ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΓΕΩΣΥΝΘΕΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών συνθετικά υλικά που χρησιμοποιούνται στις εφαρμογές της γεωτεχνικής μηχανικής και σε συναφείς κατασκευές, σε συνδυασμό συνήθως με κατάλληλα εδαφικά υλικά (γεωϋλικά). σύσταση συνθετικές ίνες από διάφορα πολυμερή (πολυπροπυλένιο, πολυεστέρας, πολυαμίδιο, πολυαιθυλένιο). μορφή επίπεδη (φύλλου) – κάλυψη μεγάλων επιφανειών Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών χρήση Εξυπηρετούν τους εξής βασικούς σκοπούς στα πλαίσια της κατασκευής των τεχνικών έργων: (α) βελτίωση αποστράγγισης (β) διαχωρισμός εδαφικών στρώσεων (γ) βελτίωση – ενίσχυση εδάφους θεμελίωσης (δ) ενίσχυση πρανών και επιχωμάτων (ε) επένδυση – προστασία πρανών Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών αποτελέσματα της χρήσης γεωσυνθετικών (α) η βελτίωση της ασφάλειας κατασκευής των τεχνικών έργων (β) η μείωση του συνολικού κόστους κατασκευής και συντήρησης λόγω της γρήγορης τοποθέτησής τους στο πεδίο, της δυνατότητας αντικατάστασης τοπικά δυσεύρετων ή ακριβών αδρανών υλών (π.χ. διαβαθμισμένων υλικών φίλτρου) (γ) ο αυξημένος ωφέλιμος χρόνος ζωής τους (δ) οι δυνατότητες αντιμετώπισης ειδικών αναγκών για νέου τύπου κατασκευές, π.χ. διάθεση αποβλήτων Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών γεωϋφάσματα γεωπλέγματα γεωμεμβράνες (geotexttiles) που είναι διαπερατά με αποκλειστική σύνθεση υφάσματος (geogrids) που έχουν μορφή ορθογωνίου καννάβου με σχετικά μεγάλα ανοίγματα (geomembrans) που είναι πρακτικά αδιαπέρατα φύλλα γεωσύνθετα (geocomposites) τα οποία είναι συνδυασμός των παραπάνω κατηγοριών (π.χ. γεωϋφάσματα συγκολλημένα με μεμβράνες, γεωϋφάσματα ενισχυμένα με γεωπλέγματα κ.λ.) Εκτός από τις παραπάνω βασικές κατηγορίες υπάρχουν επίσης, οι γεωσωλήνες (geopipes), τα γεωστραγγιστήρια (geodrains) κ.α. Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών Πορώδη υλικά από συνθετικές ίνες (πολυπροπυλένιο, πολυεθυλένιο κτλ) ανθεκτικά σε χημική προσβολή που χρησιμοποιούνται στήν κατασκευή των τεχνικών έργων και προσφέρουν τις εκάστοτε απαιτούμενες ιδιότητες (μηχανικές, φυσικές, υδραυλικές). κατασκευάζονται με κλασσικές μεθόδους ύφανσης (υφαντουργικές μηχανές), δηλαδή πολλαπλή διασταύρωση δύο κάθετων μεταξύ τους συστημάτων ινών που δημιουργούν δύο αλληλοσυνδεδεμένα στρώματα οι ίνες είναι ακανόνιστα τοποθετημένες και συνδέονται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας διάφορες σύγχρονες τεχνικές συγκόλλησης. Ταξινομούνται ανάλογα με το μήκος των ινών (ταξινόμηση Α) σε συνεχείς και κοντές ίνες (5 – 20 cm) και ανάλογα με τη διαμόρφωσή τους (ταξινόμηση Β) σε μηχανικής διαμόρφωσης (βελονωτά), θερμικής και χημικής. ΤΥΠΟΙ ΓΕΩΥΦΑΣΜΑΤΩΝ ΥΦΑΝΤΑ Δύο κάθετα στρώματα ινών με κλασσικούς μεθόδους ύφανσης ΜΗ ΥΦΑΝΤΑ Ινες ακανόνιστα διατεταγμένες με σύγχρονες μεθόδους ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ Α Από συνεχείς ίνες Από κοντές ίνες (5-20cm) ΣΥΝΘΕΤΑ Υφαντό υπόστρωμα που υποβάλλεται σε διάτρηση οπών ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ Β Μηχανική διαμόρφωση (βελονωτά) Θερμική διαμόρφωση Χημική διαμόρφωση Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών (α) μικρή παραμορφωσιμότητα η οποία όμως τις περισσότερες περιπτώσεις αποτελεί μειονέκτημα καθόσον σε ένα γεωϋφασμα βασική απαίτηση είναι συνήθως η ευκαμψία και η δυνατότητα παραλαβής σημαντικών παραμορφώσεων (β) μεγάλη ανισοτροπία π.χ μεγαλύτερη αντοχή η οποία όμως τις περισσότερες φορές αναφέρεται κατά μήκος της πλέον ευνοϊκής κατεύθυνσης και όχι κατά τη δυσμενέστερη, (α) μεγάλο εύρος διαμέτρων πόρων, γεγονός που δίνει σε αυτά πολύ καλές διηθητικές ικανότητες (β) ισότροπη συμπεριφορά σε αντίθεση με τα υφαντά που παρουσιάζουν σημαντικό βαθμό ανισοτροπίας. Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών ενίσχυση εδάφους αποστράγγιση στη βάση υψηλών επιχωμάτων Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΥΛΙΚΩΝ ΦΙΛΤΡΟ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΕΠΕΝΔΥΣΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ Εκλογή - διαστασιολόγηση τύπου γεωυφάσματος (νομογραφήματα, κριτήρια κτλ) ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΓΕΩΥΦΑΣΜΑΤΩΝ (α) (β) (γ) (δ) Ιδιότητες που αφορούν τη γεωμετρία Υδραυλικές ιδιότητες Μηχανικές ιδιότητες Ιδιότητες ανθεκτικότητας Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών ενίσχυση – σταθεροποίηση υπεδάφους Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών (α) Ιδιότητες που αφορούν τη γεωμετρία (κυρίως πάχος και βάρος) του γεωϋφάσματος (β) Υδραυλικές ιδιότητες που αναφέρονται κυρίως στη υδατοπερατότητα σε διευθύνσεις κάθετες και παράλληλες στην επιφάνεια του γεωϋφάσματος (γ) Μηχανικές ιδιότητες που έχουν σχέση με την αντίσταση που παρουσιάζει το γεωϋφασμα σε μηχανική καταπόνηση από επιβαλλόμενα φορτία ή/και λόγω των συνθηκών που επικρατούν κατά την τοποθέτησή του στο πεδίο (αντίσταση σε διάτρηση, παραμόρφωση, αντοχή σε εφελκυσμό, σε σχισμό) (δ) Ιδιότητες ανθεκτικότητας του γεωϋφάσματος στο χρόνο κατά τη χρήση του καθώς επίσης και του βαθμού αποδόμησης που υφίσταται από διάφορους περιβαλλοντικούς παράγοντες Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών αναφέρεται κάθετα (kn) και παράλληλα (kh) στην επιφάνεια του k (γεωϋφάσματος) ≥ 10 x k (εδάφους) O 90  1 απλές συνθήκες ροής D 90 O 98  1 τυρβώδεις συνθήκες ροής D 85 πορομετρική καμπύλη D μέση διάμετρος κόκκων εδάφους Ο μέση διάμετρος πόρων γεωυφάσματος Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών Είναι γεωσυνθετικά που αποτελούνται από διαμήκη και εγκάρσια δομικά στοιχεία που σχηματίζουν κάνναβο με τετράγωνα ή ορθογώνια ανοίγματα. Έχουν παρόμοια γεωμετρία και λόγω των απαιτήσεων για υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό συνήθως παράγονται από υψηλής πυκνότητας πολυμερή. Η κύρια μέθοδος παραγωγής βασίζεται στον εφελκυσμό φύλλου πλαστικού το οποίο έχει διατρηθεί ανά διαστήματα σε μορφή καννάβου. μονοαξονικά προσανατολισμένο γεώπλεγμα διαξονικά προσανατολισμένο γεώπλεγμα ενίσχυση – οπλισμός εδαφών. Βελτίωση διατμητικής αντοχής λόγω της αλληλοεπίδρασης γεωπλέγματος – εδάφους (συγκράτηση των κόκκων του εδάφους στα ανοίγματα του γεωσυνθετικού) Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών Είναι λεπτά φύλλα πλαστικού πρακτικά αδιαπέρατα που χρησιμοποιούνται κυρίως σαν «φραγμός» ρευστών αλλά και αερίων. Οι γεωμεμβράνες θεωρούνται υλικά αδιαπέρατα καθόσον παρουσιάζουν συντελεστές διαπερατότητας της τάξεως του 10-11 – 10-13 cm/sec σε σχέση με μια μπετονιτική άργιλο που έχει τιμές της τάξεως του 10-8 cm/sec. Η βασική τους χρήση είναι η παρεμπόδιση της κίνησης και διήθησης νερού ή και άλλων ρευστών και βρίσκουν μεγάλη εφαρμογή σε επενδύσεις ΧΥΤΑ, λιμνοδεξαμενών, φραγμάτων, δεξαμενών, στεγανοποιήσεις σηράγγων, απόθεση επικίνδυνων αποβλήτων κ.λπ. Ν. Σαμπατακάκης Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών