História a štruktúra geomreží a cesta k TriAxu

Prvá zmienka o geomrežiach sa datuje do päťdesiatych rokov minulého storočia. Odvtedy geomreže prešli radom zmien a vývojových zlepšení. Článok sa zaoberá postupným prechodom od extrudovaných geomreží k monolitickým geomrežiam a ich vlastnosťami.

Vývoj geomreží

Pri vzniku geomreží v podobe, v akej ich poznáme dnes, stál doktor Brian Mercer pochádzajúci z rodiny venujúcej sa textilnému priemyslu. V päťdesiatych rokoch minulého storočia vyvinul technologický proces s názvom Netlon, pri ktorom bola plastická hmota extrudovaná do tvaru siete v jednom kroku. V roku 1959 založil spoločnosť Netlon Ltd., s pomocou ktorej nový výrobok prezentoval.

Výrobný proces bol licencovaný v mnohých krajinách a pôvodná myšlienka bola ďalej rozvíjaná a rozširovaná, o čom svedčí viac než 28 patentov na zlepšenia. Dnes sú výrobky spoločnosti Netlon používané v rôznych oblastiach priemyslu – od obalov, cez záhradníctvo, poľnohospodárstvo až po zemné stabilizácie v inžinierskej výstavbe.

Koncom sedemdesiatych rokov sa geomreže začínajú využívať na účely zemnej stabilizácie. Odvtedy boli extrudované, tkané a pletené polymérne geomreže používané ako náhrada za geotextílie, ktoré na vytvorenie podporného mechanizmu pri stabilizácii potrebujú určitú deformáciu a dynamické zaťaženie.

V dôsledku zvýšenia ceny ropy a ropných produktov bolo potrebné zefektívniť spracovanie surového polymérneho materiálu a zvýšiť rovinnú tuhosť geomreže. Na základe týchto podnetov doktor Mercer vyvinul a patentoval novú výrobnú metódu, pri ktorej boli polymérne pláty dierované poľom otvorov a následne naťahované v dvoch navzájom kolmých smeroch – pozri nasledujúci obrázok.

Týmto postupom vznikla tuhá polymérna geomreža bez spájania jednotlivých elementov, ako je to pri pletených alebo tkaných geomrežiach. Nové výrobky boli predstavené v roku 1982 a vzhľadom na jednoznačne vyššiu účinnosť pri mechanickej stabilizácii rýchlo nahradili predchádzajúce typy sietí.

Počas približne 25 rokov sa táto forma geomreží, charakterizovaná monolitickou štruktúrou (t. j. vyrobená z jednotlivých plátov) s integrálnymi spojmi a molekulárne orientovanými rebrami, vyvíjala len minimálne. Unikátnym výrobným procesom sa iba zdokonaľoval tvar geomreže v závislosti od nových poznatkov. Rozsiahlymi výskumami bolo zistené, že na účinnosť geomreže majú vplyv iné charakteristiky než dovtedy vyzdvihovaná pevnosť v ťahu. Ide predovšetkým o tuhosť otvoru, pevnosť spoja, hrúbku a tvar rebra.

Vzhľadom na štvorcový tvar oka bola tuhosť geomreže sústredená do dvoch smerov, pozdĺžneho a priečneho. Polárny diagram tuhosti dvojosovej geomreže ukazuje, ako je jej tuhosť silne viazaná na smer rebier – pozri nasledujúci obrázok. Tento diagram vyvolával otázku: „Ako veľmi tento tvar diagramu ovplyvňuje účinnosť pri zaťažení od dopravy a či je možné tento jav testovať?“

Prelom v technológii geomreží bol dosiahnutý v roku 2007, keď uzrela svetlo sveta nová trojuholníková geomreža Tensar TriAx, ktorá nielen vďaka unikátnemu tvaru, ale aj vlastnostiam predstavuje v mechanickej stabilizácii svetovú špičku medzi geomrežami. TriAx je tuhá polymérna geomreža s okom v tvare rovnoramenného trojuholníka. Tento typ geomreží sa vyrába pomocou novej výrobnej technológie. Základom je opäť dierovaný polymérny plát, ktorý je špecifickým spôsobom naťahovaný až do konečného tvaru geomreže. Zatiaľ čo jednoosové alebo dvojosové geomreže ponúkali maximálnu tuhosť v rovine jedného alebo oboch smerov rebier, trojuholníkový tvar oka ponúka takmer izotropnú tuhosť vo všetkých smeroch v rovine výrobku – pozri nasledujúci obrázok.

Spôsob interakcie medzi geomrežou a zásypovým materiálom

Po umiestnení tuhej monolitickej geomreže do zeminy poskytujú jej rebrá oporu zásypovému materiálu tým, že zrnám vytvárajú množstvo oporných bodov. Výsledkom je, že napätie sa na geomrežu neprenáša iba trením na povrchu, ako je to pri použití geotextílií, ale prostredníctvom interakcie medzi zeminou a geomrežou – pozri nasledujúci obrázok.

Geotextilie, jakožto tkaniny vyrobené z polymerových vláken se vyznačují velmi malou velikostí otvorů. Při spolupůsobení se zeminou spoléhají na povrchové tření, což je nedostatečné k zabezpečení laterálního zadržení částic výplně pod dynamickým zatížením, působí tedy jako tahová membrána. Pro zmobilizování pevnosti geotextilie a vytvoření podpůrného mechanismu při stabilizaci musí tedy dojít k její značné deformaci. Naproti tomu geomříže, neboli geosyntetika s otevřenou strukturou, používané v kombinaci se zrnitým materiálem, využívají mechanismu stabilizačního účinku. Žebra tuhých monolitických geomříží jsou v podélném i příčném směru vyráběna s téměř vertikálními ostrými hranami, které vytvářejí záchytné plochy pro zrna zeminy. Příklad takového žebra je na následujícím obrázku.

Zrnitý materiál preniká cez otvory geomreže a vytvára tak efekt vzájomného zazubenia medzi časticami zeminy a geomrežou. Zazubenie medzi geomrežou a zrnitým zásypom zabraňuje laterálnym posuvom častíc na báze podkladnej vrstvy. Pomocou tohto mechanizmu prenášajú geomreže horizontálne šmykové sily, čím sa výrazne zvyšuje únosnosť mäkkého podložia, resp. stabilizačný účinok.

Rozdielnym správaním geotextílií a jednotlivých typov geomreží pri ich použití ako stabilizačných prvkov v podkladných vrstvách sa zaoberá článok Správanie geotextílií a geomreží v podkladných vrstvách.