizi 104 pramenů zahrnujících důkladné zkušební testy shrnula: „Jsou-li geotextilie součástí konstrukce, neměla by jim být přisuzována jakákoliv konstrukční funkce.“ Výsledky
komplexních
zkoušek,
srovnávajících
geomříže
Tensar
SS
se čtyřmi různými typy geotextilií, jsou uvedeny v již zmiňované studii US Corps of Engineers (5). Proč tedy geomříže Tensar zpevňují nestmelené vrstvy a geotextilie tuto schopnost nemají?
Strana 3 (celkem 5) Článek ze 6. čísla magazínu GEOmail (červenec 2010) Chování geotextilií a geomříží v podkladních vrstvách
Efekt „zazubení“ Geomříže
dosahují
pozitivního
mechanického
zazubení
se
zeminou,
což je umožněno tvarem ok, žeber a spojů – viz. obrázek č. 3. Geotextilie spoléhají pouze na povrchové tření, což je nedostatečné k zabezpečení bočního zadržení částic zrnitého zásypového materiálu pod dynamickým dopravním zatížením.
Obrázek č. 3: Zazubení zásypového materiálu do geomříže Deformace povrchu Geotextilie pod zatížením fungují jako tahové membrány. Chceme-li tedy zmobilizovat jejich pevnost, musí dojít ke značné svislé deformaci konstrukčních vrstev. Toto však způsobí vytvoření nepřijatelně hlubokých kolejí v místech pojezdu vozidel – viz. obrázek č. 4. Tento mechanismus práce geotextilií je potvrzen v publikaci Terram Ground Stabilisation (6), vypracované jedním z předních světových výrobců geotextilií: „Přínos separačního prvku závisí na tahových napětích, která mohou být
v
geotextiliích
vyvozena.
Tahová
napětí
jsou
vyvozena
v
případě,
že je povrch konstrukce deformován při každém přejezdu vozidla. To se projeví především při navrhování staveništních vozovek, neboť u trvalých vozovek není možné takové deformace (vyjíždění kolejí), jaké jsou potřebné k vyvození napětí v geotextiliích, připustit.“ I když jsou koleje vyjeté do nestmeleného povrchu pravidelně upravovány, odpovídající
kolej
prokopírovaná
na
zemní
pláň
přetrvává.
Zemní
pláň
je oslabena deformacemi a bude dále degradovat tím, že se bude chovat jako odvodňovací jímka pro vodu, která se dostane k zemní pláni. Hromadění vody ve
vyjetých
kolejích
působí
jako
změkčovadlo
podloží,
což
může
vést
až k předčasnému selhání konstrukce.
Strana 4 (celkem 5) Článek ze 6. čísla magazínu GEOmail (červenec 2010) Chování geotextilií a geomříží v podkladních vrstvách
Obrázek č. 4: Deformace povrchu komunikace Geomříže Tensar nejsou k takovým deformacím náchylné. Projekční metody pro tyto geomříže zajišťují, že jejich spolupůsobením se zrnitým zásypovým materiálem je vytvářena pevná kompozitní struktura, která zůstává v podstatě horizontální, tzn. vznik kolejí je prakticky vyloučen (7). Souhrn Geomříže Tensar TriAx TX a SS instalované ve vozovkách plní funkci stabilizační a mohou také zajistit separaci, zatímco geotextilie plní pouze funkci
separační.
Tyto
dva
materiály
proto
nejsou
přímo
zaměnitelné
bez projekčních posudků a změn.
Literatura: (1) Tensar International, Design curve showing reduced sub-base thickness using Tensar geogrids, Information Bulletin IB/SB3 (2) Webster S L, Geogrid reinforced base courses for flexible pavements for light aircraft. Test Section construction, behaviour under traffic, laboratory tests and design criteria, Geotechnical Laboratory, Department of the Army, Waterways Experiment Station, Corps of Engineers, Report DOT/FAA/RD - 92/95, Mississippi, 1992 (3) Dep’t of Transport Highway & Traffic Advice Note HA 35/87, Structural Design of New Road Pavements. 1987 (4) CIRIA, The construction and performance under traffic of a full-scale experimental road incorporating geotextiles, Technical Note 126, 1986 (5) Webster S L, Geogrid reinforced base courses for flexible pavements for light aircraft:: Literature Review and test section design, Geotechnical Laboratory, Department of the Army, Waterways Experiment Station, Corps of Engineers, Mississippi, 1991 (6) Exxon Chemical, Terram Ground Stabilisation, brochure GEO 040, 1992 (7) Chaddock B C J, Deformation of Road Foundations with Geogrid Reinforcement, TRL Research Report 140,1988
Strana 5 (celkem 5) Článek ze 6. čísla magazínu GEOmail (červenec 2010) Chování geotextilií a geomříží v podkladních vrstvách
