W inżynierii skalnej geosiatki stosowane do wzmacniania gruntu zyskują coraz większą uwagę społeczności inżynierów lądowych i są coraz szerzej stosowane.
Głównym celem geosiatek jest poprawa właściwości inżynieryjnych gleby oraz jej wzmocnienie i stabilizacja.
Wybór odpowiedniej geosiatki do danego projektu ma zasadnicze znaczenie dla zapewnienia długoterminowej trwałości i opłacalności. Wybierając odpowiednią geosiatkę do konkretnego zastosowania, należy wziąć pod uwagę kilka kluczowych czynników:
- Wymagania dotyczące projektu inżynieryjnego
- Wybór specyfikacji
- Wybór materiałów
- Wpływ procesu produkcyjnego
- Forma strukturalna
- Metoda badania wytrzymałości produktu
Wymagania projektowe dla gruntu wzmocnionego geosiatką
Pierwszym krokiem w wyborze odpowiedniej geosiatki jest jasne zdefiniowanie rodzaju projektu i jego zamierzonego zastosowania.
Geokraty są wykorzystywane w różnych projektach, w tym przy budowie dróg, wzmacnianiu nasypów, stabilizacji zboczy i budowie ścian oporowych.
Różne zastosowania mogą wymagać geosiatek o określonych cechach i właściwościach, aby spełnić wymagania projektu.
Geosiatki są ogólnie podzielone na geosiatki dwuosiowe i jednoosiowe, w zależności od struktury siatki.
Geosiatki jednoosiowe
Geosiatki jednoosiowe są najczęściej stosowanym rodzajem ścian oporowych i są zaprojektowane tak, aby wytrzymać duże naprężenia rozciągające w jednym kierunku, przy mniejszej wytrzymałości w kierunku poprzecznym.
Ze względu na swoją wytrzymałość i trwałość w stabilizacji gruntu, idealnie nadają się do wzmacniania ścian oporowych. Są one często stosowane tam, gdzie wysokość ściany jest znaczna, a przyłożone siły są głównie pionowe.
Geosiatki dwuosiowe
W zależności od projektu ściany i charakterystyki gruntu można również zastosować geosiatki dwuosiowe, które zapewniają wytrzymałość w dwóch kierunkach. Geokraty dwuosiowe mają taką samą wytrzymałość w kierunku wzdłużnym (maszynowym) i poprzecznym (poprzecznym).
Zapewniają one skuteczne wzmocnienie w dwóch prostopadłych kierunkach, rozkładając obciążenia bardziej równomiernie. Geosiatki dwuosiowe są często używane w zastosowaniach, w których warunki glebowe są trudne do przewidzenia i wymagane jest silniejsze wzmocnienie.
Wybór Specyfikacja geosiatki w Projektach ścian ziemnych wzmocnionych georusztem
Wytrzymałość na rozciąganie i moduł sprężystości
Geokraty powinny mieć wystarczającą wytrzymałość na rozciąganie, aby wytrzymać przyłożone siły i zapewnić skuteczne wzmocnienie. Jako kluczowy parametr geosiatek, wskazuje on, jak dobrze geosiatka może wytrzymać siły rozciągające.
Wytrzymałość na rozciąganie jest często określana jako ostateczna wytrzymałość na rozciąganie (UTS) i jest mierzona w jednostkach siły na jednostkę szerokości (np. kN/m lub lbs/ft).
Wytrzymałość na rozciąganie jest często klasyfikowana jako niska, średnia lub wysoka. Wymagania UTS zależą od oczekiwanych obciążeń, naprężeń, wysokości ściany i warunków glebowych.
Należy również wziąć pod uwagę moduł geosiatki, który wskazuje na jej sztywność i zdolność do skutecznego rozkładania obciążeń.
Rozmiar i kształt porów
Wielkość porów odnosi się do wielkości otworów między ścięgnami lub pasmami geosiatki. Jest on zwykle określany jako maksymalny rozmiar otworu lub nominalny rozmiar porów.
Rozmiar porów i kształt geosiatki są kluczowymi czynnikami wpływającymi na interakcję gleby, zagęszczanie i blokowanie kruszywa.
Geokraty z większymi porami są zwykle stosowane w przypadku gleb gruboziarnistych, podczas gdy te z mniejszymi porami lepiej nadają się do gleb drobnoziarnistych.
Kształt porów, kwadratowy, prostokątny lub trójkątny, również wpływa na wydajność geosiatki i jej interakcję z cząstkami gleby.
Należy wybrać geosiatki o odpowiednim rozmiarze i kształcie porów, aby uzyskać skuteczne blokowanie gruntu i zapobiec przedostawaniu się gruntu do struktury geosiatki.
Siła/wydajność stawów
Wydajność połączenia jest miarą zdolności geosiatki do przenoszenia sił rozciągających z jednego żebra lub pasma na drugie. Często odnosi się również do wytrzymałości połączenia w strukturze geosiatki.
Jest on wyrażony w procentach i reprezentuje wytrzymałość połączenia między przecinającymi się pasmami.
Wyższa wytrzymałość połączenia wskazuje na lepszą zdolność do przenoszenia obciążeń.
Wybierając geosiatkę, należy wziąć pod uwagę projekt i jakość produkcji, aby upewnić się, że wytrzymałość połączenia jest wystarczająca do spełnienia wymagań projektu.
Zazwyczaj minimalne wymagania dotyczące wydajności połączeń są określone w specyfikacjach projektu.
Długotrwała wytrzymałość
Trwałość geosiatki ma kluczowe znaczenie dla długowieczności projektu.
Należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak odporność na promieniowanie UV, narażenie chemiczne, biodegradację i warunki środowiskowe występujące w obszarze projektu.
Geokraty o zwiększonej trwałości i odporności na degradację mają kluczowe znaczenie, zwłaszcza w przypadku zastosowań długoterminowych.
Specyfikacje często zawierają wymagania dotyczące długoterminowej trwałości i odporności na uszkodzenia instalacyjne.
Kompatybilność naprężeń
Geokraty powinny wykazywać kompatybilność odkształceniową z otaczającym gruntem, aby zapobiec nadmiernemu odkształceniu i utrzymać stabilność.
Kompatybilność odkształceniowa odnosi się do zdolności geosiatki do odkształcania się i wydłużania wraz z gruntem bez doświadczania znaczących różnic w odkształceniach.
Ta właściwość zapewnia, że geosiatka i grunt współpracują ze sobą jako system kompozytowy.
Odpowiedni rozmiar rolki do instalacji
Geokraty są zazwyczaj dostarczane w rolkach, a ich rozmiar jest określony przez szerokość i długość rolki.
Rozmiar rolki powinien być odpowiedni do konkretnych wymagań projektu, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak wysokość ściany, układ zbrojenia i łatwość instalacji.
Różne geosiatki mogą mieć określone wymagania instalacyjne, w tym odległość nakładania się, głębokość wykopu kotwiącego i metodę łączenia.
Niektóre geosiatki mogą wymagać specjalistycznego sprzętu lub technik do prawidłowej instalacji.
Rozważania dotyczące kosztów
Koszt jest zawsze ważnym czynnikiem w każdym projekcie budowlanym.
Chociaż wybór geosiatki spełniającej wymagania projektu ma kluczowe znaczenie, należy wziąć pod uwagę ogólną opłacalność, w tym początkowy koszt zakupu, koszt instalacji i długoterminowe wydatki na konserwację.
Geokraty wyższej jakości mogą zapewnić lepszą długoterminową wartość poprzez zmniejszenie kosztów konserwacji i napraw.
Zgodność z normami i przepisami
Na koniec należy upewnić się, że wybrana geosiatka jest zgodna z odpowiednimi normami i przepisami branżowymi.
Różne regiony mogą mieć specyficzne wymagania dotyczące geosyntetyków stosowanych w budownictwie.
Zgodność zapewnia, że projekt spełnia standardy bezpieczeństwa i jakości.
Dobór materiałów geosiatkowych we wzmocnionych ścianach oporowych z gruntu
Surowcami do produkcji geosiatek są głównie polietylen o wysokiej gęstości (HDPE), polipropylen (PP), włókno szklane, poliester itp. Ogólnie rzecz biorąc, geosiatki jednokierunkowe są produkowane z polietylenu, a geosiatki dwukierunkowe z polipropylenu. Dzieje się tak głównie dlatego, że:
1. Struktura molekularna polietylenu o wysokiej gęstości jest liniowa, z kilkoma rozgałęzieniami i krystalicznością do 75%~90%. Ma doskonałą wytrzymałość mechaniczną, wysoką sztywność i wytrzymałość, wysoką wytrzymałość powierzchni i temperaturę użytkowania (80 ℃), dobrą odporność na rozpuszczalniki, kwasy, zasady i parę, a także dobrą stabilność wymiarową i odporność na pękanie naprężeniowe w środowisku. Jest bardzo odpowiedni do produkcji siatek jednokierunkowych. Jego wadą jest to, że wydłużenie po osiągnięciu wytrzymałości na rozciąganie jest duże, zwykle około 12%.
2. Kopolimer polipropylenu ma strukturę liniową z bocznymi grupami metylowymi. Ma lepszą wytrzymałość mechaniczną i udarność niż polietylen, wyższą sztywność i odporność na zginanie, wyższą odporność na wysokie temperatury i odporność na korozję chemiczną. Wadą jest kruchość w niskich temperaturach i łatwość starzenia. Musi być modyfikowany przez rozciąganie lub innymi metodami, dlatego jest szczególnie odpowiedni do dwukierunkowych geosiatek wytwarzanych przez dwukierunkowe rozciąganie.
3. Geosiatki z włókna szklanego są wykonane z tkanych lub zszywanych włókien szklanych pokrytych polimerem. Charakteryzują się one doskonałą wytrzymałością na rozciąganie, wysokim modułem sprężystości oraz odpornością na pełzanie i zmiany temperatury. Geokraty z włókna szklanego są chemicznie obojętne i bardzo trwałe, dzięki czemu nadają się do zastosowań, w których długoterminowa wydajność ma kluczowe znaczenie. Mogą być jednak droższe niż geokraty z tworzyw sztucznych.
4. Geosiatki poliestrowe są wykonane z wysokowytrzymałych przędz poliestrowych pokrytych polimerem ochronnym. Charakteryzują się one wysoką wytrzymałością na rozciąganie, niskim wydłużeniem i dobrą odpornością na czynniki środowiskowe, takie jak promieniowanie UV i ekspozycja chemiczna. Geosiatki poliestrowe są często stosowane w ścianach z gruntu stabilizowanego mechanicznie (MSE), gdzie wymagane jest wzmocnienie gruntu.
Wybór materiału geokraty dla konkretnego projektu ściany oporowej wzmocnionej geokratą zależy od takich czynników, jak wymagania projektu, oczekiwane obciążenia, warunki glebowe i budżet.
Wpływ technologii produkcji na wybór geosiatek
Geokraty można sklasyfikować zgodnie z technologią ich przetwarzania na integralnie rozciągnięte geokraty polimerowe, geokraty tkane z włókien o wysokiej wytrzymałości i geokraty spawane kompozytowe, z których dwie ostatnie to geokraty tkane.
Geosiatka wytwarzana przez integralne rozciąganie
Zazwyczaj jest on formowany poprzez podgrzanie wytłaczanego arkusza - precyzyjne wykrawanie - rozciąganie wzdłużne, a następnie rozciąganie poprzeczne.
Ten efekt rozciągania jest bardzo ważny. Zmienia on orientację cząsteczek polimeru i znacznie poprawia wydajność siatki:
1. Kierunkowe rozmieszczenie cząsteczek poprawia wytrzymałość materiału; jednocześnie kierunkowe cząsteczki sprawiają, że węzły mają lepszą integralność.
Różni się to od pseudo-siatek (takich jak spawane tkane i kompozytowe). Węzły pseudo-siatek są tkane lub spawane kompozytowo, o słabej integralności i słabej wydajności przenoszenia sił wzdłużnych i poprzecznych.
2. Moduł rozciągania został poprawiony, dzięki czemu siatka może wykazywać wysoką wytrzymałość na rozciąganie przy niskim odkształceniu.
3. Długoterminowe testy pełzania dowiodły, że tendencja siatek polimerowych poddanych działaniu rozciągania jest znacznie zmniejszona pod długotrwałym ciągłym obciążeniem, co gwarantuje niezawodność wzmocnienia.
4. Rozciąganie jest obróbką modyfikującą siatki polipropylenowe, która poprawia wiele właściwości, takich jak znaczne zmniejszenie wad kruchości w niskich temperaturach i łatwego starzenia się oraz poprawa trwałości użytkowania.
Geosiatka produkowana przez tkanie
Jest ona tkana z wysokowytrzymałych taśm z materiałów syntetycznych, znanych również jako wysokowytrzymałe geosiatki z włókien.
Wykonany jest z włókna poliestrowego lub szklanego o wysokiej wytrzymałości i niskim wydłużeniu. Po wpleceniu w siatkę na maszynie dziewiarskiej, jest impregnowany polichlorkiem winylu (PVC) zgodnie z wymaganiami procesu.
Żebra tej siatki mają wysoką wytrzymałość na rozciąganie, jej pseudo-węzły mają słabą integralność, wytrzymałość węzła jest bardzo niska, wydajność przenoszenia siły wzdłużnej i bocznej jest bardzo słaba, a odporność na wyrywanie w glebie jest pierwotnie niższa niż jej wytrzymałość. Jako materiał wzmacniający, jego wytrzymałość nie jest w pełni wykorzystywana.
Geosiatka zgrzewana kompozytowa
Jest to pseudo-siatka, która jest wytwarzana przez tkanie wielu pasków polipropylenowych lub stalowo-plastikowych pasków kompozytowych i spawanie węzłów.
Wytrzymałość pojedynczego wzmocnienia jest stosunkowo wysoka. Ponieważ węzły są tworzone przez nakładanie się w kierunku osnowy i wątku, ogólna wytrzymałość zależy od wytrzymałości spawania węzłów.
Wytrzymałość na ścinanie, wytrzymałość na rozerwanie i wytrzymałość na rozerwanie tego węzła są stosunkowo niskie. Integralność jest słaba, wytrzymałość jest niska, wydajność węzła w przenoszeniu sił wzdłużnych i poprzecznych nie jest dobra, a stabilność wymiarowa i ogólna wydajność są stosunkowo słabe.
Podsumowanie procesu produkcji geosiatki
Metoda badania wytrzymałości węzłów zaproponowana przez Drexel University w Stanach Zjednoczonych oraz wyniki ogólnego rozciągania geosiatki i pseudo geosiatki testowanej za jej pomocą (wytrzymałość węzła jest wyrażona jako procent wytrzymałości pojedynczego żebra) są przedstawione w poniższej tabeli:
| Typ | Wytrzymałość węzła/wytrzymałość pojedynczego żebra |
| Integralnie rozciągnięta dwukierunkowa geosiatka | 90% – 100% |
| Integralnie rozciągnięta dwukierunkowa geosiatka | <10% |
| Węzły są skompilowanymi pseudo dwukierunkowymi siatkami | 3% – 13% |
Geosiatki z dobrą technologią produkcji mają jednolity wygląd, gładkie powierzchnie i wyraźny połysk sadzy.
Geosiatki o słabej technologii produkcji mają szorstkie powierzchnie.
Chociaż chropowatość powierzchni i inne wzory mogą nieco zwiększyć tarcie, nie mogą one poprawić ogólnej wydajności zbrojenia siatki, ponieważ tarcie stanowi tylko niewielką część jej wydajności zbrojenia, a główną wydajnością zbrojenia jest siła blokująca i efekt osadzania między siatką a wypełniaczem.
Oprócz wskazania, że technologia przetwarzania siatki o chropowatej powierzchni jest stosunkowo niska, ślady wzoru powierzchni i nacięcia koncentrują naprężenia, gdy są poddawane siłom zewnętrznym, co osłabia jej wytrzymałość na rozciąganie i wpływa na trwałość.
Ponadto nie jest opłacalne określanie długości kotwicy na podstawie tarcia.
Dobór strukturalny geosiatek w inżynierii gruntu zbrojonego
Wpływ formy strukturalnej na wydajność geosiatki przejawia się głównie w dwóch aspektach: formie węzła i składzie podłoża.
Ogólna geosiatka polimerowa jest wykonana z jednego materiału, nie wymaga obciążenia, węzeł jest integralny, wytrzymałość pojedynczego żebra i wytrzymałość węzła są dobrze dopasowane, a ogólna wytrzymałość jest wysoka.
Węzły tkanych geosiatek są pseudo-węzłami, a splecione taśmy osnowy i wątku w węzłach są połączone tylko impregnowanym polichlorkiem winylu (PVC), o niskiej wytrzymałości i słabej wydajności przenoszenia siły.
Rozmiar oczek spawanych geosiatek kompozytowych wynosi około 100 mm. Rozmiar oczek tej siatki jest zbyt duży, co zmniejsza sztywność zginania żeber, ułatwia ich zginanie i odkształcanie oraz zmniejsza siłę zgryzu. Siatka ta jest wykonana z dwóch materiałów poprzez łączenie, węzły są również pseudo-węzłami, wytrzymałość węzłów jest niska, a wydajność przenoszenia siły jest słaba.
Kompozytowe taśmy stalowo-plastikowe mogą ulec uszkodzeniu w procesie transportu, budowy i użytkowania, pęknięć i zerwania, a wilgoć i wilgoć wokół nich spowodują korozję sztywnego wzmocnienia, zmniejszając efektywny przekrój i zmniejszając odporność i żywotność.
Wpływ metod testowania wytrzymałości produktów
Wytrzymałość wskazana przez powyższą geosiatkę jest mierzona za pomocą próby rozciągania. Dlatego też metoda próby rozciągania materiału i znaczenie danych testowych powinny być jednym z czynników, na które należy zwrócić szczególną uwagę podczas projektowania.
Wzmocnienie geosiatki z integralną wytrzymałością na rozciąganie uzyskuje się poprzez mechaniczne zazębienie i zazębienie z cząstkami gleby.
Na tej podstawie standard GRI-GGI Instytutu Badań Geosyntetycznych w Stanach Zjednoczonych stanowi:
Pomiar danych z próby rozciągania musi być zgodny z zależnością przenoszenia siły wywieranej na siatkę w glebie.
Wskazuje się również, że uzyskanie podłużnej siły rozciągającej jest nierozerwalnie związane z prostopadłym przenoszeniem zbrojenia poprzecznego, to znaczy podłużna siła rozciągająca geosiatki w gruncie jest przenoszona na zbrojenie podłużne poprzez mechaniczne zazębienie ze zbrojeniem poprzecznym.
Dlatego w próbie rozciągania wzdłużna siła rozciągająca jest mierzona poprzez zaciśnięcie zbrojenia poprzecznego i rozciągnięcie go w kierunku wzdłużnym.
Ponieważ żebra podłużne i poprzeczne zintegrowanej geosiatki są całe, wytrzymałość na rozciąganie można oczywiście zmierzyć również poprzez bezpośrednie zaciśnięcie zbrojenia podłużnego i jego rozciągnięcie. Wyniki uzyskane w obu przypadkach są spójne bez zniekształceń.
Pozostałe dwa typy pseudo-siatek są uszkodzone z powodu niskiej wytrzymałości węzłów. Elementy wzdłużne i poprzeczne tworzące siatkę nie stanowią całości. Gdy siła zgryzu żeber poprzecznych jest przenoszona na węzeł, ulega on uszkodzeniu z powodu niskiej wytrzymałości węzła, powodując poślizg zbrojenia podłużnego i uszkodzenie zbrojenia.
Z tego powodu, podczas pomiaru wytrzymałości na rozciąganie, zacisk może być zaciśnięty tylko na zbrojeniu wzdłużnym. Mierzona jest wytrzymałość zbrojenia podłużnego, a nie ogólna wytrzymałość siatki. Wykorzystanie wytrzymałości zbrojenia podłużnego do reprezentowania ogólnej wytrzymałości jest zniekształcone.
Jest to również ważny powód, dla którego pseudo-siatka ma wysoką oznaczoną wytrzymałość, ale niską rzeczywistą wytrzymałość, a także jest fatalną słabością jako materiał wzmacniający. Przy wyborze tego typu geosiatki do budowy wzmocnionych ścian oporowych należy zwrócić szczególną uwagę!
Wreszcie
Podsumowując, wybór odpowiedniej geosiatki do projektów wzmocnionego gruntu jest krytyczną decyzją, która jest niezbędna do zapewnienia stabilności, długoterminowej wydajności i opłacalności ścian oporowych.
Niezbędne jest skonsultowanie się z inżynierem geotechnikiem, przejrzenie specyfikacji projektu i rozważenie warunków glebowych, oczekiwanych obciążeń, specyfikacji siatki, materiałów, procesów produkcyjnych, metod testowych, struktury itp. w celu podjęcia świadomej decyzji dotyczącej rodzaju i materiału geosiatki, która ma być użyta.
QIVOC jest doświadczonym producentem i dostawcą geosiatek. Nasze wieloletnie doświadczenie w zakresie produktów i projektów może być bardzo pomocne w wyborze odpowiedniej geosiatki. Jeśli masz jakiekolwiek potrzeby, skontaktuj się z nami.
Rozszerzenia
2024 Najlepszy przewodnik po ścianach oporowych z geosiatki
Geosyntetyki w budowie dróg: Rodzaje, korzyści, zastosowania
