Ulaz za korisnike

Geosintetici u cestogradnji

|
Geosintetici u cestogradnji
 
Geosintetici u cestogradnji
Najčešća uporaba geosintetika je za ceste i kolničke konstrukcije.

Najčešća uporaba geosintetika je za ceste i kolničke konstrukcije. Geosintetici poboljšavaju stabilnost slabog tla posteljice tako što odvajaju agregat od donjeg sloja, sprečavaju njegovo miješanje s tlom iz podloge te omogućavaju filtraciju i dreniranje.

 Oni koji se koriste kod mekih posteljica imaju sljedeće prednosti:

  • - smanjuju intenzitet naprezanja u posteljici i sprečavaju prodiranje agregata u posteljicu (separacija)
  • - sprečavaju sitne čestice iz posteljice da se “popnu” u međusloj (separacija i filtracija)
  • - sprečavaju zagađenja materijala u nosivom sloju (filtracija)
  • - smanjuju dubinu iskapanja koja je predviđena za otklon lošeg materijala iz posteljice (separacija, ojačanje)
  • - smanjuju debljine sloja agregata predviđene za stabilizaciju posteljice
  • - smanjuju poremećaj na posteljici tijekom građenja
  • - omogućuju porast čvrstoće tijekom vremena
  • - sprečavaju različita ulegnuća na prijelazu iz usjeka u nasip što omogućuje kolničkoj konstrukciji očuvanje cjeline
  • - smanjuju potrebe za održavanjem i produljenje uporabnog vijeka ceste

  • Geosintetici imaju funkciju separacije kada su postavljeni kao granična površina između posteljice i sloja agregata tako da sprečavaju međusobno miješanje ta dva materijala. Za ovu funkciju koriste se geotekstili i geomreže koji onemogućuju prodor agregata u posteljicu.

  • Separacija je važna radi ostvarenja planirane debljine veznog sloja, postizanja stabilnosti i određenog kapaciteta nosivosti. Meko tlo posteljice je najosjetljivije na poremećaje tijekom procesa građenja, a geosintetici pomažu u otklanjanju tih poremećaja te sprečavaju gubitak agregata tijekom građenja. Slika 2. prikazuje primjenu geotkstila kao separatora između posteljice i sloja agregata.
     Geotekstilom se ostvaruje funkcija filtranja time što je spriječen pronos sitnih čestica i njihovo unošenje u porozitet krupnozrnatog materijala, a pod utjecajem visokog pornog tlaka nastalog dinamičkim opterećenjem vozilima. Služi i kao drenaža dopuštajući disipaciju pornog tlaka te ubrzanu konsolidaciju posteljice.
     
  • Funkcija ojačanja geotekstilima i geomrežama očituje se sljedećim mehanizmima:
  •  
  • - bočna (uzdužna) otpornost - ograničavanje širenja posteljice i donjeg sloja trenjem, te onemogućavanje odvajanja agregata, tla i geosintetika

    Kada je agregat pod opterećenjem kotača, nastoji se pomicati ili bočno potiskivati, osim ako ga ne sprečava posteljica ili ojačanje geosintetikom. Slaba odnosno meka tla posteljice imaju vrlo malu bočnu otpornost tako da, kad se agregat pomiče, dolazi do stvaranja kolotraga na površini agregata kao i na posteljici (slika 3.).

  • - porast kapaciteta nosivosti sustava - prisiljavanje potencijalne plohe sloma za razvijanje duž neke druge površine s većom čvrstoćom na smicanje

    Korištenjem analogije opterećenja kotača na temelj, ojačanje geosinteticima prisiljava potencijalnu plohu sloma da, usljed gubitka nosivosti, slijedi alternativni put s većom čvrstoćom (slika 4.).

  • - membransko podupiranje opterećenja kotača
     Naprezanje izazvano opterećenjem kotača u ovom slučaju mora biti dovoljno veliko da izazove plastičnu deformaciju i kolotrage na posteljici. Ako je koeficijent istezanja geosintetika dovoljno velik, napon zatezanja će porasti pod djelovanjem tereta, a vertikalna komponenta membranskog naprezanja pomoći će u prihvaćanju dodatnih opterećenja od kotača. Ovaj se postupak koristi kod privremenih cesta (slika 5.).
    Geotekstili se kao separatori uspješno koriste za ojačanje mekih posteljica. Temeljeno na iskustvu došlo se do spoznaje da je geosintetike najbolje koristiti u slabim tlima (SC, CL, CH, ML, MH, OL, OH, PT), s niskom nedreniranom čvrstoćom (cu<90 kPa, CBR<3) i pri visokim razinama podzemne vode. Primarna funkcija geotekstila u ovim uvjetima je separacija i filtracija radi stabilizacije posteljice, čime se poboljšavaju uvjeti građenja.

    Geotekstili imaju korisnu ulogu kada je granična vrijednost maksimalne nedrenirane čvrstoće tla manja od 90 kPa. Gline koje imaju veću čvrstoću i malu vlažnost dobar su materijal za temeljno tlo i bez uporabe geosintetika. Takve gline mogu prihvatiti statička opterećenja vozila i pritisak guma čak i ispod tankog granuliranog sloja i to u uvjetima ograničenog prometa (npr. kod privremenih cesta) i kada je dopuštena dubina kolotraga do 75 mm.

    Dinamička opterećenja i veliki pritisci guma veći su problem jer će se nakon velikog broja prijelaza vozila i na takvim tlima pojaviti kolotrazi. U privremene ceste spadaju zaobilazni putovi, ceste za transport materijala, pristupne ceste, nasipi na mekom tlu. U većini slučajeva su neasfaltirane, a u uporabi su u kraćem vremenskom periodu koji je često manji od jedne godine. Tijekom tog razdoblja izložene su velikom prometnom opterećenju.

  • Uporaba geosintetika omogućila je pristup opremi za građenje na gradilištima gdje je tlo prirodno preslabo da bi izdržalo velika opterećenja kod početnih građevinskih radova. Čak i ako posteljica može nositi gotovu cestu, ponekad je nemoguće započeti gradnju visokih nasipa ili ceste. Potrebno je izvršiti odvođenje vode, iskapanje i zamjenu zrnatim materijalom ili stabilizacijskim agregatom, kemijsku stabilizaciju. Geosintetici su često isplativija zamjena za skupa poboljšanja temeljnog tla.

  • Kod trajnih cesta moguć je nastanak gubitka stabilnosti zbog greške u strukturi, što se očituje gubitkom stabilnosti čitave konstrukcije ili slomom jednog dijela kolnika, tako da nije moguće prihvatiti opterećenja koja djeluju na površini. Razlozi gubitka stabilnosti mogu biti vezani uz prevelika opterećenja, klimatske uvjete i uvjete okoline te loša povezanost komponenata materijala. Prevelika opterećenja, njihovo često ponavljanje i jaki pritisci guma uzrokuju ili strukturnu ili funkcionalnu neispravnost.
  • Neki od mogućih uzroka gubitaka stabilnosti trajnih cesta mogu se pronaći među sljedećim navedenim problemima:

  • neprikladna drenaža - posljedica prodora čestica tla iz posteljice u granulirani sloj. Ako je posteljica zasićena vodom, porni tlak će rasti usljed prometnog opterećenja što dovodi do omekšavanja posteljice

  • promjena volumena posteljice usljed isušivanja i upijanja vode ili smrzavanja i odmrzavanja

  • loša izvedba posteljice
  • natapanje posteljice vodom tijekom građenja - izaziva nakupljanje vode te naknadno omekšavanje posteljice na izbrazdanim područjima nakon završetka građenja
  • korištenje onečišćenog agregata ili zagađenje agregata tijekom građenja može dovesti do nestabilnosti, osjetljivosti na smrzavanje te loše drenaže
  • nestručno i neprikladno održavanje kolnika nakon što je gradnja završena

    Primjena

    Opća pravila zajednička su svim tipovima cesta bez obzira na metodu projektiranja. To razumjeva detaljno proučavanje svih dijelova kolničke konstrukcije (agregat, posteljica) i njihovo ponašanje pod različitim prometnim opterećenjem pri raznolikim klimatskim uvjetima.

  • Funkcija geosintetika jednaka je i za privremene i za trajne ceste. No, postupak projektiranja privremenih cesta se ne bi smio koristiti za projektiranje trajnih, jer taj postupak dopušta pojavu kolotraga tijekom projektnog razdoblja, dok to kod trajnih cesta nije poželjno.

  • Geotekstili se kod trajnih cesta koriste najčešće kao stabilizatori slojeva. Uporabom geotekstila nije dopušteno smanjenje debljine donjeg sloja, dok se korištenjem geomreža smještenih na dnu agregatnog sloja, dopušta smanjenje debljine od 10 do 20%.

  • Gradnja potpornih zidova kao pratećih objekata u cestogradnji vrlo je česta, a grade se kada su pokosi nasipa blažeg nagiba neekonomični ili tehnički neostvarivi. Izvode se kao gravitacijski zidovi sa ili bez elemenata na licu zida. U osnovi se sastoje od ojačanja geosintetikom u zemljanoj ispuni pa čitava armirana zona tla djeluje kao masivni zid (slika 6.).

    Čak i ako su uvjeti temeljnog tla zadovoljavajući, kosine mogu biti nestabilne pod određenim nagibom. Višestruki slojevi geomreža ili geotekstila mogu biti postavljeni tijekom konstrukcije ili rekonstrukcije zemljanih kosina kako bi ojačali tlo, te izazvali porast stabilnosti kosine. Ojačane kosine s nagibom od 70° do 90° najčešće se projektiraju kao potporni zidovi.

    Korištenje geosintetika omogućava ekonomičnije projekte u smislu stvaranja korisnog prostora na kruni ili nožici ojačanog nasipa, smanjenja potrebnog volumena ispune i eliminacije troškova obložnih elemenata potrebnih kod ojačanja zidova (slika 7.).
  • Nasipi na mekom tlu su skloni bočnom širenju zbog horizontalnog pritiska zemlje koja djeluje unutar nasipa. Taj pritisak uzrokuje horizontalna posmična naprezanja na temelju nasipa koja mora preuzeti temeljno tlo. U slučajevima kada temeljno tlo nema dovoljnu posmičnu čvrstoću doći će do sloma.
    Pravilno projektirani slojevi s geotekstilom ili geomrežom visoke čvrstoće povećavaju stabilnost nasipa i sprečavaju slom tla. Obje vrste geosintetika moguće je koristiti pod uvjetom da imaju dovoljnu vlačnu čvrstoću. Postoje razlike u njihovoj primjeni za različite vrste tla u podlozi i načinu postavljanja. Pojačanje geosintetikom ograničava horizontalne i vertikalne pomake temeljnog tla i na taj način smanjuje nejednoliko slijeganje različitih dijelova nasipa. Nasip će imati prosječno manje slijeganje s geosintetikom nego bez njega.

  • Pokosi nasipa se ojačavaju radi postizanja strmijeg nagiba pokosa ili u svrhu primjene materijala nedovoljne čvrstoće. Na taj način se štedi na prostoru koji nasip zauzima, a koriste se i materijali za nasip koji se inače ne bi mogli koristiti.

    Geosintetici se koriste za ojačanje podloge kod gradnje nasipa na tlu koje je:

    a) vrlo meko - mulj, glina ili treset - ojačanje se postavlja svojim jačim smjerom okomito na os nasipa
    b) mjestimično slabo ili sadržava šupljine

  • - to su tla koja sadržavaju ponore, šupljine nastale topljenjem leda te mulj, glinu ili treset. U ovakvim slučajevima uloga geosintetika je stvoriti ''most'' iznad takvih slabih mjesta ili pukotina (vlačna čvrstoća u više smjerova). Ovdje spadaju i specijalne geotehničke konstrukcije pilota s geomrežom preko njihovih glava, koje se koriste kod slabo nosivog tla ispod nasipa. Tada mreža djeluje kao membrana i prenosi teret nasipa na pilote - za ovakvu zadaću koriste se vrlo jake mreže otporne na puzanje.

    Danas se sve više primjenjuju geosintetici zbog ekološke prihvatljivosti, uštede prirodnih materijala kojih je sve manje, te produženja životnog vijeka građevina. Na asfaltnoj ili betonskoj površini cesta, parkirališta ili aerodroma usljed opterećenja, zamora materijala i velikih temperaturnih promjena nastaju pukotine.

    Ulazak vode u njih te smrzavanje tijekom zime, ubrzano razara konstrukciju i smanjuje joj vijek trajanja. Trend rješavanja ovakvih problema i sprečavanja nastajanja pukotina u asfaltnim kolnicima podrazumijeva uporabu specijalnih geosintetika u obliku mreža. Tako se i za rekonstrukcije kolnika sve više rabe geosintetici, za što se još uvijek provode opsežna istraživanja.

Materijali