Správanie geotextílií a geomreží v podkladných vrstvách

Aké sú rozdiely vo funkčnosti geotextílií a geomreží?

Rozdielne správanie geomreží a geotextílií inštalovaných na rozhraní medzi podložím a zrnitou krycou alebo podkladnou vrstvou vozoviek a dopravných plôch nebýva vždy správne chápané. Ak má byť vytvorený vhodný návrh a dosiahnutý uspokojivý výsledok, je potrebné vykonať prieskum zodpovedajúcich konštrukčných úloh, ktoré majú jednotlivé typy geosyntetík zabezpečovať.

Typy geomreží a geotextílií

Geomreže sú otvorenou polymérovou mriežkovou štruktúrou. Môžu byť vyrábané pomocou niekoľkých technológií. Na základe použitej technológie potom vznikajú geomreže lepené, zvárané, tkané, extrudované alebo monolitické:

• lepené, zvárané a tkané geomreže sú vyrobené z dvoch sústav prameňov vzájomne prepojených v dvoch kolmých smeroch
• extrudované geomreže sa vyrábajú vstrekovaním horúcej zmesi na chladiaci val pomocou dýz s polymérnou hmotou. Podľa vzdialenosti jednotlivých dýz vznikajú rôzne veľkosti a tvar ôk geomreže
• monolitické geomreže sú vyrobené z fólií dierovaných a napínaných tak, aby vznikli oká tvaru trojuholníka, štvorca alebo obdĺžnika s rebrami obdĺžnikového prierezu spojené integrálnymi spojmi.

• tkané geotextílie sa skladajú z dvoch radov rovnobežných vlákien prepletených v pravých uhloch tak, aby vytvorili dvojrozmernú plochu
• netkané geotextílie sa skladajú z vlákien usporiadaných do nepravidelnej štruktúry. Môžu byť ďalej triedené podľa metód spájania, t. j. tepelne, mechanicky alebo chemicky

Funkcie geomreží Tensar

Geomreže Tensar TriAx TX a SS stabilizujú nestmelené vrstvy, t. j. vytvárajú nosnú konštrukciu. Na neúnosnom podloží umožňuje ich použitie redukciu hrúbky nestmelených vrstiev alebo zvýšenie životnosti. Na nehomogénnom podloží znižujú geomreže hodnoty nerovnomerného sadania.

Po zhutnení zrnitého materiálu uloženého na stabilizačných geomrežiach vniknú zrná čiastočne do otvorov, čím vznikne jav nazývaný „zazubenie“ medzi časticami a geomrežou. Pri zazubení kladie geomreža odpor horizontálnym silám, čím dochádza k lepšiemu rozneseniu zaťaženia na mäkké podložie.

Použitím stabilizačnej geomreže do podkladných vrstiev je možné dosiahnuť úsporu hrúbky zásypového materiálu až 40 %, čo je overené početnými skúsenosťami a skúšobnými testami. Existujú projekčné grafy, ktoré vyčísľujú hrúbky vrstiev a ich úspory (1).

Správa publikovaná v roku 1992 spoločnosťou US Corps of Engineers (2) popisuje komplexné skúšobné testy vozoviek vykonávané v dvojročnom období. Tento popredný nezávislý výskum bol ukončený ako zmluvný záväzok pre „Federal Aviation Authority“. Správa potvrdzuje redukciu hrúbky zásypového materiálu, ktorá sa dosahuje použitím geomreží Tensar. Táto správa tiež vymedzila vlastnosti geomreží, ktoré prispievajú k správnej funkcii geomreže v konštrukcii. Týmito vlastnosťami sú tvar, hrúbka a tuhosť rebra, ďalej tvar, tuhosť a stabilita otvoru. Vykonanými výskumami nebolo preukázané, že by krátkodobá pevnosť (t. j. skutočná pevnosť pri relatívne veľkom pretvorení) mala priamu súvislosť s účinnosťou geomreží. Tento faktor nie je zahrnutý ani v projekčných metódach vypracovaných firmou Tensar.

Za sekundárnu funkciu geomreží Tensar, v prípade, že sú prekryté dobre zrnitým zásypovým materiálom, sa považuje schopnosť zabezpečovať separáciu. Zazubenie medzi geomrežou a zrnitým materiálom bráni priečnemu pohybu častíc v spodnej vrstve mechanicky stabilizovanej vrstvy, čím je obmedzený pohyb drobných častíc podkladnej vrstvy smerom nahor pri tzv. pumpovaní.

Funkcie geotextílií vo vozovkách a dopravných plochách

Tkané aj netkané geotextílie zabezpečujú, ak sú dostatočne pevné na odolanie poškodeniu, separáciu, t. j. zabraňujú znečisteniu zrnitého zásypového materiálu zmiešaním s materiálom podložia. Pri porovnaní geotextílií so stabilizačnými geomrežami Tensar TriAx TX a SS nepoznáme žiadne publikované údaje dokazujúce, že by sa geotextílie, ak sú aplikované pod vozovky so spevneným povrchom alebo bez povrchu a dopravné plochy, akokoľvek podieľali na roznesení zaťaženia od dopravy. Existujú takisto zjavné dôkazy, ktoré potvrdzujú, že geotextílie neplnia stabilizačnú funkciu. Pre informáciu uvádzame výňatky niektorých z nich:

• The Department of Transport publication HA 35/87 (3) uvádza: „Nebolo preukázané, že by geotextílie použité v nestmelených vrstvách vozoviek mali akýkoľvek významný konštrukčný prínos pre konečnú podobu vozovky.“
• CIRIA Technical Note 126 (4) sumarizuje: „Zo skúšok vykonaných s geotextíliami jednoznačne nevyplynulo, že by redukovali hrúbku zrnitej vrstvy zásypu.“
• spoločnosť US Corps of Engineers (5) po rozsiahlej svetovej revízii 104 prameňov zahŕňajúcich dôkladné skúšobné testy zhrnula: „Ak sú geotextílie súčasťou konštrukcie, nemala by im byť prisudzovaná akákoľvek konštrukčná funkcia.“

Výsledky komplexných skúšok porovnávajúcich geomreže Tensar SS so štyrmi rôznymi typmi geotextílií sú uvedené v už spomínanej štúdii US Corps of Engineers (5).

Prečo teda geomreže Tensar spevňujú nestmelené vrstvy a geotextílie túto schopnosť nemajú?

Efekt „zazubenia“

Geomreže dosahujú pozitívne mechanické zazubenie so zeminou, čo je umožnené tvarom ôk, rebier a spojov – pozri nasledujúci obrázok. Geotextílie sa spoliehajú iba na povrchové trenie, čo je nedostatočné na zabezpečenie bočného zadržiavania častíc zrnitého zásypového materiálu pri dynamickom dopravnom zaťažení.

Deformácie povrchu

Geotextílie pod zaťažením fungujú ako ťahové membrány. Ak teda chceme zmobilizovať ich pevnosť, musí dôjsť k značnej zvislej deformácii konštrukčných vrstiev. To však spôsobí vznik neprijateľne hlbokých koľají v miestach prejazdu vozidiel – pozri dolný obrázok.

Tento mechanizmus pôsobenia geotextílií je potvrdený v publikácii Terram Ground Stabilisation (6), vypracovanej jedným z popredných svetových výrobcov geotextílií: „Prínos separačného prvku závisí od ťahových napätí, ktoré môžu byť v geotextíliách vyvolané. Ťahové napätia sú vyvolané v prípade, že je povrch konštrukcie deformovaný pri každom prejazde vozidla. To sa prejaví predovšetkým pri navrhovaní staveniskových vozoviek, pretože pri trvalých vozovkách nie je možné také deformácie (vyjazďovanie koľají), aké sú potrebné na vyvolanie napätí v geotextíliách, pripustiť.“

Aj keď sú koľaje vyjazdené do nestmeleného povrchu pravidelne upravované, zodpovedajúca koľaj prekopírovaná do zemnej pláne pretrváva. Zemná pláň je oslabená deformáciami a bude ďalej degradovať tým, že sa bude správať ako odvodňovacia jímka pre vodu, ktorá sa dostane k zemnej pláni. Hromadenie vody vo vyjazdených koľajach pôsobí ako zmäkčovadlo podložia, čo môže viesť až k predčasnému zlyhaniu konštrukcie.