CARACTERIZAREA TEHNICĂ A GEOSINTETICELOR UTILIZATE LA LUCRĂRI DE INGINERIE GEOTEHNICĂ [308946]

CARACTERIZAREA TEHNICĂ A GEOSINTETICELOR UTILIZATE LA LUCRĂRI DE INGINERIE GEOTEHNICĂ

2.1. Definirea geosinteticelor ca material

2.1.1. [anonimizat], rocile sau alte materiale în domeniul construcțiilor. [anonimizat] o gamă largă de funcțiuni din domeniul ingineriei geotehnice.

[anonimizat]-o [anonimizat], și anume: materiale plastice și materiale organice.

În domeniul larg al materialelor plastice se deosebesc:

– [anonimizat], gutaperca (hidrocarburi); celuloza, amidonul, glicogenul (polizaharide); cazeina ,gelatina, hemoglobina (proteine).

– [anonimizat] a celor naturali. Exemple sunt vâscoza sau celuloidul (care se obțin din celuloza), galalitul (care se obține din cazeina).

– [anonimizat]. [anonimizat], firele și fibrele sintetice ce intră în componenta geosinteticelor.

După proprietățile termomecanice produșii macromoleculari se împart în:

– [anonimizat] o mare elasticitate la temperatură obișnuită;

– [anonimizat];

– [anonimizat], [anonimizat].

Materialele geosintetice sunt fabricate din compuși macromoleculari sintetici.

2.1.2. Compuși macromoleculari sintetici

Proprietățile generale ale compușilor macromoleculari sintetici au o mare relevanță în caracterizarea produsului finit și anume a materialului geosintetic.

Proprietăți termice. [anonimizat] (nete), [anonimizat], caracteristic fiecui tip de material. [anonimizat], pe lângă forțele principale (legături chimice), [anonimizat] – [anonimizat], punți de legătură de S, O, etc. [anonimizat]. [anonimizat]:

– temperatura de înmuiere (rigidizare) – T1 – [anonimizat], fără a se separa unele de altele;

– temperatura de curgere – T2 – temperatura la care începe mișcarea browniană liberă a macromoleculelor. Peste această temperatură substanța este lichidă.

Aceste caracteristici se referă mai ales la macromolecule filiforme iar valorile acestor temperaturi se stabilesc prin determinări experimentale.

Proprietăți mecanice. Depind de structura și mărimea macromoleculei și pot fi foarte variabile funcție de rigiditatea substanței, începând de la substanțe rigide (cu elasticitate redusă), până la materiale flexibile și extensibile. Substanțele cu molecule tridimensionale au în general cea mai bună rezistență mecanică. La polimerii filiformi, proprietățile mecanice depind de temperatură. La temperaturi joase, polimerul se comportă ca un material rigid, cu rezistență mare la întindere, care scade cu creșterea temperaturii, acesta devenind tot mai elastic (stare supraelastică). La un moment dat, polimerul se deformează permanent (deformație vâsco-plastică), iar peste această temperatură materialul devine plastic.

Plasticitatea. Este proprietatea de a suferi deformări durabile la acțiunea unei forțe exterioare. Compușii macromoleculari se comportă ca niște lichide foarte vâscoase, procesul de curgere începând imediat ce începe solicitarea. Vâscozitatea lor scade mult cu creșterea temperaturii (de ~ 10 ori pentru fiecare 10°C). Astfel, pentru majoritatea lor, domeniul de prelucrare este cam același (100 – 160°C). Acest lucru este important pentru alegerea tehnologiei de prelucrare.

Densitatea. Compușii macromoleculari sunt materiale ușoare (de aproximativ 2 ori mai ușoare decât aluminiul). Acest fapt, ca și buna rezistență mecanică, le face utilizabile în industria aeronautică, navală, automobile, construcții, etc.

Proprietăți dielectrice. Majoritatea maselor plastice sunt buni izolatori electrici fiind folosite în electrotehnică. Fac excepție cele cu structuri care fac posibilă deplasarea electronilor.

Conductibilitatea termică. Sunt buni izolatori termici, mai ales produsele expandate datorită aerului din porii acestora.

Proprietăți optice. Multe mase plastice au proprietăți optice forte bune în sensul că sunt transparente pentru lumina vizibilă și UV. Astfel unele pot înlocui sticla, fiind totodată și necasante.

Proprietăți de antifricțiune. Multe mase plastice au coeficienți de frecare mici și ungerea lor se face mai ușor decât la piesele metalice. De aceea, se folosesc la construirea de lagăre, roți dințate, role etc. mai ales când durata de serviciu este redusă.

Alături de proprietățile enunțate mai sus, avantajoase din punct de vedere tehnic, masele plastice au și câteva dezavantaje care limitează folosirea lor. Din rândul acestora se menționează: stabilitatea termică redusă și îmbătrânirea.

Sub aspectul stabilității termice – majoritatea maselor plastice pot fi utilizate numai până la aproximativ 70°C. Totuși, există câteva produse care rezistă până la 200°C – 300°C.

Îmbătrânirea este un fenomen care are loc în timp, datorită unor reacții lente sub acțiunea oxigenului din atmosferă (și mai periculos este ozonul), a umidității și a radiațiilor UV. Aceasta determină degradarea obiectelor din mase plastice în timp, prin modificarea culorii, scăderea rezistenței mecanice etc. Acest fenomen micșorează durabilitatea compușilor macromoleculari, limitând utilizarea lor în anumite domenii.

Compușii macromoleculari sintetici se obțin în urma reacțiilor de polimerizare și policondensare a monomerilor. Din rândul acestora pot fi enumerați următorii compuși: polietilena, polipropilena, polistirenul, poliamida, poliamide aromatice, polivinilalcool.

Datorită importanței deosebite pe care o are materia primă a fiecărui material geosintetic în îndeplinirea cu succes a rolului pentru care acesta este fabricat, în continuare se face o analiză amănunțită asupra fiecărui compus macromolecular. Caracteristicile mecanice cât și toate atuurile unui material geosintetic se bazează în mare parte pe materia primă din componența acestuia.

Polietilena (P.E.) este denumirea dată polimerilor înalți ai etilenei de tipul (-CH2- CH2-)n. Polietilena deține o structură extrem de simplă alcătuită din lanțuri lungi de atomi de carbon combinate cu doi atomi de hidrogen atașați fiecărui atom de carbon. Este un polimer semicristalin, rășina fiind compusă dintr-o fază amorfă (lanțurile nu au o orientare specifică) și o fază cristalină (lanțurile formează unități bine definite).

Polietilena se poate obține prin mai multe procedee. Prin procedeul de polimerizare radicală la presiune înaltă folosind oxigen ca promotor, rezultă un produs cu structură ramificată având mase moleculare de 10000-50000. Procedeul de polimerizare ionică la presiune medie în prezența de catalizatori acizi dă polietilenă cu structură mai mult liniară, conferind produsului calități excepțional de bune. Polietilena este o masă albă, cristalină, transparentă sau translucidă. Datorită proprietăților sale mecanice și electrice, stabilității ei chimice și termice, impermeabilității și densității mici, polietilena se întrebuințează pe scară largă la fabricarea materialelor geosintetice cu rol de separare, armare sau filtrare. Este cel mai ieftin și utilizat material plastic, care fiind termoplastic se prelucrează prin injecție sau extrudare în forme, folii sau fibre rezistente. Are o masă sidefoasă elastică, la -25°C devine casantă, este flexibilă, hidrofobă, are temperatura de topire de 80°-112°C și este rezistentă la agenți chimici. Rezistă la acizi și baze dar nu rezistă la solvenți organici. Se utilizează la fabricarea geomembranelor, geogrilelor, georețelelor și geotextilelor. În dependență de condițiile de polimerizare se deosebesc 3 tipuri de polietilenă:

– polietilenă la presiune înaltă (High Density) care se obține la presiunea de 1000-1500 atm. și 190°C iar ca inițiator servește oxigenul;

– polietilena la presiune mijlocie, la care polimerizarea se realizează în dizolvant la 35-40 atm. și 125-150°C pe catalizatori metalici;

– polietilena la presiunea ce nu depășește 5atm. și temperatură mai mică de 80°C. Ca și catalizatori se folosesc complecși Ziegler-Natt.

Cu toate că aceste tipuri de polietilenă se obțin din unul și același monomer, ele reprezintă produși ce se deosebesc radical. Polietilena la presiune înaltă este cea mai ramificată, reprezintă un polimer moale și elastic folosit foarte des în fabricarea materialelor geosintetice de genul geomembrane, georețele și geogrile. Toate tipurile de polietilenă sunt stabile la ger și față de multe medii agresive, cum ar fi acizi, baze și solvenți organici. Se dizolvă în benzen, toluen, xilen, clorobenzen, ș.a. Neajunsul polietilenelor constă în îmbătrânirea rapidă, care, însă, este încetinită prin introducerea în polimer a unor substanțe ca fenoli, amine ș.a.

Polipropilena (P.P.) este rezistentă la agenți chimici, fiind un polimer cu indici fizici, mecanici și electrici foarte înalți. Sub formă de fibre are cea mai ridicată rezistență mecanică dintre toți polimerii. Rezistența la șoc la temperaturi pozitive ridicate și la temperaturi negative scade brusc, iar rezistența la raze ultraviolete este scăzută. Se utilizează la geotextile și geogrile. Polipropilena cristalină este unul dintre cei mai ușori polimeri duri cunoscuți. Se deosebește prin stabilitate, duritate și tărie. Datorită structurii cristaline, își păstrează forma și proprietățile mecanice bune chiar până la temperatura de înmuiere. Are o stabilitate chimică ridicată, iar temperatura de topire se află la 160°-170°C. În mare, polipropilena poate fi caracterizată ca un material cu duritate ridicată la suprafață, densitate redusă, greu inflamabil, înaltă stabilitate termică de formă, rigiditate bună, reziliență redusă, rezistență chimică foarte bună la: acizi, alcool, aldehide, solvenți organici și grași. Rezistența chimică este limitată la hidrocarburi (de exemplu carburanți). Nu rezistă la produse oxidante (risc de crăpare prin stres), și are rezistență redusă la frecare, motiv pentru care în industria materialelor geosintetice are ca și suport substanțe ce îi îmbunătățesc acest inconvenient. Nu poate fi lipită sau vopsită, dar se sudează și nu este rezistentă la intemperii, motiv pentru care se tratează cu substanțe rezistente razelor UV.

Poliesterul (P.E.S.) este termoactiv, iar proprietățile se datorează unei anume structuri a macromoleculei, ce conferă produsului rezistențe mecanice foarte bune. Poliesterul pur este transparent și incolor, rezistând la temperaturi de până la 120°C. Fibrele de poliester prezintă o rezistență bună la acizi minerali, acizi organici, substanțe alcaline și oxidanți. Fibrele sunt termoplaste (masă plastică având proprietatea de a se înmuia prin încălzire) la 230-240°C și prezintă stabilitate față de lumina solară și microorganisme. Se utilizează la geogrile și geotextile.

Poliamida (P.A.) (nylonul) este un polimer semicristalin de obicei de culoarea alb-lăptoasa sau gălbuie, care face parte din grupa de mase plastice tehnice cu rigiditate și rezistență ridicată. Prezintă o combinare optimă de calități: rezistență mecanică, rigiditate, rezistență la lovituri și proprietăți bune de alunecare, rezistență mare la abraziune, coeficient mic de frecare, rezistență excelentă la oboseală. Punctul de topire se află între 150°C și 270°C în funcție de tip. Domeniul de utilizare este larg, dar cu preponderență la geomembrane și geotextile.

Policlorura de vinilin (P.V.C.) prezintă rezistențe chimice ridicate atât la acizi (precum H2SO4, HCl), cât și la baze (NaOH). Are rezistențe mecanice bune până la temperaturi de 70°C când începe să se descompună. Se utilizează la geomembrane și geotextile.

După cum rezultă din tabelul 2.1., la fabricarea fiecărui tip de material geosintetic este folosit un anumit polimer principal.

Tabelul 2.1.

Polimerii principali utilizați la fabricarea materialelor geosintetice

Procedeul tehnic ce trebuie parcurs pentru obținerea materiei prime din care sunt realizate geosinteticele este: monomerul → polimerizarea → rezultând polimerul → aditivarea cu diverși componenți pentru a diferenția caracteristicile și deci proprietățile materialului geosintetic. Procesul de fabricare respectă pașii din figura 2.1. ce presupun trecerea materiei prime prin dozatoare și utilajul de extrudare, continuând cu așternerea acestuia în plan orizontal, rearanjarea fibrelor continue printr-un procedeu de întrețesere cu ace-cârlig sau jet de apă la presiuni ridicate, tensionarea geotextilului prin întindere până la atingerea unei lățimi impuse (exemplul din imagine realizează fabricarea geotextilelor nețesute la o lățime de 2 m) și împachetarea materialului cu lungimi variind între 75 și 150 m.

Fig. 2.1. Exemplu de țesere a fibrelor continue de polipropilen

În produsul final, polimerii sunt însoțiți de alte elemente utilizate pentru a conferi materialului geosintetic funcțiile necesare rolului pentru care au fost fabricate. Astfel materialul geosintetic este alcătuit în general din:

– compusul macromolecular, care este element principal și constă din unul sau mai mulți polimeri sintetici;

– componenți de umplutură, care sunt substanțe de natură minerală sau organică, ce realizează scheletul mecanic. Acești compuși pot modifica sau extinde anumite proprietăți. Ele asigură stabilitatea dimensională a materialelor plastice, pot diminua presiunile de formare și temperaturile de prelucrare. Se utilizează sub formă de pulberi, fulgi sau fibre, care pot fi:

a) compuși de siliciu – nisip, cuarț, talc, mică, azbest – mărind rezistența la temperaturi ridicate;

b) oxizi metalici – ZnO, MgO – cresc duritatea;

c) săruri anorganice – CSi – substanțe ce întârzie degradarea termică și fotochimică;

d) pulberi metalice – aluminiu, bronz, cupru, zinc – pentru reglarea conductivității electrice.

– materiale de armare care au rolul principal de a îmbunătăți proprietățile mecanice, în special rezistența la întindere, forfecare, șoc mecanic;

– plastifianți care sunt substanțe organice greu volatile și care adăugate compușilor macromoleculari asigură vâscozitatea necesară prelucrării dând produselor finite flexibilitate;

– dizolvanți, adică substanțe organice ușor volatile ce formează soluții lichide cu compușii macromoleculari. Ele conferă o mobilitate temporară compușilor macromoleculari făcând posibilă prelucrarea sau transformarea, ca de exemplu: alcooli, eteri, hidrocarburi;

– coloranți și pigmenți, ce asigură culoare materialului finit, fiind diverși aditivi antistatici, fungistatici, de ignifugare, antioxidanți.

2.2. Materiale geosintetice folosite la lucrări de inginerie geotehnică

2.2.1. Clasificarea materialelor geosintetice

Materialele geosintetice au o largă paletă de utilizări, cu posibilitatea de a le „proiecta” caracteristicile și deci impune rolul. Cu o facilitate deosebită la punerea în operă, o productivitate mare și cu un consum redus de energie la aplicare, lansează o adevărată provocare în competiția tehnică și economică cu materialele clasice. În continuare se cercetează pe piața internațională noi modalități de fabricare sau noi variante de utilizare a acestor materiale, funcțiile lor fiind nemărginite în domeniul construcțiilor de orice tip.

Începutul folosirii în construcții a unor materiale apropiate geotextilelor de astăzi aparține trecutului mult îndepărtat. În anul 1493 împăratul Hongzhi a început construcția zidului dinastiei Ming, cunoscut sub denumirea de Marele Zid Chinezesc, care servea ca apărare contra mongolilor și pentru o supraveghere mai bună a drumurilor comerciale, în special porțiunea centrală a Drumului Mătăsii.

Fig. 2.2. Tronson al Marelui Zid Chinezesc

Mortarul folosit era produs din piatră de calcar arsă amestecată cu amidonul din orez. La construcția corpului zidului se folosea un amestec de argilă, nisip și piatră cioplită, armat cu fâșii de bambus uscat așezate într-un caroiaj, extins pe înălțimea zidului la anumite distante între straturi. Acestea sunt printre primele dovezi de folosire a unor materiale ca și concept de armare a pământului.

În anul 1965 apar primele referiri privind utilizarea unor geotextile confecționate ca atare pentru folosirea în construcții.

În țara noastră primele geotextile au început să fie produse în anii 1973-1974, iar printre cele mai semnificative lucrări se pot enumera: filtrul invers de sub pereul din beton pe canalul navigabil de legătură dintre Dunăre și portul Combinatului Siderurgic Călărași, unde sau utilizat peste 500.000 m2 de geotextil; strat filtrant în lucrările de apărare și consolidare a malurilor râului Olt; element filtrant pentru cuva superioară de apă curată la amenajarea râului Dâmbovița pe cca. 10 km [63].

Cu o istorie îndelungată ca și concept, materialele revoluționează periodic întregul areal de construcții. Având ca și ideologie scopul simplificării și îmbunătățirii oricărei lucrări de construcție, materialele geosintetice tind să devină din ce în ce mai acoperitoare în funcții și roluri, ajungându-se în prezent la diverse tehnologii de fabricare și mixare a materiei prime, prin care se obțin materiale geosintetice diferite, economice și justificate domeniului în care sunt utilizate. În literatura de specialitate există mai multe variante de clasificare a materialelor geosintetice, una dintre acestea fiind expusă în figura 2.3. [85]:

Fig. 2.3. Clasificarea materialelor geosintetice

2.2.2. Geotextile

2.2.2.1. Tipuri de geotextile și moduri de realizare

Geotextilele sunt realizate în marea lor parte din mase plastice care după Koerner, sunt folosite astfel: – polipropilenă 64%, poliester 32%, poliamidă 2%, polietilenă 2%. Pentru nevoi speciale se realizează și geotextile biodegradabile din polimeri naturali sau din alte materiale naturale pentru durate de serviciu limitate.

Geotextilele sunt materiale plane realizate fie prin țeserea pe două direcții a fibrelor, orientate perpendicular, formând astfel o rețea ordonată, fie prin țesere neordonată sau fără țesere (nețesute). Pentru realizarea unui astfel de caroiaj sunt folosite fire filate, multifilamente, sfori, monofilamente, benzi, fibre lipite utilizate în diferite combinații între ele. Pe direcția transversală pot fi folosite fibre diferite față de direcția longitudinală cum ar fi de exemplu multifilamente din poliester, poliamidă și polipropilenă, monofilamente din polipropilenă, benzi și fibre lipite din polietilenă sau polipropilenă.

În figura 2.4. sunt arătate modurile de fabricare a geotextilelor, iar în figura 2.5. și 2.6. sunt prezentate diversele tipuri de geotextile [66].

Fig. 2.4. Moduri de fabricare a geotextilelor țesute, tricotate și nețesute

a b c d

Fig. 2.5. Tipuri de geotextile:

a) țesute, b) tricotaj, c) mono și multifilament, d) benzi

a) b) c)

Fig. 2.6. Geotextile:

a) tricotate, b) nețesute ,c) nețesute

Felul de încrucișare/legare a firelor se numește legătură. Procesul de realizare a acestor legături influențează în mod direct și semnificativ caracteristicile materialului geosintetic. Modul de realizare a acestor legături în materialele geotextile se face prin țesere în linie, prin țesere diagonală, țesere cu ace (ace special realizate, al căror capăt ascuțit este prevăzut cu o forma gen cârlig fiind distribuite uniform pe palete), prin țesere cu jet de apă sub presiune (consolidare prin întrețesere) sau termosudare, folosindu-se fibre continue sau fibre discontinue. Din punct de vedere al procesului de fabricare, geotextilele sunt realizate fie prin procedeul mecanic (coasere/țesere), fie adeziv (lipire) sau coeziv (topire). În general, prin țeserea în linie se realizează materiale geotextile rezistente la acțiuni mecanice, iar țeserea diagonală are ca și rezultat crearea geotextilelor cu țesătură densă. Există și cazuri de dublă țesere pe una sau ambele direcții, toate aceste variante fiind puse în operă în funcție de rolul ulterior al geotextilului și de ce caracteristici principale sunt dorite pentru materialul respectiv. Modul de fabricare a fiecărui geotextil în parte îi modifică acestuia considerabil o gamă largă de caracteristici utile pentru funcția pe care materialul urmează să o îndeplinească pe/în teren.

a) b)

Fig. 2.7. Geotextil din fibră continuă solidificat prin procedeu: a) mecanic, b) termic

Geotextilele realizate prin țesere mecanică sunt în general moi, flexibile și cu o grosime de peste 1 mm, uniform distribuită pe întreaga suprafață a materialului.

Legătura adezivă a fibrelor se realizează prin utilizarea unui liant lichid aplicat prin diferite metode pe materialul textil, care ulterior se întărește prin procedee termice de uscare, de condensare la aproximativ 160°C – 210°C sau de polimerizare. Procedeele adezive formează la punctele de contact a două sau mai multor fibre, legături rigide ce dau materialului geotextil o flexibilitate scăzută comparativ cu cele legate mecanic. Cantitatea și tipul liantului utilizat sunt adaptate potrivit unor cerințe speciale asupra geotextilului (de exemplu comportarea geotextilului folosit în lucrări sub nivelul apei/submersate).

Procedeul coeziv de realizare a geotextilelor presupune utilizarea temperaturilor mari și a presiunii sub care fibrele sintetice formează legături între ele mai puțin rezistente decât cele rezultate cu ajutorul lianților adezivi. Datorită procedeului de realizare aceste geotextile sunt în general mai subțiri, având grosimi între 0,2 până la 1,5 mm și fiind mai compacte, porozitatea lor ajungând la valori de 60-70% (față de până la 90% la materialele cu țesere mecanică). Ca și concluzie se subliniază faptul că la momentul de față, luând în considerare varietatea mare de fabricare a materialelor geotextile, în literatura de specialitate și conform normelor în vigoare termenii de referință pentru cele două mari categorii de geotextile sunt: materiale geotextile legate mecanic și materiale geotextile legate termic.

2.2.2.2. Proprietățile geotextilelor

Proprietățile principale și relevante ale geotextilelor se referă la funcțiile pe care acestea le îndeplinesc, acestea fiind cele hidraulice și mecanice.

Proprietăți hidraulice sunt dependente de modul de fabricare al geotextilelor, rolul decisiv avându-l dimensiunile porilor, permeabilitatea și transmisivitatea. Dimensiunile porilor sau deschiderea porilor unui geotextil determină diametrul materialului granular reținut de geotextil (efectul de filtru) definind astfel eficiența geotextilului. Valoarea diametrului particulelor reținute corespunde cu diametrul mediu al porilor la care este reținută 90% din fracțiunile granulare. Conform studiilor existente [68], în figura 2.8. se prezintă comparativ retenția de particule fine, concluzionând că un material geosintetic țesut permite trecerea unei cantități duble de nisip fin cu granulozitate mai mică de 0,1 în comparație cu un geosintetic nețesut.

Fig. 2.8. Efectul dimensiunii porilor la geotextile nețesute și țesute

Pemabilitatea depinde de mărimea și distribuția porilor. Datorită părțior fine de pământ poate apărea fenomenul de colmatare, motiv pentru care valorile obținute în laborator pot diferi mult față de fenomenul de pe teren. Geotextilele mecanic nețesute au cele mai mari valori ale permeabilității, urmate fiind de geotextile nețesute legate termic sau chimic și apoi de geotextile țesute.

Transmisivitatea corespunde permeabilității în planul geotextilului, fiind de asemenea o valoare dată în funcție de mărimea și distribuția porilor, cât și de grosimea geotextilului, care variază în funcție de producător între 0,8 și 3,5 mm, cu greutăți de la 65 până la 400 g/m2 la geotextilele de filtrare, dublându-se sau chiar triplându-se dimensiunile la cele de protecție.

a) b)

Fig. 2.9. Proprietăți hidraulice ale geotextilelor: a) pemabilitatea; b)transmisivitatea.

Proprietățile mecanice sunt mult influențate de materia primă utilizată pentru fibre și filamente cât și de modul de fabricare a geotextilului (legarea, coaserea filamentelor). Decisive sunt astfel forța de smulgere/rupere influențată și aceasta de modul de fabricare al materialului geotextil. La aceeași masă, geotextilele țesute sunt de 3 până la 5 ori mai rezistente la smulgere decât cele nețesute, conform diagramei prezentate în figura 2.10. Comportarea la forță-alungire este un alt indice mecanic dependent de modul de fabricare, solidificare și materia primă implicate în realizarea geotextilului.

Fig. 2.10. Comportarea la smulgere a geotextilelor

Rezistența materialelor geotextile împotriva agenților organici, baze, acizi, agenți de oxidare, ger și căldură este în principiu ridicată la oricare din materiile prime utilizate la fabricarea geotextilelor [89]. La polipropilenă și polietilenă este necesară adăugarea aditivilor de protecție împotriva razelor UV. În cazul geotextilelor realizate din fibre naturale aceste rezistențe nu există și oricum nu sunt dorite, dat fiind faptul că materiale sunt utilizate tocmai datorită caracteristicii biodegradabile.

2.2.2.3. Funcțiile și domeniul de folosire a geotextilelor

Geotextilele realizate din materiale plastice sunt utilizate în special ca materiale de filtrare, separare sau drenare, cât și în scopul protejării unor elemente sau materiale dintr-o construcție. Geotextilele pot fi utilizate la diferite tipuri de construcții: ziduri de sprijin, drumuri și căi ferate, depozite de deșeuri, construcții hidrotehnice și diverse sisteme de drenaj (drenuri orizontale, drenuri verticale). Se utilizează și pentru protejarea geomembranelor sau a altor materiale contra perforării statice sau dinamice, sau ca separator între stratul de agregat și teren la fundațiile de drumuri și căi ferate.

Fig. 2.11. Geotextil nețesut utilizat la separare de straturi

Deși funcția principală a geotextilelor este cea legată de filtrare și drenare, geotextilele de mare rezistență se folosesc și pentru armare. Aceasta ultimă funcțiune se folosește la stabilizarea de rambleuri și depozite de deșeuri fundate pe terenuri cu capacitate portantă scăzută, precum și la realizarea de structuri de sprijin și taluzuri abrupte din pământ armat.

Caracteristica principală a geotextilelor o reprezintă permeabilitatea lor bună față de lichide și aer. O permeabilitate controlată prim metoda de fabricare a materialului geotextil, care reține particulele solide din pământ, poate îndeplini separat sau concomitent și alte funcții, nu numai pe cea filtrantă-drenantă. De asemenea, este de remarcat eficiența de filtrare, căci o pătură de geotextil de câțiva mm grosime poate înlocui un filtru din nisip de 30 cm.

Așa cum s-a arătat, geotextilele sunt țesături realizate din fibre sintetice, dar pot fi realizate din fibre naturale (iută, fibră de cocos, salcie, cânepă, paie, celuloză), acestea fiind numite geosaltele biodegradabile. Ocrotirea ecosistemelor de factorii exogeni, care tind să le prejudicieze calitatea, este un obiectiv împărtășit atât de sectorul public cât și de cel privat. Fenomenul eroziunii pământurilor este cu siguranță un aspect relevant al acestei probleme și tocmai din acest motiv, soluțiilor de natură sintetică, li s-au alăturat, în cursul timpului și elemente complet naturale (biodegradabile). Conform acestei tendințe, diferitele firme producătoare de materiale geotextile propun sisteme pentru controlarea eroziunii de tip geosintetic, dar și produse complet naturale. Se regăsesc pe piață astfel de produse realizate fie dintr-un singur material biodegradabil, fie din combinații de fibre naturale cum ar fi bio-împletituri din paie și fibre de cocos, disponibile și pre-însămânțate, complet biodegradabile, studiate pentru a garanta o acoperire adecvată a pământului. Aceste soluții sunt aplicabile în cazul terasamentelor din pământ armat, având rolul de protecție împotriva eroziunii taluzurilor acestora.

Fig. 2.12. Geotextile biodegradabile din fibre de cocos, iuta, celuloză (Pavimat, Geocom)

2.2.3. Geogrile

2.2.3.1. Tipuri de geogrile și modul de realizare

Posibilitatea de a realiza folii din mase plastice mai groase de 1-2 cm, a dus la ideea de a crea un nou produs sub forma unei rețele cu goluri mari în raport cu nervurile ei. Pentru a se obține un produs monolit pornind de la folia de bază ce poate fi realizată din polietilenă de înaltă densitate, poliester de înaltă rezistență, polipropilenă, poliamide aromatice, polivinilalcool sau fibre de sticlă, se folosesc următoarele tehnologii (Fig.2.13):

– prin fante tăiate într-o folie de polietilenă, supusă apoi operației de etirare (întindere a fibrelor sintetice în scopul orientării macromoleculelor și al creșterii rezistenței lor la o temperatură controlată), de regulă pe două direcții: mai întâi în sens longitudinal și apoi în sens transversal, astfel încât să se evite fracturarea structurii moleculare;

– prin ștanțarea unor goluri de obicei circulare, după care se continuă procesul de etirare ca și în prima tehnologie;

– producerea de benzi independente care se dispun în rețea, iar la noduri sunt sudate sau lipite prin topire-compresiune.

Fig. 2.13. Realizarea geogrilelor prin etirare sau stanțare și etirare

Produsul realizat, reprezintă un caroiaj plan, regulat, compus dintr-o rețea geometrică deschisă și repetitivă, ale căror elemente realizate prin extrudare, lipire sau întrețesere, sunt legate între ele și ale căror deschideri/ochiuri sunt mai mari decât dimensiunea materialului granular cu care intră în contact. Există multe variante de geogrilă, diversificate atât prin metoda de fabricare, modelul geometric cât și prin materia prima utilizată. Pot fi: biaxiale (bietirate), monoaxiale (monoetirate), cu noduri integrate (asigură continuitatea în dreptul nodurilor), țesute sau lipite.

Geogrilele, indiferent de producător, au câteva caracteristici comune cum sunt:

suprafața golurilor este foarte mare în raport cu cea a nervurilor ce constituie rețeaua;

în noduri grosimea este de 2-3 ori mai mare decât grosimea nervurilor;

rezistențe diferite pe direcțiile transversală și longitudinală.

2.2.3.2. Folosirea geogrilelor la lucrări de inginerie geotehnică

Înglobate în pământ, sau în alt material, geogrilele acționează atât prin frecarea ce se produce între rețea și materialul de pe ambele fețe, cât și prin interacțiunea geogrilei cu materialul respectiv, în special după compactarea ce are loc cu ocazia punerii în operă. Sunt folosite la armarea unor straturi din materiale granulare necoezive, acționând asupra masei agregatelor, reducând deplasarea laterală a acestora (refularea) și mărind deci capacitatea portantă, datorită încleștării materialului granular în geometria geogrilei. Motiv pentru care, se pot realiza sub diverse forme de rețea, cum ar fii: pătrată, dreptunghiulară, dreptunghiulară alungită subțire sau groasă, romboidală sau triunghiulară.

Geogrilele sunt utilizate la armarea stratului de fundație sau al stratului de formă la drumuri și la căi ferate, a umpluturilor, la rambleuri, la stabilizarea și consolidarea pantelor instabile, realizarea de structuri de sprijin (ziduri) din pământ armat, la saltele geocelulare pentru construcții realizate pe terenuri moi sau umpluturi neomogene, la drumuri de acces sau drumuri forestiere, în scopul măririi capacității portante a acestora [14]. Pentru drenare geogrilele se utilizează în asociație cu alte materiale geosintetice (geotextile sau geomembrane) pentru terenuri dificile de fundare (de exemplu pământuri sensibile la îngheț) sau la diferite construcții, de genul ziduri de sprijin având cele mai variate fațade, depozite de deșeuri, rambleuri.

Fig. 2.15. Zid de sprijin armat cu geogrile în sistem TenCate

Punerea în operă a geogrilelor este simplă, legătura dintre plase se face ușor prin petrecere și apoi prin coasere sau legare cu ace/cuie/ancore; geogrilele nu sunt sensibile la acțiunile mecanice ale granulelor mai mari din stratul de umplutură, suportă compactarea imediat după instalare și nu se degradează datorită flexibilității sporite [102].

În momentul de față există o cerință tot mai mare pentru executarea unor proiecte care să protejeze mediul înconjurător și să necesite investiții minime pentru drumuri, platforme portuare, parcări, zone aeroportuare și platforme situate pe terenuri slabe sau instabile. Geogrilele oferă soluții de înaltă performanță care îndeplinesc cerințele de ordin financiar și de protecție a mediului. În momentul în care materialul granular de umplutură așternut peste geogrilă este compactat, acesta se încleștează în aperturile (deschizătura, orificiul) geogrilei, sporind rigiditatea ansamblului material de umplutură – geogrile și facilitând suportarea unor încărcări mari la deformații foarte mici [103].

2.2.4. Georețele

În marea lor majoritate georețelele sunt structuri tridimensionale poroase din fire polimerice (monofilamente) și/sau din alte materiale (sintetice sau naturale), solidificate mecanic, termic, chimic și/sau în alt mod, care rețin particule de pământ, rădăcini și plante mici, fiind utilizate în aplicații de inginerie geotehnică și civilă. Au în general un indice de permeabilitate de peste 95% și grosimi ce variază între 9 și 25 mm. Georețelele sunt adesea utilizate împreună cu geotextile sau geogrile, fie unite direct din fabricație (formând astfel geocompozitele), fie mai rar, suprapuse la fața locului. Funcția principală a acestor materiale este cea de protecție împotriva eroziunii de suprafață a terenului, iar ca și rol secundar pot fi utilizate cu succes ca și materiale drenante.

Fig. 2.16. Exemplu de folosire a georețelelor ca strat de protecție a unui taluz

împotriva eroziunii

Fiind adesea utilizate pe suprafețe înclinate, georețelele se fixează cu ajutorul unor picheți de obicei în formă de U, având dimensiuni de aproximativ 30 cm, în majoritate fiind confecționate din oțel de 8 mm.

Fig. 2.17. Fixarea georețelelor pe suprafețe înclinate

Georețelele se aștern pe terenuri pregătite în prealabil, defrișate și ușor compactate, iar materialele se suprapun pe toată lungimea lor (în funcție de instrucțiunile de instalare a fiecărui producător, în medie 10 cm). Este important la astfel de lucrări să se realizeze contactul dintre georețea și teren pe toată suprafața acestuia, motiv pentru care în unele cazuri sunt folosite și sfori trase în diagonală peste suprafața derulată a georețelei.

Georețeaua se acoperă de sus în jos cu sol fertil ce se compactează ușor după împrăștiere. Grosimea stratului nu trebuie totuși să depășească 5 cm, în caz contrar, efectul de protecție împotriva eroziunii este pierdut. În funcție de proiect, solul este fie gata însămânțat, fie va fi stropit la final cu fertilizator și semințe, manual sau mecanizat.

Fig. 2.18. Stabilizarea antierozivă pe malul unui canal de irigații efectuată cu georețea tip KMat L TeMa-Tegola

Georețelele oferă o posibilitate rapidă de înierbare a taluzurilor indiferent de unghiul de înclinare al acestora. Este important că efectul de protecție împotriva eroziunii de suprafață este resimțit încă înainte de creșterea vegetației pe pantă, ceea ce face să aibă utilizare adecvată pentru aplicațiile de inginerie ambientală împotriva erodării pantelor. Sunt utilizate la orice fel de pante: taluzuri, rambleuri, suprafețele deponeelor, șanțuri etc. Structura specială tridimensională reține particulele de pământ chiar și sub acțiunea apei de ploaie, mărind gradul de coeziune a terenurilor asigurându-le deci stabilitatea.

2.2.5. Geocompozite

Beneficiind de toate avantajele geosinteticelor puse în operă în ultimii ani, utilizatorii au încercat să găsească noi combinații din gama acestor produse, care să îmbine proprietățile și funcțiile unora cu ale celorlalte, astfel încât s-a ajuns la o serie de produse complexe denumite geocompozite. Sunt combinații de materiale din care în general cel puțin unul este un material geotextil. Dată fiind marea lor diversitate, se poate spune că geocompozitele sunt alcătuite din structuri, sandvișuri din geosinteticele trecute în revistă anterior combinate cu alte structuri polimerice, îndeplinind funcții extinse sau comasate în raport cu acestea. În funcție de tipul geosinteticelor și a altor materiale cu care intră în combinație, precum și de modul de realizare a legăturilor dintre acestea, în practică există o gamă destul de largă de geocompozite.

2.2.5.1. Geocompozite formate din două straturi de geotextil legate mecanic

Aceste geocompozite sunt alcătuite din două straturi de geotextil legate mecanic, realizate din polipropilena stabilizată la razele ultraviolete, fiecare având grosime și densitate diferită, respectiv fibre diferite în componență. Un astfel de geocompozit poate fi un excelent material de filtrare, având ca și rezultat un număr optim de constricții ce influențează benefic capacitatea de retenție a pământului, rezultând un risc scăzut de colmatare. Aceste geocompozite combină efectul optim de filtru cu o bună anduranță față de solicitările mecanice. Având atât funcția de filtrare cât și pe cea de protecție, sunt materiale ideale pentru utilizare la lucrări hidrotehnice și canale, unde apar solicitări mecanice mari, la apărare de mal și sparge val, la diguri și baraje. Caracteristicile importante ale acestor geocompozite sunt: grosimea ce variază de la 3 la 7 mm, masa cuprinsă între 350 și 800 g/m2, rezistența mare la poansonare și permeabilitatea cuprinsă în general între 60 și 30 mm/s.

Fig. 2.19. Geocompozit tip Polyfelt F TenCate

2.2.5.2. Geocompozite realizate dintr-un geotextil și o rețea de polimeri sau fibre de sticlă

Rețeaua poate fi realizată din fibre de polietilenă de înaltă densitate, fibre de sticlă, (fibră de sticlă tip E), polivinil alcool, fiind fabricată ca și o rețea ordonată cu ochiuri de dimensiuni bine stabilite sau ca și conglomerat de fire continue. Aceste materiale oferă o bună armare în timp a pământurilor datorită rețelelor din componență, prezentând deformații mici sub acțiunea solicitărilor de lungă durată și o bună conlucrare cu diferitele pământuri, datorită structurii și flexibilității materialului. Totodată prezintă și protecție ridicată împotriva deteriorării mecanice, datorată combinației de materiale din componența sa ca și o excelentă proprietate de filtrare în timp.

Ca materiale de armare se folosesc atât la construcții de sprijin din pământ armat cât și la consolidarea și stabilizarea alunecărilor de teren.

Alunecările de teren, naturale sau antropice, sunt fenomene fizico-geologice frecvent întâlnite, în special la pământurile coezive și în zonele cu precipitații abundente. Astfel de alunecări pot fi consolidate prin excavarea și utilizarea pământului alunecat și armarea acestuia cu straturi de geocompozit de înaltă rezistență. Geocompozitele permit astfel utilizarea unui material de umplutură de calitate relativ slabă pentru realizarea de taluzuri, prezentând numeroase avantaje din punct de vedere financiar, a protecției mediului și realizării construcției. Recurgându-se la utilizarea armării pământului cu geocompozite rezultatul este diminuarea suprafeței ocupate, reducerea cantității de material de umplutură necesar, utilizarea materialelor locale disponibile pentru realizarea acestor construcții simple și rapide.

Fig. 2.20. Geocompozit pentru armarea pământului tip Rock PEC TenCate

La utilizarea geocompozitelor în domeniul rutier se observă o remarcabilă îmbunătățire a durabilității suprafeței de rulare prin detensionarea straturilor portante, etanșarea suprafețelor datorita capacității optime de retenție a bitumului, împiedicând pătrunderea umezelii și prelungind durata de exploatare. Reducerea grosimii stratului de asfalt cu până la 40%, întârzieri semnificative la apariția fisurilor de reflexie, reducerea făgașelor cu până la 70%, prelungirea duratei de exploatare, instalarea ușoară și rapidă sunt avantaje dovedite în timp, datorită utilizării unor astfel de materiale concepute pentru înlăturarea problemelor cunoscute [107]. Caracteristicile principale ale acestor produse sunt retenția de bitum, rezistența la întindere pe ambele direcții și geometria fibrelor atașate de geotextil.

a) b) c)

Fig. 2.21. Geocompozite pentru armarea asfaltului

a) PGM-G 50/50 (Tencate), b) Armatex RSR (Kordana), c) Galsstex (Tensar)

2.2.5.3. Geocompozite realizate dintr-un geotextil sau geogrilă și o georețea

Deseori în activitatea de proiectare, problemele referitoare la controlul și gestionarea evoluției comportamentului apei în pământ, constituie una dintre cele mai mari provocări pe care proiectantul trebuie să fie în măsură să o înfrunte. În cea mai mare parte a cazurilor, este necesar să se prevadă intervențiile de drenare capabile să garanteze funcționalitatea și stabilitatea lucrării. Odată cu apariția materialelor geosintetice, există posibilitatea de control în mod oportun a prezenței apei în teren garantând un nivel de siguranță sporit. Produsele geosintetice adecvate pentru această funcție numite și geocompozite drenante, sunt realizate dintr-un geotextil și o georețea sau geogrilă și georețea, materiale caracterizate printr-o grosime de ordinul centimetrilor, obținute prin cuplarea de elemente filtrante și de separare la o structură tridimensională internă. Această structură poate fi constituită din monofilamente extrudate de polipropilenă sau din foi turnate la cald din polietilenă de înaltă densitate (HDPE), caz în care geotextilul poate fi așternut pe una sau ambele parți ale rețelei. Datorită acestor structuri aerisite fluxul apei este neîntrerupt, astfel că aceste geocompozite pot fi utilizate cu succes la lucrări de drenare, scurgere și canalizări, caracteristica lor principală fiind buna capacitatea hidraulică sub anumite încărcări. Se obține o bună capacitate de retenție a pământului și o permeabilitate optimă acolo unde este necesară.

a) b) c)

Fig. 2.22. Exemplu de folosire a geocompozitelor

a) Drenajul la extradosul unei galerii (realizată cu QDrain C 20P)

b) Acoperirea unei gropi de gunoi (realizată cu QDrain)

c) geocompozit tip Tensar Qdrain

Geocompozitul drenant este realizat dintr-un miez intern în formă de con, cu indice ridicat de permeabilitate, obținut din monofilamente sintetice din polipropilena extrudată, răsucite și sudate în punctele de contact, peste care sunt cuplate prin procedeu termic două geotextile nețesute. Acestea au sarcina de a filtra apa, împiedicând particulele din pământ sa producă colmatarea la nivelul miezului intern, capabil sa conducă și să dea scurgere apei captate, menținând produsul flexibil și adaptabil la orice suprafață.

Cazul aplicării materialului într-un plan orizontal sau sub un anumit unghi, se regăsește la grădini suspendate, acoperirea superioară a gropilor de gunoi, acoperirea bazei gropilor de gunoi, acoperiri de pământ, galerii, canale. Așternerea în plan vertical intervine la șanțuri de drenare, pereți de susținere, galerii, pământ armat.

O altă variantă de compozit geotextil – georețea, este geo-împletitură antierozivă tridimensională obținută din monofilamente sintetice din polipropilenă extrudată, răsucite și sudate în punctele de contact. Constituită dintr-o structură tridimensională cu indice ridicat de permeabilitate, materialul este cuplat cu bio-filtru de culoare verde, un tip de geotextil complet biodegradabil. Bio-filtrul, compus din fibre de celuloză, încorporează în interiorul său semințe de cea mai bună calitate și cantitatea necesară de fertilizanți, care garantează creșterea unui covor perfect de iarbă. Aceste genuri de materiale geocompozite își găsesc aplicabilitate în cazul pantelor mai abrupte. Pentru acest motiv este folosit cu succes pentru cerințe de reînnoire ambientală și de reînverzire unde se dorește folosirea de tehnici eficiente de peisagistică în scopul obținerii unei acoperiri eficiente, perfectă și omogenă cu iarba fără folosirea de hidro-însămânțări.

Des utilizate mai ales la taluzuri pentru o armare de suprafață și totodată o protecție împotriva eroziunii sunt geocompozitele realizate din geogrile și georețele, numite și geoîmpletituri antierozionale, care se adaptează la cele mai diverse cerințe din domeniul controlării eroziunii superficiale și al refacerii mediului. Tendința crescândă de acoperire a terenurilor cu beton și continua defrișarea a zonelor muntoase și de deal au intensificat fenomene precum curgeri de teren, alunecări de teren, căderi de piatră etc. Prevenirea eroziunii de suprafață este o componentă fundamentală a temelor actuale de protejare a mediului ambiant. Produsele și tehnicile antierozive împiedică riscurile de desprindere a solurilor fine menținându-le împreună cu vegetația, limitează la maxim acțiunea de spălare a solului de către apele pluviale, protejează substratul de cultură la acțiunea vântului, fixează semințele utilizate pentru reînverzire și favorizează germinația.

Geoîmpletiturile antierozive tridimensionale sunt obținute din monofilamente sintetice din polipropilena extrudată, răsucite și sudate în punctele de contact. Acestea sunt structuri tridimensionale cu un indice de permeabilitate ridicat, adecvate pentru a fi combinate cu material granular, în general pământ vegetal. Structura lor specială fiind întărită de o geogrilă, conferă materialului pe lângă calitățile unei georețele o mai mare rezistență la întindere.

2.2.5.4. Geocompozite realizate dintr-o membrană HDPE cuplată cu un geotextil nețesut

Au funcție filtrantă, iar forma particulară tronconică, cilindrică sau prismatică a suprafeței lor le imprimă rezistență sporită la compresiune și strivire (în limitele propriului câmp de aplicații), fără pierderea capacitaților hidraulice. Aplicațiile principale ale acestor geocompozite sunt cele la care este necesară obținerea unui nivel bun de drenaj în condiții de presiuni ridicate (10 … 50kPa). Grădinile suspendate, care au culturi neintensive, reprezintă un exemplu de aplicare pe orizontală, la care aceste geocompozite își pot proba calitățile. Aplicarea în direcție verticală, este indicată pentru protejarea și drenarea fundațiilor și a construcțiilor de susținere.

Fig. 2.23. Protecție mecanică și drenaj la un perete de susținere

(Isostud Geo P – Tensar)

2.2.5.5. Geocompozite realizate din geotextil și geogrilă (geosaltele)

O combinație des utilizată este geocompozitul realizat din geotextil și geogrilă denumit și geosaltea, în care geotextilul are în general rol principal de filtrare, putând fi montat pe una sau ambele părți ale geogrilei. Geogrila este realizată din monofilamente de polipropilenă rezistentă termic sau fibră de sticlă. Forma geogrilei diferă de la producător la producător, oferind în funcție de geometria acesteia avantaje multiple și în concordanță cu felul de pământ sau alt material cu care intră în contact. Astfel, acestea se împart în general în materiale pentru drenarea apei sau geocompozite de armare.

Geocompozitele pentru drenare de acest gen nu se deformează sub sarcini ridicate, păstrând un nivel ridicat și continuu de drenare a lichidelor/transportul apei în orice condiții, având totodată și rezistențe chimice desăvârșite. Sunt utilizate acolo unde este necesară drenarea sub încărcări mari cum este cazul deponeelor, la cuve și canale, tunele și conducte, culei și ziduri de sprijin, acoperișuri terasă, drenuri la subsoluri, etc.

Fig. 2.24. Protejarea unei conducte (geocompozit tip Polyfelt DC)

În domeniul rutier foarte apreciat este și materialul compozit realizat din geotextil și geogrilă, cu posibilitatea ca acesta să fie din fabricație impregnat sau nu cu bitum. Materialele pot fi realizate din polipropilene sau fibre de sticlă. Geocompozitul oferă noului sistem rutier o mai bună anduranță în timp fie prin retenția de bitum fie prin îmbrăcămintea bituminoasă pe care o posedă, rezultând o extraordinară conlucrare între straturi datorată capacităților de detensionare și oprire a fisurilor în timp.

Fig. 2.25. Geocompozit utilizat pentru armarea asfaltului (tip Beco Bebit)

2.2.5.6. Geocompozite bentonitice

Geocompozitele bentonitice sunt alcătuite din două straturi de geotextil care confinează un strat de bentonită sodică naturală, cu grad înalt de umflare, stabilizat cu aditivi și cu un polimer lichid. Se folosesc ca barieră minerală de impermeabilizare flexibilă, înlocuind cu grosimea lor de cca. 5 mm un strat de argilă compactată cu grosimi de la 0,70 m până la 2 m în raport cu caracteristicile de permeabilitate ale amplasamentului, simplificând astfel execuția lucrării prin diminuarea considerabilă a volumelor de pământ transportate și puse în operă și nu în ultimul rând oferind posibilitatea măririi volumului util al bazinelor impermeabilizate (în cazul depozitelor de deșeuri). Geocompozitele bentonitice, prin caracteristicile și alcătuirea lor prezintă avantajul de a se mula perfect pe denivelările stratului suport.

Geocompozitele bentonitice pot fi folosite pentru depozite de deșeuri menajere și deșeuri industriale periculoase, construcții hidrotehnice, acumulări, lagune, construcții civile, impermeabilizări de fundații.

Impermeabilizările cu geocompozite bentonitice, spre deosebire de impermeabilizările realizate prin așternerea și compactarea unor straturi de argilă elimină necesitatea testelor costisitoare și de lungă durată pentru determinări de permeabilitate în situ. Acest mare avantaj derivă din faptul că aceste materiale sunt fabricate industrial, în condiții de control permanent al calității (grosime, rezistență, permeabilitate).

În cazul perforărilor obișnuite, inerente oricărei lucrări de impermeabilizare, spre deosebire de geomembrane (folii polimerice impermeabile – HDPE, LDPE, PVC) geocompozitele bentonitice se autoetanșează, mărindu-și volumul în contact cu lichidul. În cazul unor avarii de amploare, stratul impermeabil realizat prin utilizarea unui geocompozit bentonitic se reface prin simpla suprapunere a unei fâșii de material nou, fără a fi nevoie de o sudură etanșă propriu-zisă ca în cazul geomembranelor polimerice [13].

În momentul în care acest material este supus acțiunii apei, bentonita se umflă, obținându-se un nivel de etanșare determinat prin teste corespunzător unui coeficient de permeabilitate de 8×10-9 cm/sec. Există și variante în care una din foliile între care este intercalată bentonita, să fie chiar și o geomembrană. În acest caz, dacă geomembrana este înțepată se produce același fenomen de umflare și autoetanșare a bentonitei. Materialul are în principiu o grosime de aproximativ 8 mm și este deosebit de robust, rezistând bine în special la poansonare; el se poate aplica mulându-se pe terenuri cu granule mai mari. Materialul asigură în același timp, după caz drenarea lichidelor din stratul superior sau inferior elementului etanș și îl ferește de presiuni importante ale apei. Este deci un bi- sau multistrat, drenant, etanș, iar proprietățile de etanșare ale pudrei de bentonită nu sunt afectate nici de uscarea ei și nici de fenomenul de îngheț-dezgheț.

Fig. 2.26. Impermeabilizarea și încapsularea unui depozit de deșeuri realizat de Geocons

Fig. 2.27. Depozit de deșeuri realizat în varianta Trisoplast

Geocompozitele bentonitice, al căror element activ este o bentonita (argilă cu conținut mare de montmorillonit) constituie bariere extrem de eficace împotriva lichidelor, vaporilor și gazelor. Printre aplicațiile în care geocompozitele bentonitice performează excelent se numără:

– etanșări de bază la depozite de deșeuri;

– etanșări de suprafață (acoperiri) la depozite de deșeuri;

– îndiguiri;

– etanșări de rezervoare;

– lucrări miniere;

– etanșări la lucrările de construcții civile și în lucrări de infrastructură;

– izolarea terenurilor contaminate;

– încapsulările zonelor contaminate;

– barierele de gaze și vapori;

– etanșările de siguranță;

– impermeabilizările digurilor, barajelor, canalelor;

– impermeabilizări la haldele de șlam;

– impermeabilizări la haldele de zgură și cenușă;

– protecția apei freatice;

– bariere verticale.

Fig. 2.28. Impermeabilizarea unui canal de colectare a apelor scurse de pe pista unui aeroport cu Bentofix, Naue

2.2.6. Geocelule

Geocelulele sunt sisteme de confinare și armare tridimensională, celulare, fiind formate din benzi perforate și texturate, care îmbunătățesc considerabil caracteristicile materialelor de umplere. Pentru a asigura o conlucrare cât mai bună cu materialul de umplere, materialul geosintetic este adesea texturat sau cu goluri practicate în pereți, asigurând un drenaj eficient și permițând după caz și dezvoltarea vegetației. Alcătuite din membrane de polietilenă de înaltă densitate (HDPE), cu perete plin sau perforat (funcție de poziționarea lor pe plan inclinat sau orizontal și de materialul cu care vor fi umplute), înălțimea peretelui este în general între 5 – 20 cm, cu 20; 30; 40 celule/mp, fâșia de geosintetic/peretele măsurând 1 – 2 mm. Realizate dintr-un material permeabil, filtrant și cu proprietăți mecanice remarcabile, acestea formează un "fagure de miere" cu celule deschise urmând a fi umplute cu pământ, piatră spartă sau beton. Ca și geometrie există multe variante de secțiuni (romb, hexagon, oval) și culori.

Fig. 2.29. Geocelule tip Geotexcelda

Geocelulele sunt utilizate ca și soluții pentru creșterea capacitații portante ale structurilor rutiere și la platforme în urma cedării materialului din fundație sau a instabilității materialului din patul drumului. Acest sistem asigură o bună stabilizare, diminuând fisurile din stratul de suprafață. Sistemul creează o structură semirigidă, care conduce la reducerea semnificativă a stratului de formă, conferă timp de exploatare îndelungat și reduce considerabil costurile de reparație și întreținere.

Ca și mecanism sistemul de confinare celulară îmbunătățește caracteristicile materialului de umplere, adăugând coeziunii materialului o coeziune aparentă. Sistemul controlează eforturile tangențiale și deplasarea laterală a materialului de umplere. Rezistența periferică a celulelor, rezistența pasivă a celulelor adiacente și interacțiunea dintre materialul de umplere și pereții texturați ai celulelor conduc la obținerea unor rezultate remarcabile în comparație cu alte soluții [3].

Fig. 2.30. Geocelule tip Armater GL Geosintex, Eurocel Stefiprimex. Exemplu de punere în operă

În ultimii ani a apărut o adevărata explozie în utilizarea sistemului geocelular la realizarea structurilor de sprijin, deoarece de cele mai multe ori reabilitările și lărgirile de drumuri și autostrăzi necesită taluzuri, pante abrupte ce trebuie să se încadreze în condiții de spațiu limitate. De asemenea, dezvoltarea proprietăților industriale, rezidențiale și comerciale în imediata vecinătate a drumurilor impune luarea unor măsuri speciale ce sunt costisitoare. În aceste situații sistemul geocelular este soluția cea mai eficientă, putând asigura:

– lărgirea drumului într-un spațiu limitat;

– adăugarea unei benzi de trafic sau de parcare;

– executarea spațiilor de acces de urgență;

– stabilizarea canalelor și cursurilor de apă din vecinătate;

– executarea unor sisteme de retenție sau de liniștire a apelor pluviale;

– repararea unor structuri deteriorate și reparații în cazul alunecărilor de teren;

– executarea barierelor de siguranță de-a lungul drumurilor;

– utilizarea ca absorbante de energie și bariere fonice.

Sistemul de protecție a canalelor cu geocelule conferă o gamă largă de protecții flexibile pentru canalele deschise și structurile hidraulice. Sistemul conferă stabilitatea și protecția canalelor expuse eroziunii, de la debite mici la debite mari, intermitente sau continue. Astfel, se îmbunătățesc semnificativ performantele hidraulice ale materialelor convenționale de protecție, cum sunt agregatele, anrocamentele și vegetația, prin confinarea acestora în structura celulara. De asemenea, se poate obține o structură flexibilă de beton pentru căptușirea canalelor. Pot fi proiectate pentru condițiile specifice lucrării, astfel încât să fie compatibile cu mediul local, să fie ecologice și estetice și să corespundă debitelor previzionate și solicitărilor hidraulice asociate. Eficiența hidraulică și rugozitatea pot fi modificate pentru a controla debitele. Pot fi luate în discuție cerințe de drenaj și potențialul de deformare în cadrul structurii.

Sistemul geocelular pentru protecții de taluz și protecții costiere confinează, ranforsează și reține stratul superficial de sol și materialul de umplere, controlează mișcările și alunecările provocate de forțele hidrodinamice și gravitaționale. Conferă o protecție eficientă a taluzului și confinează materialul de umplere granular: nisip, pietriș, bolovăniș.

Avantajele multiple sunt date și de gama largă de utilizare constructivă a acestor materiale, amintind următoarele:

– se obține o bază solidă, cu rezistențe mari la încovoiere;

– la drumuri sistemul acționează ca o placă semirigidă prin distribuirea laterală a sarcinilor reducând presiunea asupra patului drumului;

– reduce amplitudinea deformațiilor verticale;

– controlează tasările diferențiate și totale chiar și în cazul terenurilor slabe;

– permite utilizarea materialelor locale ca materiale de umplere.

Cercetările asupra comportării agregatelor confinate cu acest sistem, față de cele neconfinate arată o scădere a grosimii și a greutății elementelor structurale cu 50% sau chiar mai mult, în cazul celor confinate. De asemenea, rezultatele cercetărilor arată:

– creșterea de peste 10 ori a numărului de încărcări ciclice ce conduc la apariția deformării permanente în cazul materialelor confinate față de cele neconfinate;

– sporirea stabilității prin integrarea tendoanelor în cazul taluzurilor abrupte, amenajărilor costiere sau atunci când geomembrana sau un teren tare, bolovănos nu permite ancorarea cu țăruși metalici;

– sistemul celular permite obținerea unor pante foarte abrupte sau chiar suprafețe aproape verticale, stabile structural sub propria greutate și față de factorii externi impuși, și care minimizează fenomenul de eroziune;

– eficiența sistemului nu este numai tehnică ci și economică, față de soluțiile convenționale; costurile pot fi mai mici cu 25% până la 30 % față de vechile soluții în care se utiliza betonul;

– structurile realizate cu geocelule se remarcă prin durabilitate și rezistență față de factorii fizici și chimici;

– acest sistem elimină orice potențial de exfoliere, fragmentare, măcinare care poate apărea în cazul structurilor realizate cu alte materiale;

– sistemul poate fi utilizat la structuri expuse apei marine, pământurilor cu PH ridicat, sărurilor utilizate pentru dezgheț sau altor produse chimice.

Materialele de umplere pot fi extrem de variate: nisip, pietriș, balast, beton, sol vegetal.

2.2.7. Geotuburi

Geotuburile sunt elemente de protecție împotriva eroziunii, elemente de construcție tip sparge val sau de completare a unor structuri subacvatice. Geotextilele fiind materiale foarte permeabile, filtrează particulele de pământ și permit dezvoltarea rădăcinilor plantelor, astfel încât impactul pe care îl produc asupra mediului este minim. Folosite sub formă de geotuburi și geocontainere, oferă o protecție eficientă împotriva antrenării hidrodinamice a particulelor fine, în cazul pilelor și culeelor de pod sau în cazul structurilor longitudinale și transversale din albie.

Dimensiunile geotubului se stabilesc prin calcule de dimensionare în funcție de datele hidraulice locale cum ar fi: înălțimea valurilor, frecvența acestora, viteza apei. Tuburile pre-confecționate se umplu la locul punerii în operă cu un amestec de apă și nisip cu ajutorul unei hidropompe. Avantaje folosirii unui astfel de produs sunt:

– execuția rapidă a lucrărilor, fără a fi necesară o tehnologie complexă;

– geotuburile pot fi adaptate la dimensiunile și formele individuale ale lucrării;

– permit o instalare fără pericole asupra celor care le instalează;

– coliziunea cu ambarcațiuni mici este fără efecte negative;

– nu necesită întreținere în exploatare;

– sunt rezistente la eroziune și apă sărată.

a) b) c)

Fig. 2.31. Exemple de lucrări cu geotuburi

a) realizarea unei structuri subacvatice cu geotuburi tip SolTaine; b) drenarea unui teren mâlos; c) apărare de mal cu soluție geotuburi tip Terrafix Naue

În funcție de geosinteticul din care este realizată învelitoarea exterioară a geotubului, există două categorii principale de folosire a acestei soluții. Este vorba fie de utilizarea tuburilor cu rol de container, ceea ce presupune că tubul este fie impermeabil, fie cu o retenție extraordinară asupra anumitor agregate, rigid, etanș și rezistent la agenți chimici.

Cu ajutorul unor pompe speciale se umple cu reziduuri de cereale, pământ contaminat periculos sau deșeuri. Tot cu rol de container sunt utilizate geotuburi umplute cu nămol la fața locului, acolo unde se dorește o epurare superficială a apei și protecție de mal totodată.

Fig. 2.32. Umplerea unui geotub Tencate cu deșeuri produse de o fabrică de hârtie.

Având rolul de drenare sunt utilizate geotuburi special concepute, astfel încât excesul de apă să fie dirijat de porii fini ai geosinteticului exterior, ceea ce duce și la micșorarea considerabilă a volumului de material din interiorul tubului, un tub putând fi utilizat la mai multe etape de umplere cu materiale granulare imersate. În funcție de aditivii folosiți odată cu pomparea nămolului în tub, apa scursă este suficient de filtrată încât poate fi direcționată spre sursa de unde provine.

Strâns legat de acest proces, următorul rol al unui geotub este acela de apărare de mal, de consolidare. După mai multe etape de scurgere a apei, materialul rezidual rămas în tub împreună cu acesta, sub greutatea proprie și datorită presiunii de pompare devine un excelent sparge val sau element contra eroziunii.

Fig. 2.33. Exemplu de apărare de mal cu geotuburi

2.2.8. Geomembrane

Geomembranele sunt produse polimerice plane sau profilate, subțiri, sub forma de folii, cu permeabilitate extrem de scăzută, utilizate pentru etanșare (impermeabilizare), în contact cu pământuri sau alte materiale. Asigurarea calității geomembranei începe prin alegerea rășinii sintetice utilizate. Polietilenele de calitate superioară sunt fabricate pentru a răspunde exigentelor extreme impuse geomembranelor. Membranele din polietilenă de înaltă densitate (PEID) au o rezistență chimică excelentă, fiind rezistente la factorii de mediu și la temperaturi înalte, se comercializează cu o gamă variată de grosimi (0,3 mm ÷ 5 mm), densitatea variază între 0,85 și 1,5 g/mm3 și masa între 400 și 2500 g/m2, nu prezintă pericol pentru utilizatori, nu sunt toxice, nu poluează, nu prezintă pericol pentru mediu și sănătatea oamenilor.

În prezent pe piață există o gamă largă de tipuri și sortimente de geomembrane cum ar fi: geomembrană din polietilenă de înaltă densitate lisă și rugoasă, geomembrană flexibilă, geomembrană specială, geomembrană cu crampoane sau pinteni și geomembrană pentru impermeabilizarea tunelelor.

Geomembranele sunt stabile împotriva radiațiilor UV, sunt rezistente la acțiunea produselor chimice acide, alcaline și a soluțiilor saline, la acțiunea ciupercilor, microorganismelor și la penetrarea rădăcinilor.

Domeniile unde sunt utilizate cu succes sunt:

– impermeabilizări și închideri de depozite ecologice;

– impermeabilizări la gropi de deșeuri industriale și ape uzate din agricultură;

– impermeabilizări la construcții hidrotehnice;

– impermeabilizări la lacuri și piscine ecologice;

– impermeabilizări la fundații pentru construcții civile și industriale;

– hidroizolații la terase și pardoseli hale industriale.

Avantajele utilizării geomembranelor sunt legate de proprietățile lor de impermeabilizare, care sunt superioare celor ale materialelor minerale utilizate în mod tradițional. De asemenea, ele sunt disponibile pe orice amplasament, iar punerea lor în operă este mult mai simplă. Siguranța în execuție este dată de realizarea de teste de verificare pe toate tipurile de suduri (contact termic sau extrudare). Au o productivitate mare la punerea în operă, datorită lățimilor mari ale foliilor de geomembrană, iar durata lungă de viață este un atu important la punerea lor în operă [80].

Geomembrana produsă din polietilenă de înaltă densitate având o calitate superioară poate avea ambele fețe netede sau poate să fie rugoasă pe o față sau pe ambele fețe. Are culoarea neagră și conține aprox. 97,5 % polietilenă, 2,5 % negru de fum, antioxidanți și stabilizatori de căldură. Are o rezistență remarcabilă la radiațiile UV și poate fi instalată în condiții diverse. Geomembrana rugoasă are proprietăți de frecare excepționale care îi permit instalarea pe taluzuri în condiții de siguranță.

Fig. 2.34. Instalarea geomembranei pe taluz

Geomembrana flexibilă este realizată din polietilenă de densitate redusă. Caracteristicile sale de elongație uniaxială și biaxială o fac foarte potrivită pentru orice aplicație în care elongația sau străpungerea sunt critice. Conține aproximativ 97,5 % polietilenă, 2,5 % negru de fum, urme de antioxidanți și stabilizatori de căldură. Are fețele netede sau rugoase. Poate fi folosită și pe pante abrupte unde se cer caracteristici de frecare ridicate. Marginile netede pe o lățime de 15 cm permit o sudura rapidă și ușoară. Este recomandată în locuri cu tasări diferențiate, unde se cere și o frecare mărită între straturi.

Geomembrana specială este lisă și are pe o parte un strat care reflectă lumina, subțire de culoare albă. Acest strat reduce acumularea de căldură. Alte variante pot avea stratul alb electro conductiv și una sau ambele fețe texturate.

Geomembrana cu crampoane este proiectată pentru protecția structurilor din beton. Este special realizată pentru preluarea optimă a distribuției forțelor, mai ales la schimbarea temperaturii sau apariției presiunii apei. Este produsă în două culori standard. Cea neagră este folosită în cazul expunerii solare, iar cea gri pentru lucrări care nu au expunere la soare. Această geomembrană se fixează pe cofraj urmând ca la turnarea betonului pintenii să realizeze o ancorare perfectă în suprafața betonată. O instalare ulterioară este de asemenea posibilă.

Fig. 2.35. Geomembrane cu pinteni (Tefond Tegola)

Există și variante de membrană de polietilenă extrudată de înaltă densitate (HDPE), cu o închidere mecanică laterală prin eclipsare si benzi bituminoase autosigilante. Aceasta este soluția ideală pentru impermeabilizarea pereților și fundațiilor, etanșarea joncțiunilor, împiedicând infiltrarea apei chiar în absența unei membrane bituminoase, dacă nu există ape freatice. În condiții de ploaie abundentă pereții și fundațiile rămân perfect impermeabilizate. Este de asemenea suportul ideal pentru materialele de finisaj (pietriș, gresie, etc.) și strat de separare între acestea, termoizolație și hidroizolație. La realizarea unor platforme din beton, în contact direct cu terenul, geomembrana formează stratul separator și izolant ideal, împiedicând infiltrarea apei și umidității și egalizează presiunea vaporilor. Garantează atât o impermeabilizare continuă pe toată suprafața externă, pe laturi și pe fundul canalului în cazul unei construcții noi, dar și la interior, în cazul refacerii sau sistematizării unor canale vechi.

2.2.9. Funcțiile materialelor geosintetice

În urma prezentării și caracterizării tehnice a diferitelor tipuri de materiale geosintetice, existente în momentul de față pe piața națională și internațională, se pot sintetiza funcțiile principale și secundare ale acestora care sunt evidențiate în tabelul 2.2 precum și exemple de utilizare:

Tabelul 2.2.

Funcțiile materialelor geosintetice

Din punct de vedere al calității materialelor geosintetice, eficiența îndeplinirii diverselor funcții ale acestora este dependentă de toate caracteristicile lor fizice și mecanice, dar în mod hotărâtor de cele menționate în tabelul 2.3., pentru fiecare funcție [40].

Tabelul 2.3

Caracteristici principale care condiționează eficiența funcțiilor materialelor geosintetice

2.3. Definirea și determinarea principalelor caracteristici ale materialelor geosintetice

Pentru a putea evalua calitatea geosinteticelor trebuie efectuate anumite încercări, în laboratoare acreditate internațional. Pentru geotextile și materiale înrudite, încercările de laborator se deosebesc în funcție de cerințele folosirii în construcții a materialelor respective, deci în funcție de rolul ce urmează să îl îndeplinească un anumit geosintetic. Realizarea și procedura metodei de încercare sunt reglementate la rândul lor de norme internaționale. Tabelul 2.4. sintetizează paleta de caracteristici principale ce trebuie îndeplinită de geosintetice, respectiv standardele încercărilor pentru determinarea acestor caracteristici.

Tabelul 2.4.

Caracteristicile principale ale geosinteticelor și standarde determinare

Cerințele aferente geomembranelor diferă de cele ale geotextilelor ca urmare a funcțiilor complet diferite ale celor două categorii. Astfel, variantele de încercare pe geomembrane diferă față de determinările asupra geosinteticelor permeabile. Importante pentru geomembrane sunt rezistența la forfecare, cu forfecare directă în plan înclinat cât și rezistența la poansonare. La anumite geomembrane este importantă comportarea plastică la expansiuni datorate înghețului sau căldurii excesive. Pentru geocompozite bentonitice valorile esențiale sunt cele legate de rezistența acestora la schimbări de temperatură sau la inundare/uscare.

Încercări frecvente pe materiale geosintetice se realizează în laboratoare de specialitate și la noi în țară. Un exemplu de astfel de laborator fiind Geostud din București, care efectuează încercări pentru:

Determinarea masei pe unitatea de suprafață;

SR EN ISO 9864:2005

Determinarea grosimii geotextilelor și produselor înrudite la presiuni stabilite;
SR EN ISO 9863-1:2005

Determinarea permeabilității la apa normală pe plan, fără încărcare;
SR EN ISO 11058:2002

Determinarea caracteristicilor de frecare. Încercarea la forfecare directă;
SR EN ISO 12957-1:2005

Determinarea rezistenței geosinteticelor prin perforarea statică (încercarea CBR);

SR EN ISO 12236:2007

Determinarea rezistenței la tracțiune a geotextilelor folosind benzi late;
SR ISO 10319:2008

Determinarea rezistenței la tracțiune a îmbinărilor, cusăturilor prin metoda benzilor late;

SR EN ISO 10321:2008

Determinarea rezistentei la tracțiune a geotextilelor folosind tensiometrul EXAMO;

SR EN ISO 527-3:2000

2.3.1. Date necesare identificării geosinteticelor

Identificarea geosinteticelor derivă din necesitatea de a cunoaște rapid tipul și modul de prezentare, precum și fabricantul produsului, folosind date oferite de acesta.

Aceste date se referă la:

natura și performanțele materiei prime;

tipul polimerului și al materialului;

tipul firului sau al fibrei respectiv tipul textilului;

produsul în sine, definit prin modul de fabricație, alcătuire;

tehnologia de realizare;

elemente dimensionale, greutate, grosime care deși sunt caracteristici fizice, trebuie cunoscute de la început;

elemente privind modul de livrare și ambalare a produselor (lățimea de fabricație, elementele dimensionale ale rolelor) [42].

2.3.2. Caracteristici fizice

A. Masa unitară

Se notează cu ms – reprezintă masa unei unități de suprafață de geosintetic și este definită în SR EN ISO 9864:2005 ca fiind:

(2.1)

în care:

Ms – masa suprafeței textile în grame; este corelată cu greutatea specifică a materialului de bază (polimerul).

Noțiunea este valabilă pentru toate tipurile de geosintetice. Masa geosinteticelor se măsoară conform STAS 6142/60.

B. Grosimea

Grosimea – t – reprezintă distanța în cm dintre cele două fețe ale materialului geosintetic supus unei presiuni p (2; 20; 200 kPa). Precizia de măsură trebuie să fie de minim 0,02 mm (SR EN ISO 9863-1:2005).

C. Volumul unitar

Volumul unitar (volum suprafeței) -V0- reprezintă volumul ocupat de 1 cm2 de geotextil. Noțiunea este valabilă pentru geotextilele nețesute.

D. Finețea filamentelor sau firelor

Finețea filamentelor sau firelor se exprimă convențional prin numărul metric

Nm = număr de metri care cântăresc 1,0 g,

Nm = L / G,

unde: L – lungimea filamentului sau firului în m;

G – greutatea acestuia în grame.

Noțiunea este valabilă pentru geotextile.

E. Desimea geosinteticelor – noțiunea este valabilă pentru geotextile

Noțiunea este definită în NT C 227-88, fiind diferită în raport cu tipul de geotextil:

pentru geotextile țesute desimea dt reprezintă numărul de fire de urzeală existente pe o lungime de 10 cm de material (STAS 6140/86 Țesături. Determinarea desimii);

pentru geotextile nețesute, desimea dn reprezintă lungimea fibrelor cuprinse într-un volum unitar de geotextil.

F. Porozitatea

Porozitatea, n, se definește ca fiind raportul dintre volumul golurilor unui geotextil și volumul unitar al acestuia, exprimându-se în procente (geotextile nețesute).

(2.2)

unde ρp este masa specifică a polimerului din care s-a obținut fibra, în g/cm3, iar tp este grosimea la presiunea de încercare.

G. Indicele porilor

Indicele porilor, e, se definește conform SR EN ISO 12956:2010, prin raportul dintre volumul golurilor unui geotextil și volumul fibrelor. Noțiunea este valabilă pentru geotextile și geocompozite realizate pe bază de geotextile.

H. Gradul de acoperire

Gradul de acoperire, g, este specific geotextilelor țesute și geogrilelor și reprezintă raportul dintre suprafața golurilor (Sn) și suprafața totală a materialului (St).

(2.3)

2.3.3. Caracteristici mecanice

Aceste caracteristici definesc comportarea intrinsecă a geosinteticelor la solicitări mecanice precum și comportarea lor la aceeași categorie de solicitări în condițiile unei conlucrări cu mediul în care se află încorporate.

Prin structura și tehnologia lor de realizare, geosinteticele au un caracter anizotrop, fapt ce determină o diferențiere a proprietăților în raport cu direcția solicitării. Uzual, caracteristicile materialelor se stabilesc pe direcția de confecție sau perpendicular pe aceasta.

A. Compresibilitatea

Compresibilitatea exprimă capacitatea geosinteticelor de a se deforma sub acțiunea unei solicitări mecanice ce acționează normal pe planul geosinteticului și este caracteristică mai ales geotextilelor nețesute și geocompozitelor de drenare.

Comportarea la compresiune se diferențiază în raport cu modul de acțiune al solicitării și anume:

Solicitări uniform distribuite. Efortul de compresiune generează deformații pe direcția normală a planului geosinteticului. În acest caz compresibilitatea se exprimă prin tasarea specifică:

, (%) (2.4)

unde to = grosimea inițială;

tp = grosimea sub sarcină.

Comportarea la solicitări de compresiune uniform distribuite este importantă pentru geotextilele nețesute consolidate prin țesere și coasere, precum și pentru toate geocompozitele care au structura tridimensională sau au în alcătuirea lor geotextile nețesute. Compresibilitatea lor sub încărcare condiționează atât o parte din caracteristicile lor dimensionale (grosimea, porozitatea) și în special capacitatea lor de a transporta lichide în planul lor, deci de drenare.

Pentru celelalte tipuri de geosintetice compresibilitatea sub solicitări uniform distribuite este neglijabilă.

Solicitările concentrate, corespund încărcărilor produse de către straturile de acoperire alcătuite din elemente mari (piatră, anrocamente) puse pe geosintetic, care datorită formei neregulate și colțuroase, pot lua contact punctual cu acesta, exercitând sarcini concentrate asupra lui. În raport cu natura suportului pe care este așezat geosinteticul, solicitările pot fi:

– solicitări concentrate exercitate asupra unui material amplasat pe un suport rigid (beton); compresiunea are în acest caz un caracter de strivire;

– solicitări concentrate exercitate asupra unui material amplasat pe un suport elasto-plastic (pământ). Compresiunea are caracterul unei acțiuni complexe de compresiune și întindere asupra geosinteticului, iar intensitatea de manifestare a forțelor dezvoltate în geosintetic, precum și deformațiile generale, sunt în funcție de caracteristicile suportului.

Verificarea comportării geosinteticelor la solicitări concentrate de compresiune se face prin determinarea rezistenței lor la poansonare, printr-o metodă bazată pe principiul metodei CBR (California Bearing Ratio).

Fig. 2.36. Determinarea rezistenței la poansonare

Încercarea reprezintă o penetrare cu con, în condiții cvasistatice: penetrare lentă prin împingere, sau în condiții dinamice, prin cădere liberă. Aprecierea comportării geosinteticului (mai exact a geotextilului) se face analizând deformarea produsului, energia necesară degradării lui, dimensiunea găurii produse.

B. Rezistența la întindere

Rezistența la întindere exprimă capacitatea geosinteticului de a se deforma sub acțiunea unor solicitări de întindere ce acționează în planul său. Pe perioada de încercare se măsoară concomitent încărcările și deformațiile, obținându-se corelația efort-deformație, din care se pot obține următoarele valori:

încărcarea maximă la rupere;

alungirea la rupere;

modulul de elasticitate exprimat prin panta curbei în zona sa inițială.

Geotextilele țesute sunt mai rigide, în timp ce cele nețesute au un caracter mult mai elastic.

Comportarea la întindere se exprimă prin rezistențele și deformațiile aferente solicitării la întindere după cele două direcții de încercare: longitudinal (pe direcția de confecție) și transversal (pe direcția perpendiculară celei de confecție).

Indiferent de direcție, solicitarea de întindere se poate exercita:

Asupra întregii structuri a materialului textil. Comportarea geosinteticelor la astfel de solicitări se apreciază pe baza rezistenței, determinată prin încercarea de tracțiune conform specificațiilor și aparaturii din NT C 227-88, pe epruvete de 500 mm lățime;

Localizat. O astfel de încercare reproduce o întindere cu aplicarea solicitării localizate. Se utilizează epruvete din geosintetice, late de 100 mm, dar care sunt prinse în aparatul de întindere numai pe o zonă de 25 mm, axată pe lățimea eșantionului. Acest test furnizează informații privind comportarea la o solicitare de gen „agățare” a geotextilului.

C. Rezistența la sfâșierea inițială

Sfâșierea exprimă caracteristica geotextilelor care face ca o ruptură inițială să se dezvolte în continuare sub efectul unor forțe de întindere ce acționează continuu și cu o intensitate constantă pe aceeași direcție, însă în sensuri diferite.

Comportarea geotextilelor la sfâșiere se diferențiază în raport cu tipul textil, tehnologia de fabricație și caracteristicile de definiție ale materialelor. De asemenea, ea depinde de modul în care acționează solicitarea: lent sau rapid.

Astfel la geotextile țesute, sfâșierea se produce prin ruperea succesivă a firelor perpendiculare pe direcția de propagare a sfâșierii.

În cazul geotextilelor nețesute, fenomenul este complex, forțele de întindere ce produc sfâșierea generând două tendințe contradictorii:

una de desfacere a legăturilor dintre fibre;

alta de consolidare a acestora.

Ca urmare ruperea fibrelor se face numai după deformarea structurii geotextilului în zona solicitată. În cazul materialelor realizate din fibre tăiate, un aport important în propagarea ruperii îl are și eliberarea fibrelor din legătură.

Principalii factori care influențează rezistența geotextilelor la sfâșiere și lungimea de propagare a rupturii sunt:

pentru geotextile nețesute: intensitatea consolidării, lungimea și rezistența fibrelor constituente, masa geotextilului;

pentru geotextile țesute: caracteristicile de rezistență ale firelor, desimea, gradul de acoperire.

Referitor la modul în care acționează solicitarea, indiferent de alți factori, în principiu propagarea sfâșierii este mai accentuată în cazul solicitărilor rapide.

Aprecierea comportării geotextilelor la sfâșiere se face pe baza parametrilor specifici:

rezistența la sfâșiere;

lungimea de sfâșiere, care se determină prin încercarea conform specificărilor din NT C 227-88.

Principiul constă în exercitarea unei solicitări de întindere asupra materialului având o sfâșiere amorsată. Epruvetele sunt de formă trapezoidală iar tracțiunea se exercită pe direcția celor două laturi paralele.

D. Rezistența la impact

Căderea unor corpuri grele și dure pe suprafața geosinteticelor, precum și lovirea lor de către echipamentele utilajelor, pot produce degradarea acestora prin impact. Rezistența geosinteticelor la impact se determină prin încercarea de penetrare dinamică. Principiul încercării constă în supunerea geosinteticului la acțiunea exercitată de căderea liberă a unui con metalic de la diferite înălțimi.

În raport cu modul în care este prevăzută conlucrarea ansamblului geotextil – pământ, încercarea se execută în două variante:

fără suport – caz în care geotextilul se află în situația unei membrane încastrate pe perimetru, situată deasupra unui gol;

cu suport – caz în care geotextilul încastrat pe perimetrul sau este așternut pe suprafața unui strat de pământ.

În ambele situații, la impact, geotextilul poate să fie perforat sau să sufere numai o deformare ireversibilă. Prin încercare se determină modul de degradare sau deformare a geotextilului și adâncimea de penetrare.

În raport cu modul în care se apreciază că va fi solicitat geotextilul, conul de încercare, păstrând o greutate constantă, poate avea diferite caracteristici dimensionale (unghiul la vârf și diametrul la bază). Dimensiunea epruvetelor de geotextil se corelează cu cea a conului, astfel încât în toate variantele suprafața geotextilului supusă încercării să fie echivalentă. Se înregistrează modul de deformare a materialului și adâncimea de penetrare a conului.

E. Rezistența la poansonare

În afara încercării precedente, se măsoară și rezistența la poansonare, pentru a caracteriza comportarea geotextilelor la acțiuni cvasistatice, prin presarea pe ele a unor corpuri rigide și colțuroase. Este considerat test de referință și rezultatele obținute sunt prezentate de obicei de fabricanții de geotextile pentru produsele lor. Se utilizează aparatul folosit în geotehnică pentru stabilirea CBR (California Bearing Ratio) cu o sondă cu diametrul de 50 mm. Se măsoară forța în KN la care produsul este penetrat [126]. Pentru a avea ordinul de mărime al rezistențelor, în tabelul 2.5. sunt prezentate câteva valori obținute cu aparatul CBR:

Tabelul 2.5.

Valori orientative ale rezistențelor la poansonare

Rezultatele depind de tipul geotextilului, rezistențele fiind mai mari la produsele țesute.

Fig. 2.37. Încercarea de poansonare – simularea efectului împingerii unei pietre prin geotextil, pentru stabilirea clasei de robustețe

F. Rezistența la plesnire

Solicitarea constă în aplicarea unei presiuni uniform distribuite asupra unei suprafețe limitate de geotextil, neancorată pe perimetru. Este situația curentă a solicitărilor care acționează în cazul în care geotextilul este așternut peste goluri.

Determinarea rezistenței la plesnire se face prin încercări care supun geotextilul la presiune hidrostatică. Epruvetele, fixate prin încastrare pe întreg perimetrul lor, sunt circulare sau dreptunghiulare. Ele se montează pe o membrană foarte elastică de cauciuc, prin intermediul căreia se poate aplica presiunea. Încercarea determină presiunea la care se produce plesnirea și deformația materialului în momentul solicitării maxime.

G. Suplețea

Suplețea exprimă capacitatea geotextilelor de a se deforma în planul lor, urmărind forma uneori neregulată a stratului suport. Caracteristica este influențată de:

proprietățile firelor și fibrelor,

tehnologia de realizare,

tipul produsului.

Aceasta se determină prin modul în care un capăt liber al produsului se îndoaie sub acțiunea gravitației.

Fig. 2.38. Schița de testare a supleței unui geotextil

Testul este prevăzut în standardul american ASTM D 1883 iar încercarea se realizează astfel: o bandă de geotextil, lată de 25mm este împinsă încet pe un plan orizontal, continuat cu un plan înclinat față de acesta cu un unghi de 41,5°. Capătul geotextilului în consolă se încovoie și atinge la un moment dat planul înclinat. În acest moment se măsoară lungimea porțiunii încovoiate și se consideră că jumătate din ea este lungimea de îndoire. Se multiplică cubul acestei valori, exprimată în cm, cu masa unitară a produsului și se obține valoarea supleței.

În continuare sunt prezentate în tabelul 2.6., câteva valori pentru suplețe [70].

Tabelul 2.6.

Valori orientative ale supleței

Această caracteristică exprimă deci capacitatea unui geotextil de a se mula convenabil pe un pământ cu ocazia punerii sale în operă. Pentru un pământ foarte moale, puternic deformabil este de dorit să avem pentru suplețea produsului o valoare cât mai ridicată.

H. Rezistența la forfecare

În foarte multe situații, pentru dimensionarea lucrărilor este necesar să fie cunoscută frecarea dintre geosintetic și straturile adiacente: suport sau de acoperire. În vederea determinării parametrilor de frecare se execută încercări de laborator în baterii de forfecare cu plan obligat, aparate utilizate în mod curent în încercările de forfecare pentru pământuri (Koerner 1990).

Fig. 2.39. Schița aparatului de forfecare

Parametrii determinați sunt unghiul de frecare pământ – geosintetic, a, și adeziunea pământ – geosintetic, ca. Mărimea lor este influențată de natura pământului și tipul geosinteticului [135]. În cazul pământurilor granulare necoezive este de notat efectul favorabil pe care îl are posibila amprentare în golurile geogrilelor a unor granule, mărind astfel frecarea geosintetic – pământ. Pentru caracterizarea frecării pământ – geosintetic, se pot defini următorii coeficienți de eficiență, în raport cu cei ai pământului propriu zis:

eficiența la coeziune: , (%) (2.5)

eficiența unghiului de frecare: , (%) (2.6)

în care:

ca = coeziunea pământ – geosintetic;

c = coeziunea pământului;

a = unghiul de frecare dintre pământ și geosintetic;

F= unghiul de frecare interioară a pământului.

Asemenea prelucrări [69] au pus în evidență unele valori pentru unghiul de frecare dintre pământ și geosintetic și eficiența Eb exprimată cu relația 2.6, pentru diverse tipuri de nisipuri și geotextile, expuse în tabelul 2.7.:

Tabelul 2.7.

Valori orientative a unghiului de frecare dintre pământ și geotextil

Astfel rezultă că eficiența frecării dintre un geotextil și pământ poate atinge chiar nivelul unghiului de frecare intrinsec al pământului respectiv. De asemenea, pentru materiale granulare comportarea cea mai bună sub acest aspect o au geotextilele nețesute consolidate prin interțesere.

I. Rezistența la smulgere

Solicitarea la smulgere din terenul în care se află încorporat, este proprie utilizării geosinteticelor ca elemente de ranforsare în diferite tipuri de lucrări și este consecutivă rezistenței la frecare.

Aprecierea modului în care răspunde geosinteticul la o astfel de solicitare se face prin încercarea de smulgere sau încercarea de ancoraj a unei epruvete de geotextil sau geogrilă, plasată între două straturi de pământ. Încercarea se execută la diferite încărcări aplicate asupra pământului și determină forța necesară smulgerii geotextilului sau geogrilei din pământ. De asemenea, se urmărește comportamentul geotextilului sau geogrilei pe parcursul desfășurării încercării.

Fig. 2.40. Determinarea rezistenței la smulgere a geosinteticelor, respectiv a geotextilului sau geogrilei

Rezistența la smulgere depinde de frecarea pământ – geotextil sau geogrilă, activă pe ambele fețe ale materialului, și de încărcarea verticală aplicată asupra pământului. În orice caz rezistența la smulgere este mai mică decât rezistența la frecare, ca urmare a faptului că produsul este întins și suferă deformații mari.

2.3.4. Caracteristici hidraulice ale geotextilelor și ale unor geocompozite

Permeabilitatea reprezintă capacitatea geotextilelor de a permite circulația apei și a aerului prin masa lor, reținând de regulă particulele solide ale pământului cu care vin în contact.

Geotextilele nețesute au această caracteristică atât pentru circulația apei, perpendicular pe planul lor cât și pentru cea în planul lor, pe când cele țesute nu au această calitate decât pentru prima formă de curgere [43].

A. Permeabilitatea transversală sau normală pe planul geotextilului

Când apa curge perpendicular, sau cu o înclinare nu prea mare față de planul geotextilului, fenomenul este denumit permitivitate și se stabilește cu relația:

(2.7)

în care:

kn = coeficientul de permeabilitate normală pe planul geotextilului (cm/s),

tp = grosimea geotextilului la încărcarea “p” (cm).

Conform legii lui Darcy:

(2.8)

în care:

qn = debitul de apă în curgere transversală (cm3/sec),

i = Δh/ tp = gradientul curgerii,

Δh = pierderea de sarcină hidraulică între cele două fețe ale geotextilului (cm2),

A = suprafața de curgere (cm2).

Astfel expresia permitivității devine:

(2.9)

Determinările efectuate pentru numeroase geotextile dau următoarele ordine de mărimi ale permitivității și coeficientului de permeabilitate:

permitivitate: ( 0,3 – 5 ) sec-1;

coeficient de permeabilitate kn: 8×104 … 2,3×10-1 cm/sec.

Dependența permeabilității transversale ale geotextilelor nețesute, de încărcare, se află în strânsă corelație cu compresibilitatea materialelor. Astfel pentru geotextilele puternic compresibile, geotextilele nețesute consolidate prin interțesere sau coasere, permeabilitatea materialului scade sensibil cu încărcarea. În cazul geotextilelor nețesute incompresibile, geotextilele consolidate prin termosudare, permeabilitatea transversală, nu se modifică sub încărcare.

B. Permeabilitatea în planul geotextilului sau longitudinală

Permeabilitatea în planul geotextilului se definește atunci când apa străbate geotextilul în planul său și se numește transmisivitate. Valoarea transmisivității se stabilește cu relația:

(2.10)

în care:

kp = coeficientul de permeabilitate în planul geotextilului (cm/s),

tp = grosimea geotextilului la încărcarea “p” (cm).

(2.11)

în care:

qp = debitul de apă în curgere longitudinală (cm3/s),

i = Δh/ l = gradientul curgerii,

Δh = pierderea de sarcină hidraulică în lungul curgerii,

l = lungimea de curgere (cm),

A = L·x·tp = suprafața de curgere (cm2),

L = lățimea suprafeței de curgere (cm).

Din relația (2.11) rezultă:

(2.12)

iar prin înlocuire în relația (2.10) se obține:

(2.13)

pentru L = 1 cm și i = 1 rezultă

(2.14)

Determinarea permitivității geotextilelor nețesute se face în permeametre speciale pentru permeabilitatea normală (kn) și permeabilitatea în plan sau longitudinală (kp), conform metodologiei în rigoare.

Valorile obținute se încadrează în următoarele domenii:

transmisivitate: (0,1 … 1 )x10-6 m/sec;

coeficient de permeabilitate: (0,4 … 4 )x10-2 cm/sec.

C. Capacitatea de reținere

Capacitatea geotextilelor de a reține debitul solid este proprietatea acestora de a opri selectiv circulația materialului granular, mobilizat într-o mișcare perpendiculară pe direcția geotextilului. Ea definește modul în care geotextilul poate asigura protecție filtrantă a unui pământ sau o barieră de separare între două medii granulare.

În procesul de reținere sunt implicate următoarele categorii de factori:

dimensionali: mărimea și forma porilor geotextilului, grosimea lui precum și mărimea și forma granulelor de pământ;

structurali: structura poroasă a geotextilului la care pentru nețesute se include și finețea fibrelor;

chimici: natura chimică a polimerului din care este realizat geotextilul și natura mineralogică a pământului;

funcționali: intensitatea, caracterul și sensul mișcării (curgere reversibilă, ireversibilă, laminară sau turbulentă), mărimea sarcinii de compresiune aplicate pe geotextil și modul de solicitare (static, dinamic).

Mărimea golurilor care formează porii sau deschiderile geotextilelor uzuale este de la câțiva microni, la câteva sute de microni, aflându-se ca ordin de mărime în domeniul particulelor prăfoase și fin-nisipoase din pământ.

Fenomenologic, procesul de reținere a particulelor granulare se manifestă în două moduri: reținere mecanică și reținere de natură electrochimică.

Reținerea mecanică este determinată de efectul restrictiv al mărimii și geometriei porilor corelat cu dimensiunea și forma particulelor solide. În acest fel are loc oprirea particulelor pe suprafața geotextilului și în interiorul acestuia. Atunci când particulele solide sunt reținute în geotextil, prin blocarea porilor se diminuează porozitatea activă a materialului și implicit permeabilitatea lui. Reținerea particulelor se face imediat, evoluția fiind de regulă rapidă.

Reținerea de natură electrochimică este determinată de forțele de legătură ce se dezvoltă între cele două materiale aflate în contact. Prezența acestor forțe și intensitatea lor este legată de natura chimică a polimerului din care este confecționat geotextilul și de cea mineralogică a pământului. Fenomenul este evidențiat de reținerea particulelor fine din domeniul particulelor prăfoase și argiloase având dimensiuni mai mici decât dimensiunea a peste 90% din porii geotextilelor. Fenomenul se desfășoară progresiv putând conduce la obturarea completă a porilor în timp.

În aprecierea capacității geotextilelor de a reține debitul solid există două moduri de abordare și anume:

Primul mod simplifică fenomenul la o problemă de reținere mecanică pentru care trebuie cunoscuți numai parametrii dimensionali ai structurii poroase. Se acceptă că este suficient să se cunoască mărimea celor mai mari pori ai geotextilului care lasă să treacă prin el un debit solid, mărime numită “diametru de filtrare – Of”.

Cel de-al doilea mod de apreciere al capacității geotextilelor de a reține debitul solid ține seama de complexitatea fenomenului, fiind considerate ambele aspecte ale fenomenului de reținere: mecanic și electrochimic.

Determinarea capacității de reținere este de tip hidrodinamic și constă din realizarea unui proces de filtrare prin geotextil a unei suspensii de material granular.

Fig. 2.41. Testarea capacității de retenție

Datele obținute stabilesc cantitatea și granulozitatea materialului trecut prin geotextil (T), rămas pe geotextil (R) și rămas în geotextil (Rî). Din prelucrarea acestora se stabilesc curbele caracteristice ale capacității de reținere care indică, pe fracțiuni granulometrice, cantitativ și procentual, materialul trecut, rămas pe și în geotextil.

În raport cu modul în care se manifestă reținerea debitului solid, sunt evidențiate două situații:

situația în care reținerea este de natura unei restricții mecanice pe fracțiuni, cantitatea de material ce trece prin geotextil fiind crescătoare cu micșorarea dimensiunii particulelor;

situația în care pe lângă reținerea mecanică se evidențiază și o reținere a particulelor din domeniul fracțiunilor prăfoase argiloase progresiv cu micșorarea dimensiunii acestora, datorită forțelor de natură electrochimică.

2.3.5. Caracteristici de anduranță

A. Alungirea sub sarcină sau fluaj

Fluajul se definește ca proprietatea geosinteticelor, ca și a altor materiale de altfel, de a se deforma în timp sub acțiunea unei solicitări constante, de lungă durată, exercitată asupra lor.

Fenomenul de fluaj se manifestă diferențiat în raport cu tipul produsului fiind influențat de numeroși factori și condiții dintre care cei mai importanți sunt:

caracteristicile polimerului de bază,

caracteristicile firelor sau fibrelor constituente,

tehnologia de realizare a produsului,

nivelul de solicitare,

condițiile de mediu (temperatura).

Aprecierea comportării geosinteticelor la fluaj se face prin determinări care mențin o probă solicitată la întindere, un anumit timp. Esențiale sunt deci alegerea mărimii solicitării și a duratei.

Tensiunea aplicată variază de la 100% putându-se reduce în trepte până la 20% din sarcina de întindere maximă determinată a produsului. Timpul de aplicare trebuie să fie mai mare de 100 ore, mergându-se uneori până la chiar 10.000 ore.

Cele mai sensibile la fluaj, sunt geotextilele din poliamidă și poliester. Ca urmare, după rezultatele obținute din încercări de către Hoedt, sunt propuși următorii coeficienți cu care trebuie corectată încărcarea geotextilelor, astfel încât să se obțină rezultate corecte pentru deformare sub sarcină:

produse din polipropilenă – P.P. – 0,25;

produse din poliester – P.E. – 0,50;

produse din poliamidă – P.A. – 0,40;

produse din polietilenă – P.E.T. – 0,25.

B. Oboseala geosinteticelor

Termenul de oboseală a geosinteticelor definește tendința acestora de a-și reduce anumite caracteristici sub acțiunea unor solicitări mecanice repetate. În general noțiunea de oboseală este asociată solicitărilor ciclice și celor dinamice, deși fenomenul de oboseală poate apărea și ca urmare a unor solicitări lente sau care se repetă la intervale neregulate.

Se admite că un geosintetic se poate degrada, chiar până la rupere, sub acțiunea repetată a unei solicitări mecanice a cărei valoare este mai mică decât cea corespunzătoare ruperii provocate de o singură solicitare.

Oboseala se manifestă în strânsă corelare cu periodicitatea și valoarea solicitării, o degradare prin oboseală putând fi provocată fie sub acțiunea unei sarcini mici după un număr mare de cicluri de solicitare, fie sub acțiunea unei sarcini mari ce acționează un număr mic de cicluri.

Elementele determinante în modul de comportare al geosinteticelor la oboseală, în sensul de rezistență a materialelor la acest fenomen, sunt următoarele:

natura polimerului;

tipul și caracteristicile materiei de fabricație;

tehnologia de realizare a produselor.

Metodologia și instalațiile pentru definirea comportării geosinteticelor la oboseală nu sunt standardizate sau stabilite prin norme, ele diferind de la un producător la altul.

C. Colmatarea geotextilelor

Colmatarea reprezintă tendința mișcării până la obturarea porilor unui geotextil prin reținerea de particule solide din pământul cu care este în contact. Ca urmare porozitatea efectivă a geotextilului scade, diminuându-se capacitatea de filtrare și de drenaj a produsului.

Se urmărește deci, să se stabilească tipul și cantitatea de material solid ce poate produce colmatarea structurii geotextilului.

Într-un permeametru se fixează o mostră de geotextil, peste care se așterne pământul. Se generează apoi o curgere de sus în jos sub un anumit gradient, măsurându-se debitul ce trece prin complexul pământ – geotextil.

După o anumită perioadă, variabilă între 10 ore pentru un pământ granular necoeziv și 200 ore pentru un pământ cu granule fine, prăfos, se constată o scădere a debitului ce se scurge. În continuare pot apărea următoarele situații:

– dacă geotextilul ales este compatibil cu pământul cu care conlucrează, debitul se stabilizează;

– dacă în masa geotextilului se manifestă fenomenul de colmatare, debitul scade;

– dacă se constată o tendință de creștere a debitului înseamnă că pământul este spălat și transportat prin geotextil în afara probei (tipul de efectuare a acestei probe este de minim 1000 ore).

În ultimele două situații se apreciază că geotextilul nu este compatibil cu pământul și trebuie ales un alt produs.

2.3.6. Caracteristici referitoare la degradarea geosinteticelor

Degradarea se apreciază după schimbarea stării produsului făcându-se determinări privind alterarea unor caracteristici. În principiu un geosintetic poate rezista până la temperatura la care polimerul din care este produs nu își modifică proprietățile. Temperaturi mari pot apărea atunci când geosinteticele se utilizează înglobate în texturi bituminoase aplicate la cald, pentru drumuri sau izolații speciale. Polipropilena se topește la 165°C și poliamida la 250°C, deci geosinteticele produse din ultimul polimer sunt compatibile cu temperaturile de punere în operă a îmbrăcăminților bituminoase care sunt de cca. 180°C.

Temperaturile negative sunt critice în special în perioada de punere în operă, dar oricum nu se lucrează în mod normal sub -10°C.

A. Degradarea chimică

Polimerii și produsele din acest material, sunt stabile față de o gamă foarte largă de agenți chimici. Rezistența geosinteticelor va trebui analizată și stabilită prin încercări, numai pentru agenți chimici cu care se preconizează că vin sau vor veni în contact. O situație mai delicată apare în cazul depozitelor de deșeuri, unde pentru apele reziduale din masa deșeurilor nu se pot specifica întotdeauna tipurile de substanțe agresive.

Încercările făcute pe o serie de geosintetice timp de 120 de zile, cu soluții de Ca(OH)2 și NaOH, la o temperatură de 20°C au dovedit o comportare deosebit de bună la valori ale pH-ului cuprinse între 2 și 12.

B. Degradarea biologică

Referitor la posibila degradare a geosinteticelor datorată factorilor biologici, este de specificat că încercările făcute pentru a produce degradarea deșeurilor din mase plastice, cum ar fi ambalajele și deșeurile industriale, utilizând bacterii și ciuperci, nu au dat rezultatele scontate, datorită masei moleculare mari a polimerilor. Aceasta reprezintă o premiză favorabilă privind rezistența geosinteticelor la acțiunea degradantă a factorilor biologici.

Dezvoltarea microorganismelor în porii geosinteticelor este de asemenea un aspect care este avut în vedere ca o posibilitate de degradare a materialelor. Încercări efectuate în România în această privință (Ionescu A., Kiss -1982) au analizat comportarea câtorva geosintetice nețesute din polipropilenă, precum și un geotextil din fire fibrilare din polipropilenă, menținute timp de 17 luni în diferite medii solide sau lichide, incubate cu culturi de microorganisme tericole și acvatice, apreciate ca posibili factori biodegradanți sau producătoare de substanțe colmatante. Rezultatele obținute au arătat că dezvoltarea microorganismelor nu au produs modificări esențiale asupra geosinteticelor respective. De asemenea, nici caracteristicile de rezistență a materialelor, la întindere nu au fost afectate.

C. Degradarea de către razele solare

Sensibilitatea geosinteticelor la o potențială degradare prin expunere la radiațiile solare se află în relație directă cu sensibilitatea polimerilor din care sunt fabricate. Testele făcute prin expunerea îndelungată a produselor la radiații solare au avut ca rezultat reducerea procentuală a rezistenței la întindere și creșterea alungirii, în special pentru produsele realizate din polipropilenă.

D. Îmbătrânirea geosinteticelor

Îmbătrânirea geosinteticelor, adică modificarea caracteristicilor în timp, independent de solicitarea aplicată, are ca și cauze uzuale următoarele:

solicitări mecanice accidentale la punerea în operă și exploatarea ce provoacă rupturi, striviri, perforări, sfâșieri;

solicitări de întindere excesive care provoacă deformarea materialelor;

ruperi și perforări provocate de vegetație și rozătoare;

dimensionarea necorespunzătoare a lucrărilor, care expune geosinteticul la solicitări ce îi depășesc rezistența (solicitări mecanice) sau periclitează funcționalitatea lor (colmatarea);

depozitarea materialelor în condiții neadecvate.

Degradările posibile din cauzele enumerate mai sus pot fi aproape în totalitate evitate prin alegerea corectă a geosinteticului și prin respectarea strictă a prescripțiilor de depozitare și punere în operă.

În continuare se prezintă rezultatele obținute prin dezvelirea după anumite intervale de timp a unor geotextile puse în operă și verificarea caracteristicilor lor. O vastă campanie de verificări a fost organizată în Olanda (1992) de către Comitetul Tehnic pentru Inginerie Costieră și Canale [8], urmărindu-se comportarea geotextilelor țesute utilizate la apărările de mal pe râuri și canale navigabile. Au fost alese 32 de amplasamente, utilizându-se drept criteriu fundamental cunoașterea caracteristicilor inițiale ale geotextilelor utilizate.

S-au luat în considerare, pentru a fi analizate, următoarele elemente:

– tipul de polimer din care a fost fabricat geotextilul;

– caracteristicile pământului pe care a fost aplicat;

– locul de amplasare: sub, peste sau la nivelul apei;

– calitatea apei: dulce, sărată, curată sau poluată;

– caracteristicile curentului apei: calm sau agitat;

– direcția curentului, perpendicular sau paralel cu lucrarea de apărare;

– timpul de instalare (minim 7 ani).

Încercările s-au efectuat asupra:

caracteristicilor firului și fibrei geotextilului;

caracteristicilor hidraulice ale geotextilului;

caracteristicilor pământului suport;

cercetări cu caracter chimic privind geotextilul și pământul.

În sinteză, rezultatele obținute demonstrează următoarele:

după o perioadă de 10-15 ani de exploatare în cele mai diferite condiții, modificările caracteristicilor fizice ale geotextilelor țesute sunt minime;

caracteristicile tehnice, fizice, mecanice și chimice ale geotextilelor nu sunt influențate de faptul că s-au găsit sub, sau aproape de nivelul apei;

reducerea permeabilității ca rezultat al colmatării, nu este alarmantă;

modificări în structura stratului de pământ de sub geotextil au loc pe o adâncime de ordinul a 5 mm;

coeficientul de reducere al rezistenței inițiale la întindere constatat pentru diverse fibre este:

→ la polipropilenă: 0,6 – 0,9;

→ la poliamidă: 0,5 – 0,7;

→ la polietilenă: 0,7 – 0,9.

Luând în considerare o eventuală contaminare a pământului cu fier, durata de viață a fibrelor din polipropilenă în condiții termo-oxidative este de 15-30 ani, polietilena are o speranță de viață de cel puțin 20 de ori mai mare în aceleași condiții, iar pentru poliamidă nu se prevede nici un efect de degradare.

2.3.7. Valori ale caracteristicilor unor geotextile uzuale

În tabelul 2.8. se dau intervale de variație a valorilor caracteristicilor unor geotextile uzuale sau geocompozite alcătuite din geotextile.

Tabelul 2.8.

Valori ale caracteristicilor ale geotextilelor

2.3.8. Caracteristici tehnice principale ale unor geocompozite și geogrile utilizate în România la armarea îmbrăcăminților asfaltice

În capitolul 1 și pe parcursul acestui capitol, au fost evidențiate și analizate, fără a intra în detaliu, unele aspecte și avantaje tehnice ale armării îmbrăcăminților asfaltice cu geosintetice, în special cu geocompozite și geogrile.

Atât în literatura de specialitate [63], [76], [92], cât și dintr-un studiu propriu [145], efectuat în anul 2011 în calitate de colaborator al firmei TENCATE GEOSYNTHETICS ROMÂNIA, rezultă că în sectorul rutier alături de armarea terasamentelor și a altor structuri de sprijin cu geosintetice, aceste materiale se folosesc pe scară largă și pentru armarea îmbrăcăminților asfaltice.

În completarea aspectelor menționate în această direcție, în tabelul 2.9. se prezintă firmele producătoare, tipurile și principalele caracteristici tehnice ale unor geocompozite, folosite în România la armarea îmbrăcăminților asfaltice, pe baza datelor prelucrate și sintetizate în studiul efectuat.

Caracteristici tehnice ale unor geocompozite și geogrile utilizate în România la armarea îmbrăcăminților asfaltice Tabelul 2.9.

PVA – polivinilalcool, PP- polipropilena, PET – poliester