GEOSYNTETYKI JAKO DRENAŻ ORAZ WARSTWY FILTRACYJNE

Głównymi funkcjami geotekstyliów i wyrobów pokrewnych, stosowanych w systemach drenażowych są: filtrowanie, rozdzielanie i drenaż.

W systemach drenarskich geotekstylia pełnią rolę filtru. W zastosowaniach geotechnicznych filtr geotekstylny pełni dwie zasadnicze funkcje: pozwala przeniknąć wodzie i zatrzymuje (powstrzymuje) grunt, nie cząstki gruntu. Filtr powinien umożliwiać przenikanie drobnych cząstek niesionych przez wodę. Gdyby drobne cząstki nie mogły przedostać się przez filtr, nastąpiłaby jego kolmatacja.

Przy projektowaniu filtrów pod uwagę brane są dwa kryteria: przepuszczalność i zdolność zatrzymywania. Te dwa kryteria są przeciwstawne, ale nie sprzeczne. Materiał geotekstylny powinien mieć charakterystyczny wymiar porów wystarczająco mały, aby zatrzymać grunt i wystarczająco duży, aby umożliwić swobodny przepływ wody, a także przejście przez filtr najdrobniejszym cząstkom gruntu niesionym przez wodę.

ODWODNIENIA

W odwodnieniu geotekstylia są używane jako drenaż pomiędzy zalegającym gruntem a materiałem odprowadzajcym wodę. Niektóre geosyntetyki (np. geokompozyty drenażowe) pełnią funkcje drenażowe. Wśród zastosowań można wyróżnić m.in:

• Drenaż poziomy (w inżynierii komunikacyjnej często nazywany podłużnym), w którym geotekstylia otaczają łatwoprzepuszczalną zasypkę ziarnistą wypełniającą wykopany rów,,
• Drenaż powierzchniowy (warstwowy),
• Dren żebrowy, układ złożony z filtru geotekstylnego i rdzenia (siatkowego, folii z wytłoczeniami itp.), przewodzącego wodę.

MATRIAŁY GEOTEKSTYLNE UŻYWANE W SYSTEMACH DRENAŻOWYCH JAKO FILTRY

Jednym z pierwszych czynników do oceny materiału geotekstylnego jako filtru jest struktura materiału, szczególnie jej wpływ na wielkość i rozkład porów w materiale.

Pod tym względem geotekstylia można podzielić na trzy kategorie:

• Włókniny cienkie (ang. thin non-woven),
• Włókniny grube (ang. thick non-woven),
• Tkaniny (ang. woven).

Włókniny cienkie są materiałami o grubości mniejszej od 1 mm. Są one zwykle zbudowane z cienkiej ciągłej przędzy, która jest początkowo układana, tworząc luźną sieć. Następnie sieć ta jest albo zgniatana walcami na gorąco, co powoduje zgrzewanie się przędzy w miejscach kontaktu, albo jest przeszywana przez zespół haczykowatych igieł. Igłowanie powoduje mechaniczne splątanie włókien, nadające im rodzaj zespolenia. W wyniku losowego rozmieszczenia punktów styku otwory porów mają bardziej zróżnicowane rozmiary, niż w przypadku tkaniny.

Włókniny grube są to zwykle filce, złożone z ciętych włókien. Są one początkowo układane jako luźne runo, a następnie igłowane. Często wyrób jest wykańczany na walcach w celu nadania mu stosunkowo gładkiej powierzchni. Dzięki swojej grubości geowłókniny te mogą być traktowane jako filtry trójwymiarowe. Podobnie jak w przypadku geowłóknin cienkich, wymiary ich porów mogą się zmieniać w szerokim zakresie.

Geotekstylia tkane zawierają dwa składniki: osnowę biegnącą wzdłużnie i wątek biegnący w poprzek materiału. Materiały tkane typowymi technikami mają strukturę ortogonalną, ze stosunkowo regularnymi otworami, rozłożonymi równomiernie na powierzchni materiału. Składniki materiału to zwykle płaskie tasiemki, przędza z tasiemek lub przędza ciągła o przekroju okrągłym.

MECHANIZM DZIAŁANIA FILTRU GEOTEKSTYLNEGO

Kryteria filtrów geotekstylnych zależą od warunków przepływu. W typowych zastosowaniach do drenażu mamy do czynienia z ustalonym jednokierunkowym przepływem laminarnym.

Podczas przepływu wody przez układ grunt-materiał geotekstylny grubsze ziarna gruntu wytwarzająTo (can be empty) sklepienia ponad otworami materiału geotekstylnego. Pozwala to, by drobniejsze cząstki przylegające do materiału przepłynęły przez pory materiału geotekstylnego i zostały wypłukane przez płynącą wodę. Jeżeli nie występuje sufozja gruntu, tj. migracja bardzo drobnych cząstek gruntu przez pory szkieletu gruntowego, układ stabilizuje się bardzo szybko i nie ma zmian struktury gruntu oddalonego od filtru. Nad powierzchni materiału geotekstylnego tworzy się tzw. filtr odwrotny.

Często można zaobserwować redukcję prędkości przepływu podczas początkowego powstawania sieci sklepień. Jest to spowodowane blokowaniem porów materiału geotekstylnego przez większe ziarna gruntu. Blokowanie nie oznacza zatkania, lecz jedynie częściowe zakrycie otworów.

Zarówno tkaniny, jak i włókniny wykazują pewien spadek przepuszczalności poprzecznej systemu, aż do wytworzenia się stanu stabilnego. Warunki stanu stabilnego zostaną osiągnięte tylko wtedy, gdy geotekstylia są prawidłowo zaprojektowane, tzn. odpowiednio do układu. Powinny być dobrane tak, aby przepływ hydrauliczny był ustalony, co umożliwi powstanie sieci sklepień oraz, jeśli to możliwe, strefy filtru w gruncie.