Geosyntetyki płaskie w budownictwie drogowym

Często zdarzają się sytuacje, w których drogowcy zmuszeni są budować drogi na podłożach o złych warunkach gruntowo-wodnych. Wiele dróg przebiega przez tereny bagienne, charakteryzujące się dużą powierzchnią zalegania gruntów słabonośnych, takich jak torfy czy namuły. Obecnie znanych jest wiele technologii budowy dróg w tak niekorzystnych warunkach, w tym na szczególną uwagę zasługują metody wykorzystujące coraz powszechniejsze wyroby syntetyczne, nazywane popularnie geosyntetykami. Lecz, niestety, mimo wieloletnich doświadczeń – zarówno krajowych, jak i zagranicznych – wciąż zbyt mało wiemy na temat tego typu wyrobów. Nierzadko projektanci i wykonawcy nie posiadają odpowiedniej wiedzy i doświadczenia w stosowaniu wyrobów syntetycznych, co ma niepożądane skutki w późniejszej eksploatacji dróg. Należy pamiętać, że czasami źle dobrany syntetyk może przynieść więcej strat dla konstrukcji niż pożytku.

Podstawowy podział

Termin „wyroby syntetyczne” obejmuje bardzo szeroką gamę produktów. Zaliczamy do nich wyroby specjalizowane do współpracy z gruntem i kruszywami, określane jako „geosyntetyki”, wyroby przeznaczone wyłącznie do montażu w warstwach bitumicznych nawierzchni (których nawet nazwy handlowe, niestety, często mają nie do końca poprawny w tym przypadku przedrostek „geo”) oraz wyroby specjalizowane do ściśle określonych celów (np. dla konkretnych zastosowań w budowlach hydrologicznych).

Jest to tylko prosty, najogólniejszy podział wyrobów syntetycznych. Dalej można by te produkty dzielić w zależności od materiałów użytych do ich produkcji, cech mechanicznych i fizycznych, celu przeznaczenia w konstrukcji budowlanej itp.

Jak więc widać, na rynku wyrobów syntetycznych przeznaczonych dla potrzeb drogownictwa panuje spore zamieszanie. W niniejszym artykule starano się nakreślić podstawowe zasady stosowania geosyntetyków płaskich, rozważając typowe sytuacje spotykane w polskim drogownictwie. Artykuł nie dotyczy wyrobów syntetycznych przestrzennych (takich jak geokraty czy geokomórki) ani zagadnień związanych z produktami stosowanymi w nawierzchniach asfaltowych – te tematy były już poruszane na łamach czasopisma „Drogi Gminne i Powiatowe”.

Rodzaje geosyntetyków

Projektant dysponuje dziś bardzo szerokim zakresem możliwych do wykorzystania wyrobów syntetycznych, których przeznaczenie jest diametralnie różne w zależności od wybranego produktu. Poniżej przedstawiono produkty najczęściej stosowane w konstrukcjach drogowych.

Należy pamiętać, że czasami źle dobrany syntetyk może przynieść więcej strat dla konstrukcji niż pożytku.

Włókniny – produkty płaskie o grubości nieprzekraczającej kilku milimetrów, które składają się z wiązek włókien o uporządkowanej lub przypadkowej orientacji, połączonych ze sobą metodą utwardzania (chemicznego, termicznego) lub mechanicznego łączenia (igłowanie, przeszywanie). Przeważnie produkowane są z włókien polimerycznych (polipropylenowych, poliestrowych). Należy pamiętać, że w żadnym przypadku geowłókniny nie można stosować w celu zbrojenia warstw gruntu! Włókniny stosowane są jako warstwy filtracyjne i separacyjne, mogą być też wykorzystywane przy budowie drenaży oraz stosowane jako otuliny, np. dla materacy z lekkiego kruszywa keramzytowego.

Tkaniny – produkty tkane, wytwarzane z dwóch układów przędzy lub włókien polimerowych, które krzyżują się pod kątem prostym. W porównaniu do geowłóknin, z którymi często są utożsamiane, charakteryzują się znacznie wyższą wytrzymałością na rozciąganie w obu kierunkach, przy jednoczesnej niskiej i równomiernej wydłużalności.

Siatki – najczęściej mają postać płaskiej kraty ze sztywnymi węzłami. Produkowane są z poliestru, polipropylenu oraz, coraz częściej, polietylenu o wysokiej gęstości (PEHD). Geosiatki, w zależności od oferty producenta, dostępne są jako jedno- lub dwukierunkowe, co oznacza, że są w stanie przenosić obciążenia użytkowe w obu lub tylko w jednym kierunku (przy dobieraniu produktów z oferty katalogowej należy na tę cechę zwracać szczególną uwagę). Niektórzy producenci oferują dodatkowe pokrycie siatek specjalistycznymi powłokami, zwiększając w ten sposób ich odporność na biodegradację i działanie różnego rodzaju czynników chemicznych. Geosiatki mogą być stosowane np. w celu wzmocnienia konstrukcji ziemnej czy stabilizacji nasypów lub jako warstwa separacyjna stabilizująca podbudowy drogowe z kruszyw łamanych (zatrzymanie ziaren na oczkach siatki).

Geokompozyty – najczęściej są to produkty stanowiące połączenie włókniny/tkaniny z siatką. Dzięki takiej budowie spełniają one funkcje zarówno siatki (zbrojenie, wzmocnienie, zaklinowanie ziaren kruszywa), jak i włókniny (separacja, filtracja). Na rynku dostępne są również kompozyty specjalistyczne – kompozyty drenażowe do stosowania poziomego i pionowego, geodreny pionowe itp.

Funkcje geosyntetyków

Geowyroby możemy podzielić również w zależności od funkcji, jaką mają spełniać w konstrukcji drogowej. Podział taki prezentuje tablica 1.

Separacja – zapobieganie mieszaniu się warstw różnych gruntów lub warstw gruntu (np. podłoża słabonośnego) z kruszywem użytym do podbudowy drogowej. W celu separacji warstw gruntów najczęściej stosowane są włókniny lub tkaniny (w zależności od rodzajów gruntu i obciążeń stałych oraz użytkowych). W celu odizolowania warstw gruntu (np. piasek w nasypie) od podbudowy stosowane mogą być geosiatki. Ziarna kruszywa ulegną zaklinowaniu w oczkach siatki, co jednocześnie zminimalizuje ryzyko „rozchodzenia się” kruszywa oraz jego „wpadania” w niższe warstwy gruntu. W przypadku konieczności zapewnienia obu opisanych funkcji warto zwrócić uwagę na geokompozyty, składające się z jednej warstwy włókniny/tkaniny połączonej z warstwą siatki