GDDKIA ZALECENIA DOTYCZĄCE STOSOWANIA GEOSYNTETYKÓW W ODWODNIENIACH DRÓG

ZALECENIA DOTYCZCE STOSOWANIA
GEOSYNTETYKÓW W ODWODNIENIACH
DRÓG
ISBN xxxxxxxx Warszawa, 2009
Praca została wykonana na zlecenie Generalnej Dyrekcji Dróg
Krajowych i Autostrad
� Copyright by Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad
Warszawa 2009
ISBN xxxxxxxx
Koordynator serii Zaleceń
prof. dr hab. inż. Dariusz Sybilski
Autorzy opracowania
dr inż. Bolesław Kłosiński
mgr inż. Beata Gajewska
mgr inż. Piotr Rychlewski
Rysunki
mgr inż. Beata Gajewska
mgr inż. Piotr Rychlewski
techn. Aukasz Górecki
Konsultacja
dr inż. Janusz Sobolewski
mgr inż. Cezary Szarugiewicz
Opiniodawcy
dr inż. Wanda Grzybowska
dr inż. Henryk Dąbrowski
Redakcja
mgr Ewa Misiewicz
mgr Justyna Szczepańska
Wydawca
Instytut Badawczy Dróg i Mostów
ul. Jagiellońska 80
03-301 Warszawa
tel. (0-22) 811 3231, fax (0-22) 811 17 92
e-mail:ibdim.edu.pl.
2
Druk
WROCAAWSKA Drukarnia Naukowa PAN
im. Stanisława Kulczyńskiego
53-505 Wrocław, ul. Lelewela 4
tel. (0-71) 349 90 18, fax (0-71) 343 87 78
3
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
SPIS TREŚCI
1 Postanowienia ogólne i określenia 4
1.1 Przedmiot i cel Zaleceń 6
1.2 Zakres opracowania 7
2 Ogólna charakterystyka i właściwości geosyntetyków 8
2.1 Funkcje i nazewnictwo geosyntetyków 8
2.2 Właściwości geosyntetyków 10
2.3 Rodzaje wyrobów geosyntetycznych stosowanych w
odwodnieniach 15
3 Przegląd zastosowań geosyntetyków w odwodnieniach 19
4 Podstawy projektowania odwodnienia z użyciem
geosyntetyków 25
4.1 Dane wejściowe do projektowania 25
4.2 Projektowanie filtrów z geosyntetyków 25
4.2.1 Mechanizm działania filtru geotekstylnego 26
4.2.2 Wymagania hydrauliczne 26
4.2.3 Wymagania dotyczące doboru filtrów 27
4.2.4 Wymagane właściwości mechaniczne geotekstyliów
filtrujących 31
4.2.5 Dobór geosyntetyków przeznaczonych do filtrowania 32
4.3 Projektowanie drenaży z geosyntetyków 35
4.3.1 Właściwości hydrauliczne 35
4.3.2 Właściwości hydrauliczne wyrobów drenażowych 37
4.3.3 Wymagane właściwości mechaniczne wyrobów drenażowych 39
4.4 Drenaż francuski 39
4.5 Pozioma warstwa drenażowa 43
4.6 Uszczelnienia bariery geosyntetyczne 45
5 Transport i składowanie 48
6 Wbudowanie geosyntetyków 49
3
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
7 Wymagania dotyczące trwałości wyrobów 53
8 Badania kontrolne i kryteria odbioru 58
Literatura 59
Spis rysunków 64
Spis tablic 65
4
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
1. Postanowienia ogólne i określenia
1.1. Przedmiot i cel Zaleceń
Przedmiotem Zaleceń są wymagania i wytyczne dotyczące wyrobów
geosyntetycznych stosowanych w odwodnieniach nawierzchni i korpusów dróg,
projektowania i konstruowania odwodnień, ich wykonywania, badań i kontroli.
Zalecenia dotyczą także konstrukcji odwodnień i uszczelnień z zastosowaniem
geosyntetycznych wyrobów filtrujących, drenażowych i ochronnych oraz barier
polimerowych i iłowych.
Celem Zaleceń jest określenie oraz ujednolicenie zasad projektowania
i wykonywania odwodnień drogowych z zastosowaniem wyrobów
geosyntetycznych.
Zalecenia są przeznaczone do stosowania przez administrację drogową,
jednostki projektowe oraz jednostki wykonawcze w planowaniu, projektowaniu,
budowie, nadzorze oraz utrzymaniu i kontroli konstrukcji odwodnień drogowych
z wykorzystaniem wyrobów geosyntetycznych.
Stosowanie geosyntetyków jako warstw filtracyjnych i drenażowych,
a także separacyjnych i wzmacniających podłoże jest zalecane w określonych
przypadkach w Rozporządzeniach Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej
z 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny
odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 43 poz. 430 [41],
w Zał. 4, p. 5 i 7) oraz z 30 maja 2000 r. w sprawie warunków technicznych,
jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie
(Dz. U. nr 63 poz. 735 [42], w rozdziale 4, ż 121 125 i ż 144). Dokumenty te
nie zawierają jednak konkretnych wymagań technicznych oraz organizacyjnych
i w tym zakresie uzupełniają je niniejsze Zalecenia. Należy je stosować łącznie
z innymi przepisami oraz normami.
Niniejsze Zalecenia opracowano m.in. na podstawie wiedzy zawartej
w literaturze zestawionej na końcu pracy. Przy opracowywaniu Zaleceń
korzystano również z doświadczeń przedstawicieli firm, których wyroby są
produkowane i stosowane na terenie Polski. Wszystkim im autorzy składają
serdeczne podziękowania za współpracę w tworzeniu tego opracowania.
Niniejsze Zalecenia stanowią jeden z siedmiu tomów pracy naukowo-
badawczej dotyczącej analizy metod poprawy stanu odwodnienia dróg
i należących do nich drogowych obiektów inżynierskich. Treść i rozwiązania
przedstawione w niniejszym zeszycie nie są sprzeczne z treścią i rozwiązaniami
zawartymi w pozostałych zeszytach Zaleceń.
5
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
1.2. Zakres opracowania
Wyczerpujące zalecenia odnośnie do powierzchniowego i wgłębnego
odwodnienia dróg zawiera Zeszyt 1 Zalecenia projektowania, budowy
i utrzymania Zaleceniach omówiono zasady stosowania wyrobów
geosyntetycznych odwodnienia dróg oraz przystanków komunikacyjnych.
W niniejszych spełniających w budowlach drogowych funkcje
filtrowania, drenowania i uszczelnienia (bariery).
W Zaleceniach przedstawiono:
Ż# charakterystykę wyrobów geosyntetycznych stosowanych
w odwodnieniach drogowych, funkcje i właściwości geosyntetyków,
Ż# rozwiązania zastosowań geosyntetyków w odwodnieniach,
Ż# zasady projektowania odwodnień z wykorzystaniem geosyntetyków,
Ż# zasady wykonywania elementów odwadniających podłoże nawierzchni
i korpus drogowy,
Ż# metody badań wyrobów i konstrukcji odwodnień, zasady kontroli
i kryteria odbioru robót.
Zalecenia nie obejmują zagadnień odwodnień ścian oporowych,
przyczółków, tuneli i innych budowli inżynierskich. Zagadnienia te są
omówione w oddzielnych zeszytach, dotyczących odwodnień takich konstrukcji.
6
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
2. Ogólna charakterystyka i właściwości geosyntetyków
2.1. Funkcje i nazewnictwo geosyntetyków
W geotechnice oraz inżynierii komunikacyjnej powszechnie stosowane są
geosyntetyki, do których należą m.in. geotekstylia, bariery geosyntetyczne i inne
wyroby pokrewne.
Zgodnie z normą PN-EN ISO 10318:2007 wyróżnia się następujące
podstawowe funkcje geosyntetyków stosowanych w odwodnieniu dróg:
Filtrowanie - zapobieganie przenikaniu gruntu lub innych cząstek, poddanych
działaniu sił hydrodynamicznych, przy jednoczesnym umożliwieniu przepływu
płynów wewnątrz albo przez wyrób geotekstylny lub pokrewny,
Drenowanie - zbieranie i transportowanie przesiąkającej wody gruntowej i (lub)
innych płynów w płaszczyznie wyrobu geotekstylnego lub pokrewnego,
Bariery (uszczelnienia) - zastosowanie geosyntetyku w celu zapobieżenia lub
ograniczenia migracji płynów.
W systemach drenażowych geosyntetyki najczęściej pełnią rolę filtru.
Funkcje tę pełnią zwykle geowłókniny.
Funkcje drenażowe mogą pełnić geokompozyty drenażowe lub też
wyjątkowo grube geowłókniny o odpowiednich właściwościach.
Zastosowanie barier geosyntetycznych jako uszczelnień ma na celu
zabezpieczenie przed przenikaniem wody przez konstrukcję oraz ograniczenie
zanieczyszczenia wód gruntowych i zasobów wodnych.
Geosyntetyki można też wykorzystać do powierzchniowego
zabezpieczenia przeciwerozyjnego - zastosowania wyrobu geotekstylnego lub
pokrewnego w celu ograniczenia lub zapobieżenia przemieszczaniu się gruntu
lub innych cząstek na powierzchni np. skarpy.
Norma PN-EN ISO 10318:2007 definiuje wyrób geotekstylny (GTX) jako
płaski, przepuszczalny, polimerowy (syntetyczny lub naturalny) wyrób
tekstylny, który może być nietkany, tkany lub dziany, stosowany w kontakcie
z gruntem i/lub innymi materiałami w geotechnice i budownictwie. Należy
zwrócić uwagę na spotykane błędne określanie wszystkich geotekstyliów
terminem "geowłókniny". Z kolei geotekstylne wyroby pokrewne to płaskie,
7
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
przepuszczalne, polimerowe (syntetyczne lub naturalne) wyroby, które nie
odpowiadają definicji wyrobu geotekstylnego.
Wyróżnia się następujące rodzaje geosyntetyków stosowanych
w odwodnieniach:
Geotekstylia - grupa wyrobów obejmująca m. in. geotkaniny i geowłókniny
- Geowłókniny (GTX-N) - wyroby tekstylne, wytworzone
z ukierunkowanych lub losowo rozłożonych włókien ciągłych lub
ciętych, lub innych elementów, łączonych mechanicznie i/lub termicznie
i /lub chemicznie.
Geotkaniny (GTX-W) wyroby tekstylne, wytworzone z dwóch (lub
więcej) układów przędz, włókien ciągłych, taśm lub innych elementów,
przeplatanych zwykle pod kątem prostym.
Geotekstylne wyroby pokrewne:
- Georuszt drenażowy (GNT) - geosyntetyk składający się z układu
równoległych żeber, ułożonego na podobnym układzie żeber, przy czym
oba te układy przecinają się pod dowolnym kątem i są ze sobą trwale
połączone.
- Geotaśma (GST) - polimerowy wyrób w formie taśmy o szerokości nie
większej niż 200 mm, stosowany w kontakcie z gruntem i/lub innymi
materiałami w geotechnice i budownictwie.
Geosyntetyk dystansujący (GSP) - polimerowy wyrób o przestrzennej
strukturze, zaprojektowany w celu wytworzenia w gruncie (lub innym materiale)
wolnej przestrzeni, stosowany w geotechnice i budownictwie.
Bariera geosyntetyczna (GBR) - wyrób geosyntetyczny o małej
przepuszczalności, stosowany w geotechnice i budownictwie, w celu
uniemożliwienia lub ograniczenia swobodnego przepływu płynów przez
konstrukcję; wyróżnia się następujące rodzaje barier:
- Geosyntetyczna bariera polimerowa (GBR-P) - łączona w zakładzie
produkcyjnym konstrukcja z wyrobów geosyntetycznych w formie
arkusza, funkcję uszczelnienia zasadniczo pełnią wyroby polimerowe.
- Geosyntetyczna bariera iłowa (GBR-C) - łączona w zakładzie
produkcyjnym konstrukcja z wyrobów geosyntetycznych w formie
arkusza, funkcję uszczelnienia zasadniczo pełni materiał iłowy.
- Geosyntetyczna bariera bitumiczna (GBR-B) - łączona w zakładzie
produkcyjnym konstrukcja z wyrobów geosyntetycznych w formie
arkusza, funkcję uszczelnienia zasadniczo pełni wyrób bitumiczny.
8
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Geokompozyt (GCO) - materiał powstały w wyniku trwałego połączenia
geosyntetyku z innym materiałem, którym np. może być inny geosyntetyk, płyty
z tworzywa sztucznego, itp. (geosyntetyki).
Geomata (GMA) - wyrób o przestrzennej, przepuszczalnej strukturze,
wytworzony z polimerowych jednolitych włókien ciągłych i/lub innych
elementów (syntetycznych lub naturalnych), łączonych mechanicznie i /lub
termicznie i /lub chemicznie lub w inny sposób.
Geosyntetyk komórkowy (GCE) - polimerowy (syntetyczny lub naturalny)
wyrób o przestrzennej, przepuszczalnej strukturze w formie plastra miodu lub
podobnej strukturze komórkowej, wytworzony z połączonych ze sobą taśm
geosyntetyków.
W normie PN-EN ISO 10318:2007 wyróżniono następujące terminy
związane z właściwościami hydraulicznymi geosyntetyków:
Charakterystyczna wielkość porów O90 [źm] - wielkość porów odpowiadająca
średnicy miarodajnej ziaren gruntu, przesianych przez wyrób geotekstylny,
których zawartość wraz z mniejszymi stanowi 90 % masy gruntu.
Współczynnik przepuszczalności prostopadle do płaszczyzny wyrobu kn
[m/s] - stosunek prędkości przepływu � do gradientu hydraulicznego i.
Strumień przepływu qn [l/(m2�s)] - objętościowa prędkość przepływu na
jednostkę powierzchni prostopadle do płaszczyzny wyrobu przy określonym
naporze hydraulicznym.
Wskaznik prędkości przepływu �-index [mm/s] - prędkość odpowiadająca
spadkowi naporu hydraulicznego o wartość 50 mm na grubości próbki
w badaniu wodoprzepuszczalności.
Zdolność przepływu w płaszczyznie wyrobu qp [l/(m�"s)] - objętościowa
prędkość przepływu wody i/lub innych płynów na jednostkę szerokości badanej
próbki, przy określonych gradientach w płaszczyznie wyrobu.
Przepuszczalność właściwa Ś (ang. transmissivity) [l/(m�s)] - zdolność
przepływu w płaszczyznie wyrobu, określona przy gradiencie hydraulicznym
równym 1.
9
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Współczynnik przepuszczalności w płaszczyznie wyrobu kp [m/s] - stosunek
zdolności przepływu w płaszczyznie qp do grubości wyrobu d i do gradientu
hydraulicznego i.
Gradient hydrauliczny i [-] - stosunek całkowitego spadku naporu
hydraulicznego "h wzdłuż próbki, do jej długości l w kierunku przepływu.
Kolmatacja - zatykanie i/lub blokowanie porów wyrobu prowadzące do
redukcji jego wydajności hydraulicznej.
Zatykanie - gromadzenie się cząstek gruntu i/lub innych materiałów wewnątrz
wyrobu prowadzące do redukcji jego wydajności hydraulicznej.
Blokowanie - gromadzenie się cząstek gruntu i/lub innych materiałów na
powierzchni wyrobu prowadzące do redukcji jego wydajności hydraulicznej.
Szczelność na ciecze - spełnienie przez geosyntetyk wymagań właściwej
specyfikacji wyrobu określającej metodę badania i kryteria dopuszczalności,
np. końcowy lub maksymalny dopuszczalny strumień przepływu.
2.2. Właściwości geosyntetyków
Głównymi surowcami do wyrobu geosyntetyków są polipropylen PP,
poliester PET (PES) i polietylen wysokiej gęstości HDPE, w mniejszym zakresie
poliamidy PA i inne, a także specjalne tworzywa o dużej sztywności na
rozciąganie, małym pełzaniu i dobrej odporności chemicznej, jak
poliwinyloalkohol PVA i aramid A. Jako powłoki osłaniające stosuje się
polichlorek winylu PVC, polietylen PE, żywice akrylowe i bitumy.
Geosyntetyczne bariery polimerowe mają postać pasm ekstrudowanych
folii, wytłaczanych z rozdmuchem lub kalandrowanych. Najczęściej są
wykonywane z HDPE, rzadziej z PVC, PELD lub PP.
Geosyntetyczne bariery iłowe składają się z osłony geowłókninowej
wypełnionej sproszkowanym lub granulowanym iłem, najlepiej bentonitem
sodowym.
Geosyntetyczne bariery bitumiczne są rzadziej stosowane.
Wyroby geotekstylne stosowane w systemach drenażowych
charakteryzują m.in. następujące grupy parametrów:
Ż# cechy geometryczne i masa powierzchniowa,
Ż# właściwości fizyczno-mechaniczne,
Ż# odporność na uszkodzenia mechaniczne podczas wbudowania i w czasie
eksploatacji (pod obciążeniami cyklicznymi lub dynamicznymi),
10
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Ż# właściwości hydrauliczne,
Ż# odporność fizyczno-chemiczna i biologiczna.
Ogólne wymagania dotyczące właściwości wyrobów stosowanych
w systemach drenażowych oraz metody badań określa norma PN-EN 13252.
Podstawowe informacje zawiera tablicy 2.1.
Tablica 2.1. Wymagania dotyczące geotekstyliów i wyrobów pokrewnych
stosowanych w systemach drenażowych według PN-EN 13252
Funkcja
Nr Właściwość Metoda badań Rozdzie-
Filtrowanie Drenaż
lanie
1 Wytrzymałość na rozciąganieb EN ISO 10319 H H H
Wydłużenie przy maksymalnym
2 EN ISO 10319 A A A
obciążeniu
Wytrzymałość na rozciąganie
3 EN ISO 10321 S S S
szwów i połączeń
Odporność na przebicie
4 EN ISO 12236 S H --
statyczne (CBR)a b
Odporność na przebicie
5 EN 918 H A --
dynamicznea
prEN ISO
12957-1:1997 i
6 Właściwości tarcia S S S
prEN ISO
12957-2:1997
7 Pełzanie przy ściskaniu EN 1897 -- -- A
Uszkodzenia w czasie ENV ISO
8 A A A
wbudowania 10722-1
Charakterystyczna wielkość
9 EN ISO 12956 H A --
porów
Wodoprzepuszczalność w
10 kierunku prostopadłym do EN ISO 11058 H A --
powierzchni wyrobu
Zdolność przepływu wody w
11 EN ISO 12958 -- -- H
płaszczyznie wyrobu
zgodnie z
12 Trwałość H H H
aneksem B
Odporność na starzenie się w
12.1 EN 12224 A A A
warunkach atmosferycznych
ENV ISO
Odporność na degradację 12960 lub
12.2 S S S
chemiczną ENV ISO 1343
8, ENV 12447
Odporność na degradację
12.3 EN 12225 S S S
mikrobiologiczną
11
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Oznaczenia:
H: właściwość wymagana do harmonizacji
A: właściwość ważna we wszystkich warunkach stosowania
S: właściwość ważna w specyficznych warunkach stosowania
--: właściwość nieistotna dla danej funkcji
a
zaleca się brać pod uwagę, że badanie to może nie mieć zastosowania w przypadku niektórych
wyrobów, np. geosiatek (georusztów).
b
oznaczenie H w przypadku właściwości mechanicznych (wytrzymałość na rozciąganie i
przebicie statyczne) oznacza, że producent powinien dostarczyć dane z obu badań. W specyfikacji
wyrobu wystarczy zamieścić tylko jeden z tych parametrów, albo wytrzymałość na rozciąganie
albo na przebicie statyczne.
Geosyntetyki stosowane jako bariery uszczelniające charakteryzują
m.in. następujące grupy parametrów:
Ż# cechy geometryczne i masa powierzchniowa,
Ż# właściwości fizyczno-mechaniczne,
Ż# odporność na uszkodzenia mechaniczne podczas wbudowania i w czasie
eksploatacji (pod obciążeniami cyklicznymi lub dynamicznymi),
Ż# odporność fizyczno-chemiczna i biologiczna,
Ż# szczelność na ciecze.
Ogólne wymagania dotyczące właściwości barier stosowanych
w infrastrukturze transportowej oraz metody badań określa norma EN 15382.
Podstawowe informacje zawiera tablica 2.2.
Tablica 2.2. Wymagania dotyczące barier geosyntetycznych stosowanych
w infrastrukturze transportowej według prEN 15382
Wymaganie Metody badań
Nr Badana właściwość Uwagi
GBR-P GBR-B GBR-C GBR-P GBR-B GBR-C
Właściwości fizyczne
EN
1 Grubość A A A EN 1849-2 EN 1849-1
9863-1
EN 14196:
2 Masa powierzchniowa A A A EN 1849-2 EN 1849-1
2003
Właściwości hydrauliczne
Wodoprzepuszczalność ASTM D
3 H H H EN 14150 EN 14150
(szczelność na ciecze) 5887-95
ASTM D
4 Wskaznik pęcznienia - - A - -
5890-95
Właściwości mechaniczne
W przypadku GBR-P należy
stosować normę ISO 527
Wytrzymałość na EN ISO
5 H H H EN ISO 527 EN 12311-1 część 1 i 3, badać próbki
rozciąganie 10319
numer 5 przy prędkości 100
mm/min.
12
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
W przypadku GBR-P należy
stosować normę ISO 527
część 1 i 3, badać próbki
EN ISO numer 5 przy prędkość 100
6 Wydłużenie A A A EN ISO 527 EN 12311-1
10319 mm/min; obliczyć wydłużenie
zgodnie z ISO 527-1:1996,
10.2 stosując pomiar
odległości zacisków
EN ISO EN ISO EN ISO
7 Przebicie statyczne H H H
12236 12236 12236
W przypadku GBR-P należy
Wytrzymałość na stosować metodę B, próbkę
8 S S - ISO 34-1 EN 12310-1 -
rozdzieranie kątową bez nacięcia (rysunek
2) przy prędkości 50 mm/min
Tarcie bezpośrednie EN ISO EN ISO EN ISO
9 S S S
ścinanie 12957-1 12957-1 12957-1
Tarcie pochylona EN ISO EN ISO EN ISO
10 S S S
płaszczyzna 12957-2 12957-2 12957-2
Właściwości termiczne
Zachowanie w niskich
11 temperaturach S S - EN 495-5 EN 1109 -
(giętkość)
Rozszerzalność ASTM D
12 A - - - -
termiczna 696-91
Trwałość i odporność chemiczna
EN GBR-C: patrz 4.3.5 normy
13 Wpływy atmosferyczne H H - EN 12224 EN 12224
12224 EN 15382
14 Mikroorganizmy A A A EN 12225 EN 12225 EN 12225
W przypadku składników
geotekstylnych i przędz
EN ISO
15 Utlenianie H H H EN 14575 EN 14575 zbrojących w barierach GBR-
13438
C, zastosowanie ma prEN ISO
13438
GBR-C: odpowiednia tylko
Korozja naprężeniowa
w przypadku składników
16 wskutek oddziaływań H - H EN 14576 - EN 14576
polimerowych wchodzących
środowiska
w skład barier GBR-C
Wypłukiwanie
17 A A A EN 14415 EN 14415 EN 14415
(rozpuszczalność)
CEN/TS
18 Nawilżanie / suszenie - - A - -
14417
Zamrażanie / CEN/TS
19 - - A - -
rozmrażanie 14418
CEN/TS CEN/TS CEN/TS
20 Wnikanie korzeni A A A
14416 14416 14416
EN EN EN
21 Odporność chemiczna S S S 14414:2004, 14414:2004, 14414:2004,
Załącznik B Załącznik B Załącznik B
Odniesienia:
H: wymagane do harmonizacji; A: odnoszące się do wszystkich warunków zastosowań; S: związane ze specyficznymi warunkami stosowania; -:
nie związane; oznaczenia GBR-P, -B, -C wg 2.1 s. 9.
UWAGA W przypadku szczególnych zastosowań mogą być wymagane dodatkowe właściwości i - najlepiej znormalizowane - metody badań, pod
warunkiem że są one technicznie uzasadnione i nie są sprzeczne z normami europejskimi. Zaleca się określenie projektowanego okresu
użytkowania wyrobu, ponieważ może on pełnić swoją funkcję tymczasowo jako zabezpieczenie konstrukcji, lub na stałe w całym okresie
użytkowania konstrukcji.
13
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
2.3. Rodzaje wyrobów geosyntetycznych stosowanych
w odwodnieniach
W systemach drenażowych najczęściej stosowane są następujące rodzaje
geosyntetyków:
Ż# Geowłókniny,
Ż# Geotkaniny,
Ż# Geokompozyty,
Ż# Bariery geosyntetyczne (bariery polimerowe są często nazywane
geomembranami, a iłowe bentomatami lub matami bentonitowymi).
Geowłókniny (rys. 2.1.)
Geowłókniny mogą być igłowane z włókien ciętych lub ciągłych
(łączone mechanicznie), termozgrzewane, zgrzewane chemicznie.
Rys. 2.1. Przykłady geowłóknin
Geotkaniny (rys. 2.2.)
Geotkaniny mogą być tkane z monofilamentów (głównie tkaniny
poliestrowe) lub z tasiemek (tkaniny polipropylenowe).
14
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Rys. 2.2. Przykłady geotkanin
Geokompozyty drenażowe
Geokompozyty drenażowe to struktura przestrzenna, jednostronnie lub
dwustronnie przepuszczalna. Składa się ona z rdzenia (np. georuszt drenażowy
lub geosyntetyk dystansujący) osłoniętego jednostronnie lub dwustronnie
przepuszczalnym geosyntetykiem filtracyjnym (geowłóknina, geotkanina).
O wydajności (wodoprzepuszczalności w płaszczyznie drenu) decydują
w znacznym stopniu kształt i struktura rdzenia. Przykłady geokompozytów
z rdzeniem pokazano na rys. 2.3. i rys. 2.4. Geokompozyty mogą być
wytwarzane w postaci pasm, które następnie są łączone (głównie na zakład) -
jest to tzw. drenaż powierzchniowy. Mogą być też wytwarzane w postaci
wąskich pasów lub taśm jako gotowe dreny. Dreny geokompozytowe mogą być
połączone z rurką drenarską.
a. b. c.
Rys. 2.3. Przykłady geokompozytów (a. georuszt drenażowy + jednostronnie
geowłóknina, b. georuszt drenażowy + obustronnie geowłóknina,
c. rdzeń: geomata + obustronnie geowłóknina)
15
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Rys. 2.4. Przykładowe rodzaje geokompozytów
Innym rodzajem stosowanych obecnie wyrobów drenażowych są
geokompozyty wytworzone zwykle z trzech warstw geowłókniny połączonych
mechanicznie (przez igłowanie). Dodatkowo między jedną z zewnętrznych
i wewnętrzną warstwą umieszczone są cienkie rureczki drenarskie w rozstawie
zwykle od 0,25 do 1,0 m. Przykład takiego kompozytu pokazano na rys. 2.5.
Rys. 2.5. Przykład geokompozytu warstwowego z mini-drenami
16
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Bariery
Bariera polimerowa ma postać arkusza, o gładkiej lub teksturowanej
powierzchni. Bariera iłowa to struktura przestrzenna składająca się z rdzenia
bentonitowego osłoniętego dwustronnie geowłókniną. Przykłady barier
o teksturowanej powierzchni pokazano na rys. 2.6.
Rys. 2.6. Przykłady polimerowych barier geosyntetycznych o teksturowanej powierzchni
17
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
3. Przegląd zastosowań geosyntetyków w odwodnieniach
Podstawowe zastosowania geosyntetyków w odwodnieniach podano
w tablicy 3.1.
Tablica 3.1. Przegląd zastosowań geosyntetyków w odwodnieniach
Typowe Korzyści z
Funkcje geosyntetyków Zasada działania Rodzaje materiałów Istotne właściwości
zastosowania zastosowania
Zapobieganie Nasypy na słabym Geowłókniny, Wytrzymałość na Wzrost nośności i
mieszaniu się podłożu, geotkaniny, przebicie, wydłużenie przy trwałości. Poprawa
ROZDZIELANIE
różnych gruntów podbudowy, geowłókniny zerwaniu, odwodnienia.
(SEPARACJA)
lub kruszyw nawierzchnie z wzmocnione przepuszczalność, wymiar
kruszyw porów, trwałość
Zatrzymywanie Osłony drenów z Geowłókniny, Wymiar porów, Zapobieganie sufozji
cząstek gruntu rur lub kruszywa; ew. geotkaniny wodoprzepuszczalność gruntu i kolmatacji
FILTROWANIE
gabionów pod obciążeniem, drenów
wytrzymałość, trwałość
Zbieranie wód, Odwodnienie pod Maty drenujące, Wodoprzepuszczalność Skuteczne
ułatwianie nawierzchniami, geowłókniny pod obciążeniem, wymiar odwodnienie, wzrost
odpływu wód i nasypami, porów, grubość pod nośności i trwałości
DRENAŻ
gazów składowiskami, obciążeniem,
za ścianami wytrzymałość, trwałość
oporowymi,
Zapobieganie Powierzchnie geomaty płaskie, Wytrzymałość, Zwiększenie
rozmyciu skarp budowli przestrzenne; wydłużenie przy zerwaniu, stateczności i
powierzchni ziemnych geosyntetyki możliwość wzrostu roślin, trwałości; mniejsze
OCHRONA SKARP
gruntu; komórkowe; trwałość; w przypadku koszty utrzymania
PRZED EROZJ
wspomaganie geowłókniny przestrzennych także
okrywy roślinnej. perforowane, gęste grubość;
geosiatki; biowłókniny
Zapobieganie Dno rzek przy Geowłókniny, Wytrzymałość, Zwiększenie
rozmyciu dna i podporach, brzegi geowłókniny wydłużenie przy zerwaniu, stateczności i
OCHRONA PRZED
brzegów cieków cieków, stożki wzmocnione; wymiar porów, trwałości; mniejsze
ROZMYCIEM
przyczółków maty płaskie, przepuszczalność, koszty utrzymania
przestrzenne trwałość
Zapobieganie Ochrona Grube geowłókniny, Wytrzymałość na Trwałość i skuteczność
przebiciu izolacji z uszczelnień geowłókniny przebicie, grubość, masa uszczelnień
OCHRONA PRZED barier zbiorników, rowów wzmocnione, folie z powierzchniowa, trwałość
PRZEBICIEM geosyntetycznych wytłoczeniami
(geosyntetyki
dystansujące).
Uniemożliwienie Uszczelnienia bariery geosyntetyczne Szczelność, wytrzymałość Ochrona podłoża i
przenikania cieczy zbiorników, rowów polimerowe, iłowe i na przebicie, odporność na wód gruntownych
BARIERY
i zanieczyszczeń i podłoża przed bitumiczne starzenie przed
(USZCZELNIENIA)
zanieczyszczonymi zanieczyszczeniem
spływami z dróg
W odwodnieniach geosyntetyki są najczęściej używane jako filtr
pomiędzy zalegającym gruntem a materiałem odprowadzającym wodę. Niektóre
wyroby (np. geokompozyty drenażowe) pełnią także funkcje drenażowe. Wśród
stosowanych rozwiązań można wyróżnić m.in.:
drenaż francuski (w inżynierii komunikacyjnej często nazywany podłużnym lub
poziomym rys. 3.1. i 3.2.), składa się z sączka wykonanego z materiału
mineralnego kruszywa, tłucznia itp. albo z elementów z tworzyw sztucznych,
otoczonego materiałem geotekstylnym.
18
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Wodoprzepuszczalność materiału geotekstylnego powinna zapewnić
przepływ wody odprowadzanej z otaczającego gruntu do wnętrza filtru. Pole
przekroju poprzecznego drenu wyznacza się w zależności od ilości wody, jaką
należy odprowadzić oraz uziarnienia materiału mineralnego wypełniającego
dren.
Zaletą drenu francuskiego, w stosunku do rowu otwartego, jest możliwość
zagospodarowania powierzchni nad drenem np. na wykonanie chodnika.
Rys. 3.1. Schemat drenu francuskiego: a) bez rury drenarskiej, b) z rurą drenarską
Rys. 3.2. Rozwiązania drenu francuskiego
19
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Błędem jest owijanie geosyntetykiem samej rury drenarskiej zamiast
całego drenu z kruszywem, gdyż wówczas osłona łatwo ulega kolmatacji. Rura
nie powinna być ułożona na dnie drenu, lecz co najmniej 50 mm wyżej.
Odmianą drenów francuskich są dreny wypełnione skrzynkami
plastikowymi zamiast kruszywa (rys. 3.3.). Można z nich tworzyć dreny lub
zbiorniki o dowolnych kształtach i wymiarach. Zaletą ich jest bardzo duża
pojemność retencyjna - rzędu 95 % objętości.
Rys. 3.3. Przykład drenu ze skrzynkami plastikowymi
Dopuszczalne obciążenie i zagłębienie skrzynek zależy od parametrów
konkretnych wyrobów. Minimalne przykrycie skrzynek, w terenach
zielonych wynosi 0,3 m, na powierzchniach obciążonych pojazdami 0,8 m.
Jako ich osłona zalecana jest włóknina o wskazniku GRK4, spełniająca
wymagania filtracyjne.
20
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
" drenaż powierzchniowy (warstwowy) (rys. 3.4),
Rys. 3.4. Schemat warstwy drenującej
dreny z geokompozytów (rys. 3.5.), układ złożony z filtru geotekstylnego
i rdzenia (georusztu drenażowego, folii z wytłoczeniami itp.), przewodzącego
wodę do rury drenarskiej. Rura może być owinięta geokompozytem dobrze
przepuszczającym wodę, natomiast folia powinna sięgać tylko do rury.
Rys. 3.5. Przykład drenu geokompozytowego (dren żebrowy)
Dreny z geokompozytów mogą być stosowane również jako dreny
poziome i ukośne (np. układane na styku korpusu nasypu i zasypki ściany
oporowej rys. 3.6.).
21
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Rys. 3.6. Przykład drenu geokompozytowego odwadniającego powierzchnię skarpy
( wg [53])
bariery geosyntetyczne
Bariery polimerowe i bentonitowe służą do uszczelniania podłoża
nawierzchni, zbiorników, rowów itp. Przykłady stosowania barier
geosyntetycznych w inżynierii komunikacyjnej pokazano na rys. 3.7.
Rys. 3.7. Przykład zastosowania bariery geosyntetycznej
Szczegółowe rozwiązania techniczne z zastosowaniem barier
geosyntetycznych zawierają EN 15382 i publikacja [55].
22
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
ochrona przeciwerozyjna
W razie potrzeby geosyntetyki mogą być stosowane do ochrony skarp
przed erozją powierzchniową. W tym celu stosowane są geomaty płaskie
i przestrzenne, rzadziej geosyntetyki komórkowe. Stosowane są również wyroby
biodegradowalne, wykonane z materiałów roślinnych (len, bawełna, juta lub
włókno kokosowe itp.). Materiały przeciwerozyjne wspomagają obudowę
roślinną porastającą skarpy.
Materiały do ochrony przeciwerozyjnej są bardzo różnorodne
i specyficzne. Aby w pełni wykorzystać ich właściwości, przy wyborze
i wbudowaniu tych materiałów należy kierować się parametrami konkretnych
wyrobów oraz szczegółowymi instrukcjami producentów.
Ogólne zalecenia wykonywania zabezpieczeń przeciwerozyjnych
z użyciem geosyntetyków zawiera specyfikacja D-06.01.01, a zadarniania
powierzchni biowłókniną również norma PN-B-12074:1998.
23
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
4. Podstawy projektowania odwodnienia z użyciem
geosyntetyków
4.1. Dane do projektowania
Do zaprojektowania odwodnienia należy określić:
- właściwości odwadnianego gruntu:
" krzywą uziarnienia i wartość CU = U = d60/d10 gruntu, który ma być
filtrowany,
" wodoprzepuszczalność gruntu - współczynnik filtracji k [m/s],
" wymagany wydatek drenu Q [m3/s] w najczęściej występujących
warunkach, zależny od przewidywanych opadów lub napływu wody
gruntowej,
" planowane zastosowanie spoiw hydraulicznych (wapna, cementu) lub
możliwość kontaktu ze świeżym betonem (wpływ działania
środowiska alkalicznego o pH > 9);
- właściwości zasypki drenaży:
" rodzaj materiału (kruszywo naturalne czy łamane),
" największe ziarno i zakres frakcji,
" nacisk nadkładu na geosyntetyk.
4.2. Projektowanie filtrów z geosyntetyków
Geotekstylia stosowane w systemach drenażowych powinny spełniać
odpowiednie kryteria dotyczące właściwości hydraulicznych i mechanicznych.
Kryterium dotyczące właściwości hydraulicznych gwarantuje, że geotekstylia są
zdolne do pełnienia funkcji drenażowych lub filtracyjnych w ciągu
projektowanego okresu eksploatacji. Wśród nich można wyróżnić kryteria:
zatrzymywania cząstek gruntu, przepuszczalności i odporności na kolmatację.
Kryterium dotyczące właściwości mechanicznych gwarantuje zachowanie
trwałości struktury geotekstyliów zarówno podczas wbudowania, jak
i w projektowanym okresie eksploatacji. Kryterium to obejmuje długoterminową
wytrzymałość mechaniczną na rozciąganie i przebicie.
Należy podkreślić, że choć wieloletnie doświadczenia wykazały
przydatność filtrów geotekstylnych i obecnie wypierają one rozwiązania
tradycyjne, to dotychczas nie wypracowano jednoznacznych zasad
projektowania i spotyka się rozbieżne zalecenia. Przy doborze materiałów
filtrów celowe jest korzystanie z doradztwa ich dostawców. Poniżej
zamieszczono wskazówki dotyczące projektowania, zaczerpnięte z aktualnych,
24
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
ogólnie uznanych dokumentów zagranicznych. Projektując filtry celowe jest
przyjmowanie raczej za dużych wymiarów porów geotekstyliów O90, co może
wywołać pewne ubytki chronionego gruntu, niż za małych, co spowoduje
szybką kolmatację filtru i może doprowadzić do znacznych szkód i zniszczeń.
4.2.1. Mechanizm działania filtru z geosyntetyków
Materiał geotekstylny, aby skutecznie spełniał rolę filtru, powinien
zapobiegać erozji wewnętrznej gruntu. Jednocześnie rozmiary porów nie
powinny być zbyt małe, by nie ulegały kolmatacji i nie malała ich
przepuszczalność. Kryteria doboru filtrów geotekstylnych zależą od warunków
przepływu. W typowych zastosowaniach do drenażu występuje ustalony
jednokierunkowy przepływ laminarny.
Charakterystyczny wymiar porów geotekstyliów O90 wyznacza się
zgodnie z normą PN-EN ISO 12956. Rozkład rozmiarów porów geotekstyliów
określa się metodą przesiewania. Na podstawie wyników badań można
skonstruować krzywą rozkładu rozmiarów porów materiału. Wymiary porów
geotekstyliów tkanych są relatywnie równomierne, podczas gdy w
geowłókninach zmieniają się w szerszym zakresie. Przedstawiono to na rys. 4.1.
W praktyce największy rozmiar porów włókniny odpowiada wartości O98.
Norma PN-ISO 10318 jako decydujący o zachowaniu uznaje charakterystyczny
wymiar porów O90. Niektóre zasady filtrowania przyjmują za podstawę inne
rozmiary porów np. O50 lub O95.
Rys. 4.1. Krzywe rozmiarów porów tkaniny i włókniny
o jednakowej średnicy O50
Podczas przepływu wody przez układ grunt-materiał geotekstylny grubsze
ziarna gruntu wytwarzają sklepienia ponad otworami materiału geotekstylnego.
Pozwala to, by drobniejsze cząstki przylegające do materiału przepłynęły przez
pory materiału geotekstylnego i zostały wypłukane przez płynącą wodę. Jeżeli
25
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
nie występuje sufozja gruntu, tj. migracja bardzo drobnych cząstek gruntu przez
pory szkieletu gruntowego, układ stabilizuje się bardzo szybko i nie ma zmian
struktury gruntu oddalonego od filtru. Nad powierzchnią materiału
geotekstylnego tworzy się tzw. filtr odwrotny przedstawiony na rys. 4.2.
Zarówno tkaniny, jak i włókniny wykazują początkowo pewien spadek
przepuszczalności poprzecznej systemu, aż do wytworzenia się stanu stabilnego.
Warunki stanu stabilnego zostaną osiągnięte tylko wtedy, gdy filtr jest
prawidłowo zaprojektowany, tzn. dostosowany do układu. Filtr powinien być
dobrany tak, aby przepływ hydrauliczny był ustalony, co ułatwi powstanie sieci
sklepień oraz, jeśli to możliwe, strefy filtru w gruncie.
Rys. 4.2. Zasada działania filtru geotekstylnego. Od lewej: uziarnienie naturalne; filtr
w gruncie; strefa sklepień; materiał geotekstylny; kruszywo drenu (wg [49])
4.2.2. Wymagania hydrauliczne
Materiały geotekstylne stosowane jako osłony filtrujące w układach
drenażowych powinny zapewniać dostateczną wodoprzepuszczalność,
umożliwiać przepływ wody bez jej podpiętrzania, a także mieć zdolność
zatrzymywania zapobiegającą wypłukiwaniu gruntu podłoża. Te dwa kryteria są
przeciwstawne, dlatego wybór materiału filtra jest kompromisem. Materiał
geotekstylny powinien mieć charakterystyczny wymiar porów wystarczająco
mały, aby zatrzymać grunt i wystarczająco duży, aby umożliwić swobodny
przepływ wody, a także przejście przez filtr najdrobniejszych cząstek gruntu
niesionym przez wodę [50]. Na skutek migracji drobnych cząstek gruntu
i zatrzymywania ich filtr ulega kolmatacji. Powoduje to spadek jego
przepuszczalności.
26
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Właściwości hydrauliczne badane są według norm ISO lub EN i ich
wersji krajowych.
Współczynnik wodoprzepuszczalności prostopadłej do materiału kn
powinien być ogólnie co najmniej 10 do 50-krotnie większy od współczynnika
filtracji odwadnianego gruntu i wynosić kn e" 10-4 m/s przy nacisku prostopadłym
2 kPa. W celu zapewnienia długotrwałej przepuszczalności zalecana jest
[SN 640 552a:1997, 52] wartość kn co najmniej 100 razy większa niż
chronionego gruntu, uwzględniając wpływ ściśnięcia geowłókniny przez nacisk
gruntu oraz zatykanie porów, zwłaszcza w warunkach działania obciążeń
dynamicznych.
Aby geosyntetyki mogły prawidłowo pełnić funkcję drenażu zaleca się
współczynnik wodoprzepuszczalności w płaszczyznie materiału kp e" 10-3 m/s
przy nacisku 2 kPa. Należy mieć na uwadze, że rzeczywiste naciski
w konstrukcjach mogą być dużo większe.
Wpływ obciążenia, jakiemu poddawany jest materiał geotekstylny,
powinien być uwzględniany w przypadku geowłóknin, gdyż ich ściśnięcie
powoduje zmniejszenie wymiarów porów i wodoprzepuszczalności. Wpływ ten
powinien być uwzględniony również w przypadku geokompozytów z rdzeniem,
którego grubość maleje pod wpływem obciążenia, gdyż pole przekroju
przepływu wody zmniejsza się wraz ze wzrostem obciążenia, a także na skutek
pełzania tych materiałów pod obciążeniem długotrwałym.
4.2.3. Wymagania dotyczące doboru filtrów
Kryteria doboru materiałów filtrujących obejmują sprawdzenie:
Ż# działania mechanicznego filtru (zatrzymywania cząstek),
Ż# odporności na kolmatację (zatykanie porów materiału),
Ż# działania hydraulicznego filtru (wystarczający przepływ).
Należy rozróżniać warunki proste i trudne.
Ż# Warunki proste: występują zwykle w drenażach i odwodnieniach
z niedużym przepływem statycznym wody (z małymi, powolnymi
zmianami gradientu), w gruntach wytwarzających naturalny filtr na styku
z geosyntetykiem, a początkowe wypłukanie drobnych cząstek nie
wpływa na działanie filtru.
Ż# Warunki trudne: występują w obwałowaniach dróg wodnych
i narażonych na działanie falowania oraz w podtorzu kolejowym,
poddanych dużym przepływom dynamicznym wody (z dużymi, szybkimi
zmianami gradientu lub kierunku przepływu), w gruntach niestabilnych
hydraulicznie (skłonnych do sufozji), nie zapewniających wytworzenia
naturalnego filtru na styku z geosyntetykiem.
27
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Ogólne wskazówki dotyczące wyboru geosyntetyków filtracyjnych
zawiera tablica 4.1.
Tablica 4.1. Wskazówki dotyczące wyboru filtrów z geosyntetyków
Warunki proste Warunki trudne
Obciążenie Statyczne, przepływy z Statyczne i dynamiczne,
hydrauliczne małym gradientem przepływy z dużym
gradientem
Właściwości Tworzący naturalny filtr na Niestabilny filtracyjnie,
filtracyjne styku z geosyntetykiem powstanie naturalnego filtru
gruntu wątpliwe
Przykłady Drenaże z małym Filtry obciążone dynamicznie
przepływem w
odwodnieniach dróg
Zalecane Z dużymi porami Z małymi porami
geosyntetyki
Uwagi Zbyt duże pory Zbyt małe pory geosyntetyku
geosyntetyku mogą mogą nadmierne zmniejszać
powodować nadmierne przepływ i powodować
wypłukiwanie gruntu kolmatację filtru
Zalecane parametry hydrauliczne geosyntetyków stosowanych jako filtry
Charakterystyczną wielkość porów geotekstyliów O90 gtx można bez
szczegółowej analizy przyjmować [53] następująco:
a) W prostych warunkach hydraulicznych (niewielki jednostronny dopływ
wody):
Ż# dla geowłóknin 0,06 mm d" O90 gtx d" 0,20 mm,
Ż# dla geotkanin 0,06 mm d" O90 gtx d" 0,40 mm.
b) W trudniejszych warunkach hydraulicznych (duży dopływ wody i/lub
zmieniający się kierunek przypływu), w zależności od rodzaju
filtrowanego gruntu:
Ż# grunty spoiste 0,06 mm d" O90 gtx d" 0,20 mm,
Ż# gruby pył do piasku pylastego 0,06 mm d" O90 gtx d" 0,11 mm,
Ż# piasek drobny 0,06 mm d" O90 gtx d" 0,13 mm,
Ż# piasek średni 0,08 mm d" O90 gtx d" 0,30 mm,
Ż# piasek gruby 0,12 mm d" O90 gtx d" 0,60 mm.
Zbyt małe wymiary porów geowłókniny mogą powodować jej kolmatację.
Mniej niebezpieczne jest przyjęcie większych średnic O90 gtx, ponieważ wtedy
może się utworzyć filtr odwrotny w gruncie. Dlatego zwykle zaleca się, by
28
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
wartość O90 gtx nie była mniejsza od 0,12 mm, a preferowany jest wymiar 0,15 -
0,16 mm.
W gruntach trudnych do spełnienia wymagań filtrowania należy
zapewnić, że nie wystąpi ich erozja ani sufozja. Szczególnie podatne na erozję
(wypłukiwanie cząstek gruntu) są grunty niespoiste: grube pyły, piaski pylaste
i drobne oraz równoziarniste piaski (CU = U = d60/d10 < 5). Sufozja
(przemieszczanie drobniejszych cząstek w porach gruntu, powodujące
niestateczność struktury jego szkieletu ziarnowego) występuje w gruntach
niespoistych o skokowo nieciągłej krzywej uziarnienia (CU = U > 14) albo
w przypadku braku części drobniejszych frakcji (poniżej d40).
c) W trudnych warunkach hydraulicznych (rzadko występujących
w budowlach drogowych) należy dokonać szczegółowej analizy stateczności
filtracyjnej np. wg [44], zwłaszcza w przypadku gruntów trudnych do spełnienia
wymagań filtrowania.
W szczegółowej analizie filtrowania zgodnie z przepisami [52, 58]
z uwagi na warunki filtrowania należy rozróżniać:
Ż# grunty drobnoziarniste d40 < 0,06 mm,
Ż# grunty grubo i różnoziarniste d40 > 0,06 mm.
Ponadto wyróżnia się grunty trudne do spełnienia wymagań filtrowania:
Ż# drobnoziarniste - wskaznik plastyczności IP < 0,15 i/lub stosunek
zawartości frakcji iłowej do pyłowej < 0,5,
Ż# grunty grubo- i różnoziarniste, zawierające frakcję pyłową (d < 0,06 mm):
" wskaznik jednorodności uziarnienia CU = U = d60/d10 < 15 i/lub
" zawartość frakcji od 0,02 do 0,1 mm > 50%.
Zalecane są następujące wartości kryteriów filtrowania:
Ż# zatrzymywania cząstek filtrowanego gruntu
" grunty drobnoziarniste O90 gtx d" 10 d50,
" grunty trudne O90 gtx d" d90,
" grunty grubo- i różnoziarniste O90 gtx d" 5 d50 U oraz O90 gtx d" d90;
Ż# kolmatacji - dla wybranego wyrobu O90 wybr > 0,2 O90 gtx wynikającego
z kryteriów zatrzymywania cząstek,
Ż# działania hydraulicznego - materiał geotekstylny drenu powinien
zapewnić wystarczający przepływ wody w danym podłożu.
W zależnościach tych oznaczono:
O90 gtx potrzebna charakterystyczna wielkość porów geotekstyliów,
d10, d50, d90 - wielkość ziaren gruntu, które wraz z mniejszymi ziarnami
stanowią odpowiednio 10, 50 i 90 % masy gruntu.
29
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
W trudnych warunkach gruntowo-wodnych zaleca się wykonanie badań
filtracji na miejscu.
Jest istotne, by stosunki wymiarów porów były jak najbliższe podanym
wartościom granicznym, aby zapewnić jak największą przepuszczalność
geotekstyliów, zachowując zarazem ich zdolność do zatrzymywania cząstek
gruntu.
W gruntach spoistych stosunek O90 gtx / d90 może być znacznie większy,
jednak trudno podać konkretne wartości ze względu na bardzo małe
i zróżnicowane wymiary cząstek ilastych gruntu. Grunty spoiste zwykle nie
stwarzają zagrożeń, ich spójność nie pozwala na wypłukiwanie cząstek, a mała
przepuszczalność powoduje niewielkie przepływy. Trudności mogą występować
w strefach dużych gradientów przepływu.
Wodoprzepuszczalność materiału geosyntetycznego stosowanego jako
osłony filtrujące w układach drenażowych wyznacza się na podstawie obliczeń
przepływu. Orientacyjne wskazówki dotyczące przepuszczalności prostopadłej
zamieszczono w tablicy 4.2.
Tablica 4.2. Zalecane cechy geosyntetyków filtrujących [SN 640 552:2002]
Wymiar porów geosyntetyku [mm]
maksymalny
Przepuszczalność
(wartość w
Grunt otaczający prostopadła kn [m/s]
minimalny nawiasie dotyczy
prostych
przypadków)
piaski, żwiry 0,05 d85 (0,5) min. 10-4
grunty pylaste 0,05 d85 (0,2) min. 10-5
gliny i iły 0,05 d85 (0,5) min. 10-6
grunty o silnie
nierównomiernym 0,05 lub 4�"d15
5�"d10 U lub d85
uziarnieniu i dużej miarodajna min. 10�"k
miarodajna
przepuszczalności większa wartość
mniejsza wartość
k > 10-5 m/s
d10, d15, d85 - wielkość ziaren gruntu, które wraz z mniejszymi stanowią
odpowiednio 10, 15 i 85 % masy gruntu.
4.2.4. Wymagane właściwości mechaniczne geotekstyliów filtrujących
W celu zapobieżenia uszkodzeniom osłon przez grube frakcje kruszywa
filtrów, geotekstylia powinny mieć dostateczną wytrzymałość i wydłużenie przy
zerwaniu. Zalecane parametry mechaniczne geosyntetyków filtrujących o dużym
wydłużeniu (>30%) podano w tablicy 4.3. W przypadku użycia geosyntetyków
30
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
o wydłużeniu mniejszym od 30%, powinny one mieć zwiększoną wytrzymałość,
tym bardziej, im wydłużenie jest mniejsze.
Tablica 4.3. Cechy mechaniczne geotekstyliów filtrujących o dużym wydłużeniu
(> 30%) [SN 640 552:2002]
Materiał filtracyjny Wytrzymałość Iloczyn wytrzymałości Odporność na
na rozciąganie na rozciąganie i przebicie
[kN/m] wydłużenia dynamiczne
[kN/m � %] [mm]
Żwir d" 150 mm min. 6,0 min. 180 max. 40
Kruszywo łamane
min. 8,0 min. 240 max. 35
d" 150 mm
W warunkach dużych obciążeń dynamicznych i użycia zasypki
tłuczniowej zalecane są materiały o masie powierzchniowej e" 150 g/m2,
odporności na przebicie statyczne e" 1500 N, grubości co najmniej 10 O90 oraz
spełniających wymagania klasy wytrzymałości GRK 3 [44].
W przypadku układania geosyntetyku w nachyleniu należy sprawdzić:
Ż# wartość siły rozciągającej powstającej w geosyntetyku - w stosunku do
jego charakterystycznej długotrwałej wytrzymałości na zerwanie
(wg [45]).
Ż# tarcie między geosyntetykiem a gruntem (pod i nad geosyntetykiem),
w razie potrzeby zalecane jest użycie wyrobów o szorstkiej fakturze
powierzchni, zwiększającej współczynnik tarcia.
4.2.5. Dobór geosyntetyków przeznaczonych na warstwy filtrujące
Warstwy filtrujące można wykonywać z różnych wyrobów, spełniających
wymagania mechaniczne i hydrauliczne, np. z geowłóknin lub geotkanin.
Właściwości hydrauliczne typowych wyrobów handlowych podano
w tablicy 4.4. Przepuszczalność geosyntetyków silnie zależy od ich struktury
i sposobu łączenia włókien oraz od działającego obciążenia ściskającego.
31
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Tablica 4.4. Właściwości hydrauliczne typowych wyrobów geosyntetycznych
stosowanych na warstwy filtrujące
Przepuszczalność
Charakterystyczny
Rodzaj geosyntetyku wymiar porów O90 pod obciążeniem
20 kPa
[mm]
[10-3 m/s]
łączone tylko mechanicznie 0,06 0,18 0,6 1,5
łączone mechanicznie i
Geo-
chemicznie lub 0,06 0,18 0,4 1,0
włók-
termozgrzewane
niny
łączone tylko termicznie lub 0,05 0,15 0,2 0,6
chemicznie
z mono- lub multifilamentów 0,15 0,40 0,4 1,0
0,30 1,50 1,0 3,0
z tasiemek 0,10 0,30 0,1 0,3
Geotka- 0,4 1,0 1,0 2,0
niny z kombinacji tasiemek i 0,15 0,40 0,4 1,0
mono/multifilamentów 0,30 1,00 1,0 2,0
Tkaniny o dużych oczkach (> 1 mm) mają znacznie większą
przepuszczalność (do ponad 10-2 m/s)
Wskazówki dotyczące przydatności różnych wyrobów geosyntetycznych,
w zależności od właściwości odwadnianych gruntów, podano w tablicy 4.5.
32
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Tablica 4.5. Przydatność geosyntetyków w zależności od chronionych gruntów
Rodzaj gruntu Napływ wody Geosyntetyki przydatne jako filtry
geowłókniny
geotkaniny o drobnych oczkach
z mono- lub multifilamentów
drobnoziarnisty, mały lub
z kombinacji tasiemek i
niespoisty średni
mono/multifilamentów
w ograniczonym zakresie tkaniny
z tasiemek (przy małym napływie)
mały lub geowłókniny
średni geotkaniny o oczkach 0,3 1,0 mm
k < 10-6 m/s z mono- lub multifilamentów
z kombinacji tasiemek i
mono/multifilamentów
o mieszanym średni geowłókniny o dużej
uziarnieniu k > 10-6 m/s przepuszczalności > 10-3 m/s
k < 10-5 m/s geotkaniny o oczkach 0,5 1,5 mm
z mono- lub multifilamentów
z kombinacji tasiemek i
mono/multifilamentów
duży geotkaniny o oczkach > 1 mm
k > 10-5 m/s o przepuszczalności > 5�10-3 m/s
k < 10-3 m/s z mono- lub multifilamentów
k współczynnik filtracji gruntu
Podane dane (Tablica 4.5.) stanowią jedynie wskazówkę do wyboru
materiału filtru. Jego parametry należy ustalić na podstawie wymagań
hydraulicznych, dostosowanych do występującego gruntu. W obiektach
liniowych należy liczyć się z niejednorodnym układem gruntów od
drobnoziarnistych do mieszanych.
W takich warunkach zalecane jest użycie geowłóknin łączonych
mechanicznie (igłowanych) o wymiarze porów O90 gtx = 0,08 - 0,16 mm [53].
Grubość geowłókniny filtru powinna wynosić co najmniej g e" 10 � O90 gtx .
W celu określenia odporności danego rodzaju geowłókniny lub
geotkaniny na kolmatację można posłużyć się nomogramem przedstawionym na
rys. 4.3., przedstawiającym zależność wartości współczynnika proporcjonalności
spadku GR (Gradient Ratio) od zawartości części pylastych w gruncie.
Współczynnik ten według [60] nie powinien przekraczać wartości GR = 3.
33
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
A geotkaniny
z tasiemek
B geowłókniny
termozgrzewane
C geowłókniny
igłowane
D geotkaniny
z monofilamentów
(powierzchnia
porów 5%)
E geotkaniny
z monofilamentów
(powierzchnia
porów 20%)
F geotkaniny
z monofilamentów
(powierzchnia
porów 30%)
Zawartość cząstek pylastych w gruncie [%]
Rys. 4.3. Odporność geotekstyliów na kolmatację cząstkami pylastymi gruntu
(wg danych z [60])
4.3. Projektowanie geosyntetyków drenażowych
Do drenowania najczęściej stosowane są różne wyroby geokompozytowe,
bardzo zróżnicowane, złożone z materiałów geotekstylnych (np. georuszt
drenażowy lub geosyntetyk dystansujący zespolony z geowłókniną), a także
dodatków mineralnych (iłu, bentonitu itp.). W wyjątkowych przypadkach, kiedy
potrzebny jest bardzo mały wydatek, można stosować grube geowłókniny.
4.3.1. Właściwości hydrauliczne
Podstawowe parametry hydrauliczne wyrobów drenażowych to:
Ż# wodoprzepuszczalność prostopadła do płaszczyzny wyrobu kn osłony,
Ż# wodoprzepuszczalność w płaszczyznie wyrobu kp geokompozytu ,
Ż# charakterystyczny wymiar porów O90 lub O95 osłony.
Wodoprzepuszczalność w płaszczyznie wyrobu kp bada się zgodnie z np.
PN-EN ISO 12958 (pod różnymi obciążeniami).
Przepływ wody w geosyntetyku zgodnie z prawem Darcy wynosi:
34
Współczynnik GR [-]
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
v = k i (4.1)
gdzie:
v prędkość filtracji [m/s],
k przepuszczalność [m/s],
i gradient hydrauliczny [-].
Podstawowe wielkości potrzebne do obliczenia przepływu:
kn współczynnik przepuszczalności prostopadle do płaszczyzny wyrobu, m/s
Ś przepuszczalność właściwa (w płaszczyznie wyrobu), m2/s
"l długość drogi filtracji w geosyntetyku, m
b szerokość pasma geosyntetyku, m
d grubość geosyntetyku, m lub mm
"h spadek ciśnienia na długości "l (w m słupa wody), m
i gradient hydrauliczny
" h
i = [-] (4.2)
"l
� naprężenie normalne do geosyntetyku, kPa.
Wielkości wyprowadzone:
qp przepływ na jednostkę szerokości
"h
qp = Ś = Ś �" i [m3/s/m] (4.3)
"l
Q przepływ przez szerokość b
Q = qp �" b = Ś �"i �" b [m3/s] (4.4)
Przepływ w płaszczyznie wyrobu
Przepływ w miarodajnym kierunku odpowiada możliwemu przepływowi
qp [m3/s/m] na szerokość pasma geosyntetyku b = 1 m.
Producent wyrobu podaje zwykle nominalną zdolność przepływu qp na
1 m geosyntetyku przy gradiencie hydraulicznym i = 1, odpowiadającą
przepuszczalności właściwej (transmissivity) Ś.
Uwaga.
Wartości przepuszczalności kn i Ś oraz pochodne wartości przepływu qp
i Q zależą od działającego nacisku prostopadłego, tj. od ściśnięcia geosyntetyku
pod naprężeniem normalnym �.
W przypadku geokompozytów z rdzeniem wykonanym np. z georusztu
drenażowego lub geosyntetyku dystansującego należy uwzględnić spadek
wodoprzepuszczalności geokompozytu w czasie na skutek pełzania pod
obciążeniem. Należy uwzględnić współczynniki redukcyjne
35
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
wodoprzepuszczalności w płaszczyznie wyrobu wyznaczone na podstawie
badania pełzania pod obciążeniem zgodnie z PN-EN 1897.
Właściwości miarodajne geosyntetyków drenażowych podano
w tablicy 4.6.
Tablica 4.6. Właściwości miarodajne geosyntetyków drenażowych
Funkcja drenowania
zapewnienie przepływu wody w przepuszczalność w płaszczyznie
płaszczyznie wyrobu wyrobu
zapewnienie przepuszczalności przepuszczalność prostopadła do
prostopadłej przy bocznym napływie wyrobu
wody
ograniczenie wypłukiwania gruntu charakterystyczny wymiar porów O90
Funkcja dodatkowa ochrona
Odporność na uszkodzenia (rozdarcie, wytrzymałość wzdłuż/w poprzek pasma
przebicie) wydłużenie przy zerwaniu
iloczyn (wytrzymałość � wydłużenie
przy zerwaniu)
odporność na przebicie dynamiczne
klasa wytrzymałości GRK wg [44, 52]
4.3.2. Właściwości hydrauliczne wyrobów drenażowych
a) Przepuszczalność właściwa Ś w płaszczyznie wyrobu
Przepuszczalność Ś powinna spełniać warunek:
f Qmax
Ś e" [m2/s] (4.5)
bi
gdzie:
f współczynnik bezpieczeństwa [-]
f = 2,0 dla geokompozytów z filtrem zewnętrznym,
f = 5,0 dla jednowarstwowych geosyntetyków drenażowych (głównie
geowłóknin),
Wymagany maksymalny wydatek (zdolność przepływu) na 1 m długości rdzenia
drenu (o wymiarze l prostopadłym do jego długości) wynosi:
- dla geokompozytu drenażowego, do którego jest dopływ z dwóch stron:
Qmax = 2 l k [m3/s] (na 1 m długości drenu) (4.6)
36
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
- dla drenu odcinającego, do którego jest dopływ tylko z jednej strony:
Q max = l k [m3/s] (na 1 m długości drenu) (4.7)
gdzie:
l czynna wysokość drenu [m]
W przypadku, gdy woda będzie odprowadzana wyłącznie przez
geokompozyt drenażowy (bez zastosowania rurki drenarskiej) należy
uwzględnić, że rdzeń drenu powinien być zdolny do przejęcia wody
napływającej na całej długości drenu między odpływami.
Należy sprawdzić osiągalny wydatek drenu przy przewidywanym
obciążeniu lub parciu otaczającego gruntu.
b) Przepuszczalność prostopadła do wyrobu kn
Ogólnie stosuje się wymagania podobne jak dla filtrów z geosyntetyków, lecz
powinien być spełniony warunek
kn (geosyntetyku) e" 10 k (gruntu) [m/s] (4.8)
c) Charakterystyczny wymiar porów O90
W celu zapewnienia długotrwałej przepuszczalności w płaszczyznie
wyrobu rdzeń geosyntetyku drenażowego powinien być zabezpieczony przed
zanieczyszczeniem drobnymi cząstkami gruntu. W geokompozytach rolę tę
spełnia zewnętrzna warstwa filtrująca, w jednowarstwowych wyrobach
drenażowych ich powierzchnie zewnętrzne. Decydująca jest stateczność
filtracyjna.
Analogicznie jak w wyrobach filtracyjnych powinny być spełnione
warunki filtrowania [52]:
" grunty drobnoziarniste o wymiarze d50 d" 0,06 mm
O90 gtx d" d85 [mm]
O90 gtx e" 0,05 mm
" grunty gruboziarniste o wymiarze d50 > 0,06 mm
warunek 1: O90 gtx d" d85 [mm]
warunek 2: O90 gtx d" 5 d10 Cu0,5 [mm]
gdzie Cu = d60 / d10
(miarodajna mniejsza wartość z warunków 1 i 2) oraz
O90 gtx e" 0,05 mm
" w żwirach pylastych dodatkowy warunek
O90 gtx e" 4 d15 mm.
Średnicę rury drenarskiej i głębokość drenu dobiera się tak, jak w przypadku
drenów francuskich.
37
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
4.3.3. Wymagane właściwości mechaniczne wyrobów drenażowych
Geosyntetyki drenażowe powinny spełniać wymagania podane
w tablicy 4.7. Dotyczą one właściwości wyrobów w słabszym kierunku
(poprzecznym lub podłużnym). Wartości wydłużenia przy zerwaniu oraz
iloczynu (wytrzymałość � wydłużenie) są wartościami zalecanymi.
Tablica 4.7. Cechy mechaniczne geosyntetyków drenażowych [SN 640 552:2002]
Właściwości mechaniczne Drenaż na ścianach Drenaż w
gruncie
Wytrzymałość na rozciąganie [kN/m] e" 8,0 e" 8,0
Wydłużenie przy zerwaniu (zalecane) e" 10 e" 20
[%]
Iloczyn (wytrzymałość � wydłużenie
e" 80 e" 160
przy zerwaniu) zalecany [kN/m %]
Odporność na przebicie dynamiczne
35 mm 35 mm
ODmax
Wymagana odporność na przebicie dynamiczne dotyczy zarówno samych
zewnętrznych osłon filtrujących, jak również całego wyrobu jednowarstwowego
lub kompozytu. Zapobiega to użyciu w kompozytach zbyt słabych zewnętrznych
geosyntetyków filtrujących, które mogłyby być łatwo uszkodzone przy
wbudowaniu.
Drenaż z wykorzystaniem geokompozytów specjalnych
(np. warstwowych z geowłókniny z mini-drenami) należy projektować zgodnie
z zaleceniami producenta wyrobu.
4.4. Drenaż francuski
Dreny francuskie stosowane są do obniżenia wysokiego zwierciadła wody
gruntowej i redukcji napływu pionowego w warunkach występowania wód
o zwierciadle napiętym. Obniżenie poziomu wód gruntowych można uzyskać
pomiędzy dwoma równoległymi drenami o rozstawie S, pokazanymi na rys. 4.4.
38
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Rys. 4.4. Równoległe dreny francuskie
Część zagłębienia drenu d potrzebną do przejęcia napływu można
wyznaczyć, korzystając z krzywych zależności prędkości v od spadku drenu
(rys. 4.5.) lub tabeli 4.8.
Wydatek drenu
Prędkość przepływu v [m/s] dla drenu wykonanego z kruszywa
jednofrakcjowego można wyznaczyć z rys. 4.5. Zależy ona od uziarnienia
kruszywa i spadku hydraulicznego.
Rys. 4.5. Zależność prędkości przepływu wody od spadku hydraulicznego dla kruszyw
o różnym uziarnieniu (wg [49])
39
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Potrzebny wydatek drenu Q [m3/s] podzielony przez prędkość v [m/s] daje
potrzebną powierzchnię przekroju drenu.
Przykładowe wydatki drenów francuskich podano w tablicy 4.8.
Tablica 4.8. Wydatek drenów francuskich [56]
Rozmiar Spadek Wydatek Q [l/s] drenu o wymiarach przekroju [m]
kruszywa drenu
0,3x0,3 0,3x0,6 0,6x0,6 0,6x0,9 0,6x1,2
[mm] [%]
1,0 0,7 1,4 2,8 4,2 5,6
50
2,0 1,4 2,8 5,6 8,4 11,2
1,0 0,4 0,8 1,6 2,4 3,2
19-25
2,0 0,8 1,6 3,2 4,8 6,4
1,0 1,0 0,2 0,4 0,6 0,8
9-12
2,0 2,0 0,4 0,8 1,2 1,6
1,0 0,02 0,04 0,08 0,12 0,16
6-9
2,0 0,04 0,08 0,16 0,24 0,32
Średnicę rury drenarskiej (w przypadku jej użycia) dla znanego spadku
hydraulicznego i potrzebnego wydatku drenu można wyznaczyć z rys. 4.6.
40
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Rys. 4.6. Nomogram do wyznaczania średnicy rury drenarskiej dla znanego spadku
hydraulicznego i potrzebnego wydatku drenu (wg [49])
Do drenów należy stosować kruszywo mineralne: naturalne lub łamane.
Kruszywo wypełniające dren francuski powinno [59]:
Ż# charakteryzować się wystarczająco dużą wodoprzepuszczalnością do
odprowadzenia wody napływającej z gruntu,
Ż# zawierać ziarna naturalne lub łamane zbliżonej średnicy, nie mniejszej od
8 mm, najlepiej płukane średnicy 16, 32 lub 40 mm, oraz nie więcej niż
3% części drobnych,
Ż# nie ulegać rozpadowi chemicznemu (lasować się) pod wpływem wody
dopływającej do drenu.
Ponadto kruszywo drenów położonych w strefie przemarzania gruntu
powinno odpowiadać klasie mrozoodporności F1, a kruszywo bazaltowe
powinno być odporne na zgorzel słoneczną wg PN-EN 13242:2004.
Nie zaleca się stosować kruszywa z przemiału żużli, spieków i innych
odpadów przemysłowych, jeżeli nie zostanie wykazana ich trwałość
odpowiadająca okresowi użytkowania konstrukcji.
41
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Głębokość i rozstaw drenów
Przy projektowaniu rozstawy i zagłębienia drenów należy stosować
zalecenia podane w zeszycie 1.
Poziom posadowienia dna drenu i dren do około 1/3 projektowanego
przekroju powinien znajdować się poniżej strefy przemarzania [48].
4.5. Pozioma warstwa drenażowa
Rys. 4.7. Schemat do obliczenia grubości poziomej warstwy drenującej
Poziome warstwy drenażowe są często stosowane do przejęcia napływu
pionowego. Może to być przepływ skierowany do góry z warstwy o zwierciadle
napiętym lub skierowany w dół przepływ wód opadowych. Przepływ pionowy
jest przejmowany przez warstwę poziomą i odprowadzany przez dren francuski.
Miąższość warstwy poziomej t (rys. 4.7.) powinna być wystarczająca do
przejęcia całego przepływu pionowego o natężeniu q [m3/s/m2]:
S q
t = [m] (4.9)
2 kd
gdzie:
kd współczynnik wodoprzepuszczalności kruszywa wypełniającego warstwę
drenażową [m/s]
dla przepływu w górę z warstwy wodonośnej pod napięciem grubość poziomej
warstwy drenującej wynosi:
42
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
S k h
t = [m] (4.10)
2 kd h1
gdzie:
h różnica ciśnień wyrażona wysokością słupa wody [m],
h1 głębokość do warstwy o zwierciadle napiętym [m];
dla przepływu w dół wód opadowych minimalna grubość warstwy poziomej
wynosi:
S J
t = [m] (4.11)
2 kd
J natężenie opadu atmosferycznego [m/s].
Do przyjmowanej wartości natężenia opadu należy stosować współczynnik
redukcyjny uwzględniający rodzaj i przepuszczalność nawierzchni.
Maksymalny możliwy dopływ z warstwy drenującej do drenu na 1 m jego
długości wynosi:
2 t2 kd
Q = [m3/s] (na 1 m długości drenu) (4.12)
S
Każdy z drenów powinien być zdolny do przejęcia tego przepływu.
4.6. Uszczelnienia bariery geosyntetyczne
Bariery geosyntetyczne (GBR) stosowane są jako zabezpieczenia przed
przenikaniem wód w podłoże gruntowe w celu: zapobieżenia nawilgoceniu
i osłabieniu (zwykle tymczasowemu) podłoża, trwałej ochrony przed infiltracją
wody spływającej z nawierzchni dróg, zwłaszcza na terenach ochrony wód
gruntowych.
W takich przypadkach stosowane są bariery geosyntetyczne: polimerowe
GBR-P lub iłowe GBR-C, rzadziej bitumiczne GBR-B. Rodzaj bariery oraz jej
odmiana powinny być dostosowane do wymagań szczelności oraz rodzaju
i ilości przewidywanych zanieczyszczeń. Właściwości bariery powinny
zapewnić jej odporność na występujący rodzaj zanieczyszczeń.
43
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Bariery powinny pełnić wyłącznie funkcję uszczelniającą. Dlatego
powinny być wolne od naprężeń rozciągających. Obciążenia nie powinny
powodować lokalnych uszkodzeń bariery.
Bariery polimerowe
Bariery polimerowe stosowane w drogownictwie, zależnie od
przeznaczenia i projektowanego okresu użytkowania, powinny mieć grubość co
najmniej 1 mm. Stosowane geomembrany mają zwykle grubość 1,5 mm lub
większą. W barierach do uszczelnień na terenach ochrony wód w wytycznych
RiStWag [55] wymagana jest grubość co najmniej 2 mm, ze szczelnymi
połączeniami (spawanymi, zgrzewanymi).
Wydłużenie, spowodowane odkształceniami gruntu oraz oddziaływaniem
pojazdów, w barierach z PEHD nie powinno przekraczać 3%, większe
wydłużenia mogą być dopuszczone w przypadku innych bardziej podatnych
tworzyw.
Bariery powinny być układane z takim pochyleniem, aby zapewnić ich
stateczność na poślizg, jak również stateczność zasypki przykrywającej barierę.
W celu zwiększenia tarcia pomiędzy barierą a przyległymi warstwami,
powierzchnia jej może być teksturowana (z występami, żeberkami, kratką
czworo- lub sześciokątną itp.). Górny koniec bariery powinien być odpowiednio
zakotwiony.
Przy większych pochyleniach stateczność barier można zapewnić przez
zastosowanie dodatkowego zbrojenia np. geosiatki. Należy ją u góry zakotwić
w rowku zasypanym gruntem lub w inny sposób.
Bariery iłowe
Bariery iłowe wykonywane są w postaci kompozytów: mat w osłonie
z geosyntetyków, wypełnionych sproszkowanym lub granulowanym iłem,
najlepiej bentonitem sodowym. Warstwa bentonitu zamknięta jest z obu stron
geowłókniną lub geotkaniną. Bentonit powinien wykazywać wysoką
wodochłonność (400 900%), duże pęcznienie pod wpływem działania wody
oraz mały współczynnik oddawania fazy ciekłej (zalecany mniejszy od 18).
Współczynnik przepuszczalności bariery osiąga kn = 10-11 m/s w przypadku
dostatecznie dużego obciążenia bariery nadkładem. Zamykające bentonit
powłoki geosyntetyczne są łączone ze sobą (przez igłowanie lub przeszywanie),
aby mogły przenosić naprężenia ścinające. Zaleca się, aby iłowe bariery
geosyntetyczne były zakryte gruntem podczas całego okresu użytkowania.
Przy stosowaniu barier iłowych należy uwzględnić następujące
wymagania.
44
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Ż# Małą przepuszczalność warstwy iłowej uzyskuje się tylko przy
dostatecznym ograniczeniu możliwości jej pęcznienia. Można to uzyskać
albo dzięki odpowiedniej konstrukcji bariery (np. maty silnie igłowane
poprzecznie), albo przez obciążenie nadkładem gruntu, który w przypadku
mat silnie igłowanych nie powinien być mniejszy od 25 30 cm, a innych
od 60 cm. Nie należy dopuszczać do nawilżenia maty bez obciążenia.
Ż# W przypadku łatwego pęcznienia maty (przy słabym igłowaniu i małym
nadkładzie) właściwości mat ulegają pogorszeniu. Przy całkowitym
wysuszeniu maty iłowej powstają w niej rysy, które po ponownym
nawodnieniu mogą zwiększyć przepuszczalność kv do 10-9 m/s. Przy
przemarzaniu mogą powstawać w macie kryształy lodu, po których
rozmrożeniu pustki zanikają tylko w przypadku odpowiedniego obciążenia
nadkładem.
Ż# Grubości warstwy okrywającej oraz sposób jej wykonania i zagęszczenia
powinien określić projektant, biorąc pod uwagę warunki lokalne,
geometrię obiektu itp. Przy określaniu grubości należy uwzględnić
wytyczne producenta lub dostawcy oraz parametry geometryczne obiektu
(nachylenie skarpy, długość), parametry techniczne gruntu
wykorzystywanego jako obsypka, sposób zagęszczenia, ewentualne
obciążenia. Dane te są potrzebne projektantowi m.in. do określenia
stateczności warstwy okrywającej.
Na pochyłościach należy zapewnić stateczność barier iłowych:
zewnętrzną (przeciw jej poślizgowi po podłożu oraz zasypki przykrywającej
barierę) i wewnętrzną (przeciw ścięciu wewnątrz spęczniałej warstwy iłowej
maty). Przy sprawdzaniu stateczności nie należy uwzględniać sił rozciągających
przenoszonych przez materiał maty.
W każdym przypadku bariery uszczelniające powinny być tak obciążone
gruntem, by nie zostały uniesione przez działające od spodu ciśnienie wody lub
gazu. Bariery geosyntetyczne nie powinny być wbudowywane (np. wg prEN
15382:2005) bezpośrednio pod powierzchnią pobocza lub skarpy. Na rys. 4.8.
pokazano podstawowe błędy przy stosowaniu barier geosyntetycznych:
układanie ich na skarpach np. rowów o pochyleniu nie zapewniającym
stateczności zasypki oraz brak dostatecznego obciążenia równoważącego wypór
wody, co grozi uniesieniem bariery.
45
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Rys. 4.8. Podstawowe błędy przy stosowaniu barier geosyntetycznych: układanie na
skarpach oraz niezrównoważony wypór wody.
Dodatkowe informacje dotyczące stosowania barier geosyntetycznych
zawiera Zeszyt 7 Ekologiczne zagadnienia odwodnienia pasa drogowego .
46
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
5. Transport i składowanie
Geosyntetyki powinny być dostarczane w rolkach nawiniętych na tuleje
(lub w panelach). Wymiary (szerokość, długość) mogą być standardowe lub
dostosowane do indywidualnych zamówień. Rolki powinny być opakowane
w wodoszczelną folię, stabilizowaną przeciw działaniu promieniowania UV
i zabezpieczone przed rozwinięciem. Opakowania powinny być oznaczone
zgodnie z obowiązującymi przepisami. Etykieta powinna zawierać co najmniej
następujące dane: nazwę i adres producenta, oznaczenie rodzaju i odmiany
wyrobu, datę produkcji, numer rolki, wymiary w rolce (szerokość i długość),
masę rolki, masę powierzchniową wyrobu, numer dokumentu odniesienia.
Warunki składowania nie powinny wpływać na właściwości
geosyntetyków. Podczas transportu i przechowywania należy chronić materiały
geosyntetyczne, zwłaszcza geowłókniny i geokompozyty zawierające
geowłókniny przed zawilgoceniem, zabrudzeniem, jak również przed
długotrwałym (np. ponadtygodniowym) działaniem promieni słonecznych.
Szczególnej ochrony przez zawilgoceniem wymagają bariery iłowe (maty
bentonitowe).
Materiały geosyntetyczne należy przechowywać i transportować zgodnie
z instrukcją producenta. W szczególności materiały należy przechowywać
i transportować wyłącznie w rolkach opakowanych fabrycznie, ułożonych
poziomo na wyrównanym podłożu. Rolki mogą być układane jedna na drugiej,
maksymalnie w 5 lub nawet 2 warstwach. Niektóre rodzaje geokompozytów
należy transportować i przechowywać w pozycji pionowej na paletach. Na
rolkach geosyntetyków nie należy układać żadnych obciążeń. Opakowania rolek
nie należy zdejmować aż do momentu wbudowania.
Podczas ładowania, rozładowywania i składowania należy zabezpieczyć
rolki przed uszkodzeniami mechanicznymi lub chemicznymi oraz przed
działaniem wysokich temperatur.
47
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
6. Wbudowanie geosyntetyków
Powierzchnia gruntu do ułożenia geosyntetyków powinna być starannie
przygotowana przez:
Ż# usunięcie drzew, krzewów, korzeni, większych kamieni, które mogłyby
uszkodzić materiał, a także ziemi roślinnej,
Ż# wyrównanie, aby układany materiał przylegał na całej powierzchni do
gruntu,
Ż# tam, gdzie jest to potrzebne, powierzchnia powinna być zagęszczona
zgodnie z wymaganiami PN-S-02205:1998.
Geosyntetyki należy układać na podstawie planu określającego wymiary
pasm, kierunek postępu robót, kolejność układania pasm, szerokość zakładów,
sposób łączenia, mocowania tymczasowego itp. Wskazany jest kierunek
układania pod górę . Należy gromadzić i przechowywać etykiety z rolek.
Układanie ręczne jest regułą. Rolki materiału są zwykle dowożone na
miejsce wbudowania, niekiedy możliwe jest ich bezpośrednie rozwijanie.
Szerokość pasm powinna zapewniać pełne owinięcie konstrukcji drenu
i uzyskanie odpowiednich zakładów. W przypadku małych powierzchni,
krótkich odcinków wykopów drenów lub trudnego dostępu może być celowe
wcześniejsze przycinanie materiałów na właściwy wymiar.
Układanie mechaniczne specjalnymi maszynami jest stosowane
praktycznie tylko przy wbudowywaniu filtrów powierzchniowych na dużych
powierzchniach, np. parkingach.
Warstwy rozdzielające, filtrujące i osłonowe należy tak układać, by pasma
leżały poprzecznie do kierunku zasypywania. W warstwach filtracyjnych
i drenażach układane geosyntetyki są najczęściej łączone na zakład.
W przypadku układania na wyrównanej powierzchni gruntu o przeciętnej
nośności (np. w budowlach drogowych), łatwej kontroli ułożenia, płaskich
powierzchniach wykopów rowów zakład powinien wynosić co najmniej 0,3 m.
W przypadku nierównej powierzchni, gruntu o bardzo małej nośności
(CBR d" 2%), trudnej kontroli ułożenia, obawy dużych odkształceń,
nieregularnych powierzchni ścian rowów (np. w odwodnieniach) zakład
powinien wynosić co najmniej 0,5 m, a w bieżącej wodzie co najmniej 1 m.
Aby zapobiec przemieszczaniu np. przez wiatr, pasma należy
przymocować lub chwilowo obciążyć (np. wbitymi w grunt prętami w kształcie
litery U, pryzmami gruntu).
48
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Zakład wielowarstwowych geokompozytów drenażowych należy
wykonać w sposób zapewniający ciągłość przepływu przez rdzeń: zewnętrzne
warstwy włókniny należy odsłonić, aby uzyskać bezpośredni styk czołowy lub
zakład rdzenia.
W uzasadnionych przypadkach wymagane jest łączenie pasm, najczęściej
na budowie, zależnie od rodzaju wyrobu i wymaganej szczelności: za pomocą
zszycia, zgrzewania, klejenia, taśmami samoprzylepnymi itp. W takim
przypadku wielkość zakładu określa się na podstawie indywidualnych wymagań
i prób.
Jeżeli szerokość wyrobu nie jest dostosowana do wymiarów konstrukcji,
to rolki materiału można ciąć na potrzebny wymiar za pomocą odpowiednich
urządzeń, np. piły mechanicznej. Nie należy przy tym dopuszczać do
miejscowego topienia materiału, aby nie spowodować sklejania warstw rolki.
Zasypywanie powinno następować od czoła pasma na ułożony materiał,
po czym zasypka jest rozkładana na całej powierzchni odpowiednim
urządzeniem, najczęściej spycharką, a tylko wyjątkowo ręcznie. Duże kamienie
nie powinny być zrzucane z większej wysokości, by nie niszczyć
geosyntetyków. W takim przypadku może być celowe układanie najpierw
bezpośrednio na materiale warstwy gruntu bez kamieni. Pasma należy układać
dachówkowo , aby przesuwanie zasypki nie powodowało podrywania
materiału.
Niedopuszczalny jest ruch pojazdów, walców okołkowanych i innych
ciężkich maszyn bezpośrednio po ułożonych geosyntetykach. Wjazd na nie
pojazdów lub maszyn może być dopuszczony dopiero po ułożeniu na nich
warstwy zasypki co najmniej 25 30 cm.
Szczegółowe informacje dotyczące wykonywania drenów francuskich
zawierają np. publikacje [46, 48, 59].
Geosyntetyczne bariery polimerowe należy tak układać, by były
wyrównane, bez uszkodzeń i załamań oraz dobrze przylegały do podłoża.
Powinny być wolne od naprężeń rozciągających. Bariery należy układać
z zakładem o szerokości zależnej od rodzaju stosowanego materiału i sposobu
łączenia. Pasma łączy się przez stosowanie odpowiednich taśm, klejów, przez
zgrzewanie lub spawanie. Wybór technologii połączeń zależy od funkcji, jaką
ma do spełnienia bariera oraz wytycznych dostawcy materiałów i projektanta.
W przypadku wykorzystywania barier polimerowych do wykonywania izolacji
obiektów położonych na obszarach ochrony wód oraz przy wykonywaniu
szczelnych zbiorników na wodę lub odcieki, zalecane jest stosowanie wyłącznie
połączeń zgrzewanych. Szczelność takich połączeń powinna być dokładnie
49
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
sprawdzona po zakończeniu robót. Połączenia barier polimerowych powinny
spełniać wymagania normy PN-B-10290:1997.
Jeżeli bariera polimerowa jest układana na gruncie żwirowym lub
kamienistym, albo zasypywana takim gruntem, to należy ją zabezpieczyć
warstwą ochronną. Może to być warstwa piasku grubości co najmniej 10 cm
albo gruba włóknina ochronna. Warstwa podłoża, na którym jest układana
bariera, powinna być zagęszczona zgodnie z wymaganiami PN-S-02205:1998.
Izolacja z barier polimerowych powinna być okryta warstwą zasypkową przez
cały okres użytkowania.
Aby zapobiec przemieszczaniu np. przez wiatr, pasma barier należy
chwilowo obciążyć (np. pryzmami gruntu, workami z gruntem itp.).
Bariery iłowe (maty) powinny być układane zgodnie z zaleceniami
producenta, w stanie suchym i nie spęczniałym, podczas suchej pogody. Należy
je chronić przed namoknięciem. Maty powinny być układane na odpowiednio
przygotowanym i zagęszczonym podłożu, na zakład. Zalecane są zakłady
podłużne 15 25 cm, poprzeczne 30 cm. Maty zwykle są rozwijane zgodnie ze
spadkiem podłoża. W przypadku układania mat na skarpach ich górna krawędz
powinna być odpowiednio zakotwiona, np. w rowku zasypanym gruntem.
Ze względu na znaczny ciężar zaleca się układanie mat za pomocą sprzętu
mechanicznego.
Styki podłużne pasm powinny być równoległe do kierunku spływu wody.
Zakłady są dodatkowo uszczelniane za pomocą granulatu lub szpachli
bentonitowej, albo innymi sposobami wskazanymi przez producenta.
Poprzeczne styki pasm powinny być z zakładem dachówkowym . Należy
unikać sytuowania styków w punktach najwyższych i najniższych oraz
krzyżowania się styków. Po wbudowaniu maty należy niezwłocznie zakryć
gruntem. W celu zapewnienia szczelności ułożone materiały powinny być
chronione przed wysychaniem i przemarzaniem warstwą nadkładu gruntu. Grunt
zasypki nie powinien zawierać dużej ilości wapnia.
Bariery polimerowe i iłowe są narażone na uszkodzenie podczas
wbudowania. Dlatego w każdym przypadku należy sprawdzić ich stan przed
przykryciem warstwą ochronną lub zasypką. Wykryte uszkodzenia należy
naprawić odpowiednio do rodzaju bariery. W trakcie użytkowania bariery mogą
być uszkodzone przez korzenie drzew, które zanikając pozostawiają otwory
mogące powodować przecieki. Mogą być też uszkodzone przez zwierzęta.
Niedopuszczalny jest ruch pojazdów bezpośrednio po ułożonych
barierach. Wjazd na nie pojazdów lub maszyn może być dopuszczony dopiero
po ułożeniu na nich warstwy zasypki, grubości po zagęszczeniu co najmniej 25 -
30 cm. Pierwsza warstwa powinna być sypana od czoła na suchą matę iłową.
50
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Do zasypek powinien być stosowany materiał o możliwie ciągłym uziarnieniu,
bez kamieni, z ziarnami obtoczonymi, nie łamany. Materiał powinien być
przemieszczany zgodnie z kierunkiem zakładów bariery. Należy unikać
gwałtownych ruchów i skrętów maszyn na zasypce.
Szczególnej uwagi wymaga zapewnienie stateczności (zewnętrznej
i wewnętrznej) bariery na spadkach, zarówno w czasie robót, jak i podczas
użytkowania obiektu. W każdym przypadku bariery uszczelniające powinny być
tak obciążone gruntem, by nie zostały uniesione przez ciśnienie wody lub gazu,
działające od spodu bariery.
Folie z wytłoczeniami (geosyntetyki dystansowe) należy układać
wytłoczeniami po stronie chronionej konstrukcji, a w przypadku folii
z wytłoczeniami połączonych z materiałem geotekstylnym zawsze filtrem po
stronie gruntu. Powinny być one przymocowane do podłoża lub konstrukcji, aby
nie uległy przemieszczeniu podczas zasypywania gruntem.
51
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
7. Wymagania dotyczące trwałości wyrobów
Trwałość geotekstyliów i wyrobów pokrewnych
Każdy wyrób geotekstylny dopuszczony do obrotu i oznakowany znakiem
CE powinien zawierać na etykiecie lub dołączonej dokumentacji informację
o przewidywanej trwałości i czasie między wbudowaniem a zakryciem wyrobu
gruntem lub kruszywem. Przykładowo informacja taka może wyglądać
następująco:
Zakryć w dniu wbudowania. Przewidywana trwałość przez minimum 25 lat
w gruntach naturalnych o 4 < pH < 9 i temperaturze gruntu < 25 �C.
Ułożony wyrób powinien być jak najszybciej zakryty zasypką gruntową.
Jeżeli geotekstylia nie są przykrywane gruntem w dniu wbudowania, to powinny
być poddane badaniu na przyśpieszone starzenie w warunkach atmosferycznych
wg PN-EN 12224. Odporność na czynniki klimatyczne określa się, badając
wytrzymałość materiału przed i po poddaniu go w specjalnym urządzeniu
działaniu promieni UV o znormalizowanym natężeniu i energii naświetlania,
z okresowym zraszaniem. Maksymalny czas pomiędzy wbudowaniem
a zakryciem gruntem geotekstyliów zależy od wytrzymałości pozostałej po
badaniu w stosunku do wytrzymałości początkowej. Czas ten podano
w tablicy 7.1.
Tablica 7.1. Maksymalny czas pomiędzy wbudowaniem geotekstyliów a zakryciem
ich gruntem
Zastosowanie
Zbrojenie lub inne
funkcje, w których
Inne
wytrzymałość
wytrzymałość
zastosowania
długoterminowa jest
pozostała pod koniec
istotnym parametrem
badania w stosunku do
wytrzymałości początkowej
> 80 % 1 miesiąc
od 60 % do 80 % 2 tygodnie
od 20 % do 60 % 2 tygodnie
< 20 % 1 dzień
52
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Odporność na wpływy chemiczne badana jest za pomocą kąpieli
w znormalizowanych roztworach. W przypadku geotekstyliów narażonych na
oddziaływanie gruntów o pH < 4 lub pH > 9 zaleca się przeprowadzenie badań
wg PN-EN 14030. Metoda A powinna być zastosowana do gruntów o pH < 4,
a metoda B do gruntów o pH > 9. W obu przypadkach procentowa
wytrzymałość określona pod koniec badania powinna być większa niż 50 %
wytrzymałości na początku badania. W przypadku zastosowań, w których
wytrzymałość długoterminowa jest istotnym parametrem, mogą być konieczne
dodatkowe badania służące określeniu współczynników redukcyjnych
przyjmowanych do obliczeń wytrzymałości długotrwałej. Wyniki badań
powinny być interpretowane w odniesieniu do rzeczywistych warunków pracy
geotekstyliów (oddziaływanie chemiczne i temperatura).
Wymagania dotyczące właściwości wyrobów stosowanych w drenażach
zawiera norma PN-EN 13252. Geotekstylia zastosowane w gruntach naturalnych
o pH pomiędzy 4 i 9, temperaturze < 25 �C, nie pełniące funkcji zbrojenia oraz
wykonane z poliestru, polietylenu, polipropylenu, poliamidu 6 lub poliamidu 6.6
i nie zawierające surowców wtórnych, mogą być uważane za zachowujące
dostateczną trwałość co najmniej przez pięć lat.
Geotekstylia zastosowane w gruntach naturalnych o pH między 4 i 9,
temperaturze < 25 �C, wykonane z poliestru, polietylenu, polipropylenu,
poliamidu 6 lub poliamidu 6.6 i nie zawierające surowców wtórnych, mogą być
uważane za zachowujące dostateczną trwałość co najmniej przez dwadzieścia
pięć lat, pod warunkiem, że pomyślnie przeszły badania: odporności na
hydrolizę (poliester, poliamid 6, poliamid 6.6) albo odporności na utlenianie
(polipropylen, polietylen, poliamid 6, poliamid 6.6).
Badania odporności na hydrolizę wykonuje się wg PN-EN 12447.
Minimalna wytrzymałość określona pod koniec badania odporności na hydrolizę
powinna wynosić 50 % wytrzymałości na początku badania.
Badania odporności na utlenianie wykonuje się wg PN-EN ISO 13438.
Minimalna wytrzymałość określona pod koniec badania odporności na
utlenianie powinna wynosić co najmniej 50 % wytrzymałości na początku
badania.
W przypadku okresu eksploatacji powyżej 25 lat, gruntu o temperaturze
powyżej 25 �C, zastosowania w gruntach zanieczyszczonych, szczególnie
w obecności soli amonowych, geotekstyliów wytworzonych z różnych
polimerów oraz kompozytów, które nie mogą być badane na odporność na
hydrolizę i utlenianie, gdy w skład geotekstyliów wchodzą surowce wtórne,
zastosowania geotekstyliów i wyrobów pokrewnych w środowiskach o wysokiej
kwasowości lub silnie zasadowych trwałość geotekstyliów należy oceniać
w odniesieniu do rzeczywistych warunków użytkowania. W takich przypadkach
53
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
należy wykonać również badania odporności na wpływy mikrobiologiczne
wg EN 12225.
Świeży beton i grunty stabilizowane spoiwami hydraulicznymi (wapnem,
cementem) wykazują wartość pH > 9, najczęściej 10 do 12. Jeżeli geotekstylia
są stosowane w kontakcie z takim materiałem, to nie należy używać wyrobów
z poliestru (PET), o ile trwałość tych wyrobów nie zostanie specjalnie
wykazana.
Na powierzchniach betonu bez specjalnej powłoki ochronnej powinny być
stosowane geosyntetyki o podwyższonej odporności na alkalia.
Trwałość barier geosyntetycznych
Główną metodą oceny właściwości użytkowych barier geosyntetycznych
w badaniach trwałości jest porównanie właściwości mechanicznych badanej
próbki na rozciąganie (wytrzymałości na rozciąganie oraz wydłużenia przy
zerwaniu) z właściwościami próbki kontrolnej. Sposób oceny powinien być
zgodny z EN 12226. Należy stosować metodę badania na rozciąganie właściwą
dla każdego z trzech rodzajów barier geosyntetycznych: polimerowej, iłowej
i bitumicznej.
Poziom dopuszczalnej odchyłki nie może przekraczać 25 % początkowej
wytrzymałości na rozciąganie i wydłużenia przy zerwaniu bariery
geosyntetycznej. Muszą być spełnione oba kryteria. W przypadku niektórych
badań stosowane są również dodatkowe metody oceny.
Odporność na przyśpieszone starzenie w warunkach atmosferycznych
bada się wg PN-EN 12224. Czas naświetlania w zależności od przewidywanego
czasu naświetlania w trakcie użytkowania zestawiono w tablicy 7.2. Czas
naświetlania jeden dzień oznacza, że bariera będzie przykryta gruntem w ciągu
jednego dnia od wbudowania.
Tablica 7.2. Wymagane naświetlanie promieniowaniem atmosferycznym
Szacowany czas naświetlania
Czas naświetlania w terenie Napromieniowanie (MJ/m2)
w badaniu* (godz.)
Jeden dzień - Badanie nie wymagane
Jeden rok 350 3000
*Natężenie promieniowania 40 W/m2, zraszanie wodą przez godzinę co 6 godzin
W przypadku, gdy czas naświetlania w terenie jest dłuższy niż 1 rok,
producent powinien dostarczyć oświadczenie o odporności na warunki
atmosferyczne wraz z technicznym uzasadnieniem.
54
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Badania odporności na mikroorganizmy wykonuje się wg PN-EN 12225.
W przypadku instalowania barier geosyntetycznych w gruntach,
w których występują warunki beztlenowe lub w gruntach wzbogaconych
biologicznie należy stosować alternatywne metody badania.
Geosyntetyczne bariery polimerowe powinny być poddawane badaniom
odporności na korozję naprężeniową powodowaną działaniem czynników
środowiskowych, zgodnie z EN 14576. Kryterium odbioru jest wynik badania
trwającego e" 200 godzin. Próbki do badania należy pobierać w słabszym
kierunku na podstawie badań wytrzymałości na rozciąganie przy płynięciu.
Zazwyczaj jest to kierunek w poprzek kierunku produkcji, to znaczy, że nacięcie
należy zorientować zgodnie z kierunkiem produkcji. W przypadku, gdy bariery
mają powierzchnię teksturowaną, badanie należy przeprowadzić na próbkach
z tego samego materiału o powierzchni gładkiej.
Wszystkie bariery geosyntetyczne nie powinny nosić widocznych śladów
penetracji korzeniami po badaniach zgodnych z CEN/TS 14416.
Odporność na wypłukiwanie przez określone ciecze należy badać zgodnie
z normą EN 14415. W przypadku tego badania należy stosować dodatkowe
poniższe kryteria oceny:
Ż# nie może być zauważalnych znaków degradacji;
Ż# utrata masy próbki nie może przekroczyć 5% w przypadku metod A i B
i 25% w przypadku metody C. Metoda C jest wymagana, gdy
w przypadku barier stosowanych do budowy składowisk odpadów
ciekłych, stacji pośrednich lub wtórnej obudowy zabezpieczającej oraz do
budowy magazynów i składowisk odpadów stałych.
Bariery geosyntetyczne stosowane w miejscach, w których oddziaływanie
czynników atmosferycznych będzie trwało ponad 1 rok, powinny być badane
zgodnie z normą EN 14415 według procedury opisanej w normie EN 14575.
Minimalna wytrzymałość na rozciąganie, określona pod koniec badania
odporności, powinna spełniać kryteria podane wyżej.
Odporność na utlenianie powinna być badana zgodnie z normą EN 14575.
Badania należy prowadzić przez 90 dni w temperaturze 85 �C.
Odporność chemiczna dla zastosowań na składowiskach odpadów
i w innych budowlach powinna być badana zgodnie z normą EN 14414,
procedury A i B (rozcieńczony kwas i zasady). Oprócz wymagań dotyczących
zmian parametrów mechanicznych, materiał bariery nie może wykazywać
zauważalnych znaków degradacji.
Geosyntetyczne bariery iłowe powinny być badane, w celu ustalenia ich
trwałości, zgodnie z powyższymi zalecenia, ale z pewnymi wyjątkami:
55
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Ż# nie jest wymagane badanie odporności na starzenie się w warunkach
atmosferycznych;
Ż# nie jest wymagane badanie odporności na korozję naprężeniową,
mikroorganizmy, wypłukiwanie i utlenianie.
Dodatkowo wymagane są poniższe badania:
Ż# wpływ cykli zamrażania i rozmrażania wg CEN/TS 14418;
Ż# wpływ cykli nawilżania i suszenia wg CEN/TS 14417.
We wszystkich przypadkach kryterium odbioru będzie wzrost przepuszczalności
nie więcej niż o 25%.
56
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
8. Badania kontrolne i kryteria odbioru
Materiały geosyntetyczne powinny być dopuszczane do stosowania
i obrotu zgodnie z obowiązującymi przepisami.
Materiały geosyntetyczne powinny zostać sprawdzone przed
wbudowaniem (zgodność ze specyfikacjami, parametry techniczne). Dostawca
wyrobów geotekstylnych powinien przedstawić pełne wyniki badań
przydatności wyrobu (badania typu). Zakres ich powinien obejmować wszystkie
testy wymagane w normie lub Aprobacie Technicznej. Niezależnie od tego
producent powinien, na żądanie inwestora, przedstawić bieżące wyniki badań
własnych w ramach zakładowej kontroli jakości produkcji.
Inwestor lub zamawiający wyrób geosyntetyczny może zlecić badania
kontrolne zgodności wyrobu z wymaganiami (dokumentem certyfikacyjnym lub
specyfikacją). Rodzaje i zakres badań powinny być dostosowane do konkretnego
zastosowania. Liczba próbek zależy od powierzchni wbudowywanego wyrobu:
orientacyjnie przy powierzchni ponad 10 000 m2 zaleca się zbadać jeden
komplet próbek na każde 10 000 m2 [43].
Podczas wbudowywania należy sprawdzać:
Ż# oczyszczenie i wyrównanie terenu,
Ż# zgodność z projektem i stan materiału,
Ż# prawidłowość ułożenia, przyleganie do gruntu, wymiary, wielkość
zakładu itp.,
Ż# zabezpieczenie przed przemieszczeniem, prawidłowość połączeń,
zakotwienia i balastu,
Ż# przestrzeganie ograniczeń ruchu roboczego pojazdów.
57
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Literatura
a. Normy polskie
[1] PN-B-10290:1997 Geomembrany Ogólne wymagania dotyczące
wykonawstwa geomembran na budowie składowisk odpadów stałych
[2] PN-B-12074:1998 Urządzenia wodno-melioracyjne. Umacnianie
i zadarnianie powierzchni biowłókniną
[3] PN-EN 918:1999 Geotekstylia i wyroby pokrewne Wyznaczanie
wytrzymałości na dynamiczne przebicie (metoda spadającego stożka)
[4] PN-EN 963:1999 Geotekstylia i wyroby pokrewne Pobieranie próbek
laboratoryjnych i przygotowanie próbek do badań
[5] PN-EN 964-1:1999 Geotekstylia i wyroby pokrewne Wyznaczanie
grubości przy określonych naciskach Warstwy pojedyncze
[6] PN-EN 965:1999 Geotekstylia i wyroby pokrewne Wyznaczanie masy
powierzchniowej
[7] PN-EN 1897:2004 Geotekstylia i wyroby pokrewne Wyznaczanie
właściwości pełzania przy ściskaniu
[8] PN-EN 12224:2002 Geotekstylia i wyroby pokrewne Wyznaczanie
odporności na warunki klimatyczne
[9] PN-EN 12225:2002 Geotekstylia i wyroby pokrewne Metoda
wyznaczania odporności mikrobiologicznej przez umieszczenie
w gruncie
[10] PN-EN 12226:2002 Geotekstylia i wyroby pokrewne Badania ogólne
do oceny trwałości
[11] PN-EN 13242:2004 Kruszywa do niezwiązanych i związanych
hydraulicznie materiałów stosowanych w obiektach budowlanych
i budownictwie drogowym
[12] PN-EN 12447:2003 Geotekstylia i wyroby pokrewne Selekcyjna
metoda badania odporności na hydrolizę w wodzie
58
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
[13] PN-EN 13249:2002 Geotekstylia i wyroby pokrewne Właściwości
wymagane w odniesieniu do wyrobów stosowanych do budowy dróg
i innych powierzchni obciążonych ruchem (z wyłączeniem dróg
kolejowych i nawierzchni asfaltowych)
[14] PN-EN 13251:2002 Geotekstylia i wyroby pokrewne Właściwości
wymagane w odniesieniu do wyrobów stosowanych w robotach
ziemnych, fundamentowaniu i konstrukcjach oporowych
[15] PN-EN 13252:2002 Geotekstylia i wyroby pokrewne Właściwości
wymagane w odniesieniu do wyrobów stosowanych w systemach
drenażowych
[16] PN-EN 13255:2002 Geotekstylia i wyroby pokrewne - Właściwości
wymagane w odniesieniu do wyrobów stosowanych do budowy
kanałów
[17] PN-EN 13256:2002 Geotekstylia i wyroby pokrewne Właściwości
wymagane w odniesieniu do wyrobów stosowanych do budowy tuneli
i konstrukcji podziemnych
[18] PN-EN 13362:2007 Bariery geosyntetyczne Właściwości wymagane
przy zastosowaniu do budowy kanałów
[19] PN-EN 13491:2006 Bariery geosyntetyczne Właściwości wymagane
w odniesieniu do wyrobów stosowanych jako bariery nieprzepuszczalne
dla płynów do budowy tunelów i budowli podziemnych
[20] PN-EN 13562:2002 Geotekstylia i wyroby pokrewne Wyznaczanie
oporu na przenikanie wody Metoda ciśnienia hydrostatycznego
[21] PN-EN 14030:2004 Geotekstylia i wyroby pokrewne Selekcyjna
metoda wyznaczania odporności na roztwory kwasów i zasad
[22] PN-EN ISO 9863-2:1999 Geotekstylia i wyroby pokrewne
Wyznaczanie grubości przy określonych naciskach Określenie
grubości warstwy pojedynczej wyrobów wielowarstwowych
[23] PN-EN ISO 10320:2002 Geotekstylia i wyroby pokrewne
Identyfikacja w miejscu zastosowania
59
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
[24] PN-EN ISO 11058:2002 Geotekstylia i wyroby pokrewne
Wyznaczanie wodoprzepuszczalności w kierunku prostopadłym do
powierzchni wyrobu, bez obciążenia
[25] PN-EN ISO 12236:1998 Geotekstylia i wyroby pokrewne Badanie na
przebicie statyczne (metoda CBR)
[26] PN-EN ISO 12956:2002 Geotekstylia i wyroby pokrewne
Wyznaczanie charakterystycznej wielkości porów
[27] PN-EN ISO 12958:2002 Geotekstylia i wyroby pokrewne
Wyznaczanie zdolności przepływu wody w płaszczyznie wyrobu
[28] PN-EN ISO 13437:2000 Geotekstylia i wyroby pokrewne Metoda
instalowania i pobierania próbek z gruntu oraz badania próbek
w laboratorium
[29] PN-EN ISO 13438:2006 Geotekstylia i wyroby pokrewne Selekcyjna
metoda wyznaczania odporności na utlenianie
[30] PN-ISO 9863:1994 Geotekstylia Wyznaczanie grubości przy
określonych naciskach
[31] PN-ISO 9864:1994 Geotekstylia Wyznaczanie masy powierzchniowej
[32] PN-EN ISO 10318:2007 Geosyntetyki Terminy i definicje
[33] PN-ISO 10319:1996 Geotekstylia - Badanie wytrzymałości na
rozciąganie metodą szerokich próbek
[34] PN-ISO 10319:1996/Ap1:1998 Geotekstylia - Badanie wytrzymałości
na rozciąganie metodą szerokich próbek
b. Normy zagraniczne
[35] prEN 15382:2005 - Geosynthetic barriers Characteristics required for
use in transportation infrastructure
[36] prEN 15382:2008 - Geosynthetic barriers Characteristics required for
use in transportation infrastructure
[37] ENV 12447 Geotextiles and geotextile-related products Screening test
method for determining the resistance to hydrolysis
60
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
[38] prEN ISO 12957-1:1997 Geotextiles and geotextile-related products
Determination of friction characteristics Part 1: Direct shear method
(ISO/DIS 12957-1:1997)
[39] prEN ISO 12957-2:1997 Geotextiles and geotextile-related products
Determination of friction characteristics Part 2: Inclined plane method
(ISO/DIS 12957-2:1997)
[40] SN 640 552a:1997 Geotextilien - Anforderungen f�r die Funktionen
Trennen, Filtern, Drainieren (Geotekstylia - Wymagania dotyczące
funkcji rozdzielania, filtrowania i drenażu)
c. Przepisy prawne
[41] Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z 2.03.1999
w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogi
publiczne i ich usytuowanie. Dziennik Ustaw Nr 43 poz. 430.
[42] Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z 30.05.2000
w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogowe
obiekty inżynierskie i ich usytuowanie. Dziennik Ustaw Nr 63 poz. 735.
d. Instrukcje i wytyczne Generalnej Dyrekcji Dróg Publicznych:
[43] Ogólna specyfikacja techniczna D-06.01.01 Umacnianie powierzchni
skarp, rowów i ścieków. Generalna Dyrekcja Dróg Publicznych.
Warszawa, 2001.
[44] Wytyczne wzmacniania podłoża gruntowego w budownictwie
drogowym, Warszawa 2002.
[45] Projektowanie konstrukcji oporowych, stromych skarp i nasypów
z gruntu zbrojonego geosyntetykami, Instytut Techniki Budowlanej,
Warszawa 2007.
e. Publikacje
[46] Ajdukiewicz J. (2004): Drenaże francuskie. Materiały Budowlane, cz. 1
nr 10, s. 87-92, cz. 2 nr 11, s. 63-69.
[47] Bolt A., Duszyńska A. (1998): Kryteria doboru geosyntetyków jako
warstw separacyjnych i filtracyjnych. "Inżynieria Morska i Geotechnika"
nr 1, s. 25-31.
[48] Edel R. (2002): Odwodnienia dróg. Wydawnictwa Komunikacji
i Aączności, Warszawa.
[49] Geotekstylia LOTRAK (1996). Poradnik projektanta. DON & LOW
Ltd, Forfar, Scotland.
[50] Giroud J.P. (1997): Geotextile Filters: Reliable Design and Installation.
Recontres 97, France
[51] Kossakowski M.: Umacnianie skarp biowłókniną, geosyntetykami
i hydroobsiewem. Drogownictwo nr 8/2001, str. 244-248
61
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
[52] Merkblatt (1994) f�r die Anwendung von Geotextilien und Geogittern
im Erdbau des Stra�enbaus. Forschungsgesellschaft f�r Stra�en- und
Verkehrwesen, K�ln.
[53] M�ller-Rochholz J. (2005): Geokunststoffe im Erd- und Strassenbau.
Werner Verlag, 403 s.
[54] Rolla St. (1988). Geotekstylia w budownictwie drogowym. WKiA,
Warszawa, 128s.
[55] Richtlinien (2002) f�r bautechnische Ma�nahmen an Stra�en in
Wasserschutzgebieten RiStWag. Forschungsgesellschaft f�r Stra�en-
und Verkehrwesen, K�ln.
[56] R�egger R., Hufenus R. (2003): Bauen mit Geokunststoffen Ein
Handbuch f�r den Geokunststoff-Anwender. Schweizerische Verband
f�r Geokunststoffe. 191 s.
[57] Technical Handbook (2001) : Typar� SF Geotextile, DuPont de
Nemours, Luxembourg.
[58] Technische Lieferbedingungen (1995) f�r Geotextilien und Geogitter
f�r den Erdbau des Stra�enbau. TL Geotex E-Stb 95.
Forschungsgesellschaft f�r Stra�en- und Verkehrwesen, K�ln, 26 s.
[59] Użdalewicz Z. (2001): Geosyntetyki w drogownictwie. Drenaż francuski.
Bezpieczne Drogi nr 7
[60] Wesołowski A., Krzywosz Z., Brandyk T. (2000): Geosyntetyki w
konstrukcjach inżynierskich. Wydawnictwo SGGW, Warszawa, 231 s.
62
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Spis rysunków
Rys. 2.1. Przykłady geowłóknin
Rys. 2.2. Przykłady geotkanin
Rys. 2.3. Przykłady geokompozytów (a. georuszt drenażowy
+ jednostronnie geowłóknina, b. georuszt drenażowy
+ obustronnie geowłóknina, c. rdzeń - geomata + obustronnie
geowłóknina)
Rys. 2.4. Przykładowe rodzaje geokompozytów
Rys. 2.5. Przykład geokompozytu warstwowego z mini-drenami
Rys. 2.6. Przykłady polimerowych barier geosyntetycznych o
teksturowanej powierzchni
Rys. 3.1. Schemat drenu francuskiego: a) bez rury drenarskiej, b) z rurą
drenarską
Rys. 3.2. Rozwiązania drenu francuskiego
Rys. 3.3. Przykład drenu ze skrzynkami plastikowymi
Rys. 3.4. Schemat warstwy drenującej
Rys. 3.5. Przykład drenu geokompozytowego (dren żebrowy)
Rys. 3.6. rzykład drenu geokompozytowego odwadniającego
powierzchnię skarpy (wg [53])
Rys. 3.7. Przykład zastosowania bariery geosyntetycznej
Rys. 4.1. Krzywe rozmiarów porów tkaniny i włókniny
Rys. 4.2. Zasada działania filtru geotekstylnego. Od lewej: uziarnienie
naturalne; filtr w gruncie; strefa sklepień; materiał geotekstylny;
kruszywo drenu
Rys. 4.3. Odporność geotekstyliów na kolmatację cząstkami pylastymi
gruntu (wg danych z [60])
Rys. 4.4. Równoległe dreny francuskie
Rys. 4.5. Zależność prędkości przepływu wody od spadku hydraulicznego
dla kruszyw o różnym uziarnieniu (wg [49])
Rys. 4.6. Nomogram do wyznaczania średnicy rury drenarskiej dla
znanego spadku hydraulicznego i potrzebnego wydatku drenu
(wg [49])
Rys. 4.7. chemat do obliczenia grubości poziomej warstwy drenującej
Rys. 4.8. Podstawowe błędy przy stosowaniu barier geosyntetycznych:
układanie na skarpach oraz niezrównoważony wypór wody
63
Zalecenia dotyczące stosowania geosyntetyków w odwodnieniach dróg
Spis tablic
Tablica 2.1 Wymagania dotyczące geotekstyliów i wyrobów pokrewnych
stosowanych w systemach drenażowych według PN-EN 13252
Tablica 2.2. Wymagania dotyczące barier geosyntetycznych stosowanych
w infrastrukturze transportowej według prEN 15382
Tablica 3.1. Przegląd zastosowań geosyntetyków w odwodnieniach
Tablica 4.1. Wskazówki dotyczące wyboru filtrów z geosyntetyków
Tablica 4.2. Zalecane cechy geosyntetyków filtrujących [SN 640 552:2002]
Tablica 4.3. Cechy mechaniczne geotekstyliów filtrujących o dużym
wydłużeniu (> 30%) [SN 640 552:2002]
Tablica 4.4. Właściwości hydrauliczne typowych wyrobów
geosyntetycznych stosowanych na warstwy filtrujące
Tablica 4.5. Przydatność geosyntetyków w zależności od chronionych
gruntów
Tablica 4.6. Właściwości miarodajne geosyntetyków drenażowych
Tablica 4.7. Cechy mechaniczne geosyntetyków drenażowych
[SN 640 552:2002]
Tablica 4.8. Wydatek drenów francuskich [56]
Tablica 7.1. Maksymalny czas pomiędzy wbudowaniem geotekstyliów
a zakryciem ich gruntem
Tablica 7.2. Wymagane naświetlanie promieniowaniem atmosferycznym
64

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
ochrona srodowiska w odwodnieniu drog
Główne przyczyny dotychczasowych niepowodzeń w stosowaniu geosyntetyków do warstw asfaltowych
Zastosowania i funkcje geosyntetyków w budowie dróg, cz 2
Zalecenia dotyczące prędkości skrawania
Zalecenia dotyczace aktywnosci ruchowej w profilaktyce chorob ukladu krazenia
Zastosowania i funkcje geosyntetyków w budowie dróg, cz 1
Metody stosowania geosyntetyków do budowy i wzmacniania nawierzchni oraz ziemnych budowli drogowych
Zalecenia dotyczące montażu i konserwacji sufitów firmy Armstrong Montaz i konserwacja 1
zalecenia dotyczące realizacji terenówzieleni

więcej podobnych podstron