Os geossintéticos são produtos sintéticos utilizados na engenharia geotécnica e tornaram-se parte integrante do solo reforçado e da estabilização. Estes materiais melhoram as propriedades mecânicas do solo, tornando-os adequados para uma vasta gama de aplicações de engenharia civil.
Neste artigo, a QIVOC abordará os tipos, mecanismos, aplicações e vantagens dos geossintéticos na estabilização de solos.
O que são geossintéticos
Os geossintéticos são vários tipos de produtos fabricados a partir de polímeros sintéticos, como plásticos, fibras, borracha, etc., que são normalmente colocados no interior do corpo do solo, à superfície do corpo do solo ou entre camadas do corpo do solo para desempenhar o papel de reforço ou proteção do corpo do solo. Atualmente, a aplicação de geossintéticos penetrou em quase todos os domínios da engenharia de conservação da água e da engenharia civil, especialmente na engenharia geotécnica, sendo extremamente utilizada.
Os geossintéticos podem ser utilizados em todos os aspectos do projeto real e, em geral, podem ser divididos em sete aspectos do papel, respetivamente, para a função de filtração, drenagem, isolamento, reforço, controlo de infiltrações, proteção e redução de cargas.
Entre eles, o papel do reforço está principalmente no solo misturado ou na colocação de materiais de reforço adequados, principalmente geogrelhaA formação de solo reforçado, para melhorar e melhorar a resistência do solo, a estabilidade e a deformação do desempenho. As estruturas típicas de solo reforçado incluem muros de contenção reforçados, taludes de solo reforçado, fundações de solo reforçado, aterros de solo reforçado, pilares de pontes de solo reforçado, etc.
O desenvolvimento dos geossintéticos está intimamente ligado ao desenvolvimento de materiais sintéticos, tais como resinas sintéticas (plásticos), fibras sintéticas, borrachas sintéticas, etc. Antes do desenvolvimento dos polímeros artificiais, embora existissem resinas naturais e produtos plásticos, devido à sua pequena produção e ao seu elevado custo, o âmbito de aplicação era limitado. Com o desenvolvimento dos polímeros artificiais, os custos dos plásticos sintéticos, das fibras sintéticas e da borracha sintética estão a baixar cada vez mais e são simples de produzir, com grande aplicabilidade, pelo que em breve serão amplamente utilizados na engenharia.
Tipos de geossintéticos
Os geossintéticos incluem uma variedade de produtos, cada um dos quais desempenha um papel específico no reforço e estabilização do solo:
Geotêxteis:
Geotêxtil tecido
Características:
Estrutura: feita de fibras sintéticas (como o polipropileno ou o poliéster) através do processo de tecelagem, apresentando normalmente uma estrutura de grelha regular.
Elevada resistência: devido à estrutura firmemente tecida, os geotêxteis tecidos têm uma elevada resistência à tração e ao rasgamento.
Baixo alongamento: os geotêxteis tecidos têm baixo alongamento e baixa deformação para manter melhor a estabilidade estrutural.
Durabilidade: boa resistência a produtos químicos, raios UV e microorganismos, longa vida útil.
Aplicações:
Reforço: para o reforço de estruturas de solo, por exemplo, para declives acentuados, aterros e fundações de estradas.
Separação: Impede a mistura de solos ou materiais com diferentes tamanhos de partículas, sendo frequentemente utilizada para separar camadas de fundação de estradas e caminhos-de-ferro.
Filtração: utilizada para filtrar as partículas do solo e permitir a passagem da água, normalmente utilizada em sistemas de drenagem e obras subterrâneas.
Geotêxtil não tecido
Características:
Estrutura: feita de fibras sintéticas através de processos não tecidos, como a ligação térmica, o agulhamento ou a ligação química, apresentando normalmente uma estrutura de fibras aleatória.
Boa permeabilidade à água: o geotêxtil não tecido tem uma elevada porosidade, boa permeabilidade à água e uma drenagem eficaz.
Boa flexibilidade: melhor flexibilidade, pode adaptar-se melhor a assentamentos irregulares e mudanças de terreno.
Custo mais baixo: o processo de produção é relativamente simples, de custo mais baixo e adequado para utilização em grandes áreas.
Aplicações:
Filtração: para filtração e drenagem, por exemplo, em aterros, túneis e sistemas de drenagem subterrânea.
Proteção: para evitar a erosão do solo, por exemplo, proteção das margens dos rios, proteção costeira e proteção de taludes de reservatórios.
Segregação: Utilizada para segregar diferentes tipos de solo e materiais e evitar que se misturem, por exemplo, em obras de fundação de estradas e caminhos-de-ferro.
Drenagem: utilizado em sistemas de drenagem como parte da camada de drenagem para melhorar a eficiência da drenagem.
Geogrelha:
As geogrelhas são geralmente fabricadas com polímeros (por exemplo, polipropileno, poliéster ou polietileno) através de processos especiais de tecelagem, soldadura ou moldagem numa estrutura de malha. Devido à sua elevada resistência, baixo alongamento e boa durabilidade no reforço da base do solo e na engenharia de muros de contenção, a geogrelha é amplamente utilizada.
Geogrelha no reforço e estabilização do solo da estrutura principal da malha, como a grelha uniaxial para orifícios rectangulares ou quadrados regulares e a grelha biaxial para orifícios quadrados.
As suas principais utilizações no reforço de fundações do solo e em muros de contenção reforçados são as seguintes
Estabilização do reforço das fundações do solo:
Melhorar a capacidade de suporte da fundação, reduzir o assentamento da fundação e aumentar a estabilidade da fundação. A colocação de geogrelhas em fundações de solo mole pode dispersar a carga e evitar a deslocação lateral do solo da fundação. Os exemplos incluem o reforço das fundações de estradas, pistas de aterragem de aeroportos e leitos de caminhos-de-ferro.
Muros de contenção reforçados:
Aumenta a estabilidade do aterro, evita o deslizamento ou a deformação do aterro e reduz a pressão da terra. A colocação da geogrelha na camada de enchimento, através da fricção entre a geogrelha e o solo de enchimento, forma uma estrutura de solo reforçada, o que melhora significativamente a estabilidade antiderrapante do muro de contenção. Por exemplo, os muros de contenção de auto-estradas e caminhos-de-ferro e o reforço de encostas elevadas.
Geonets:
As geonets são utilizadas principalmente em sistemas de drenagem para remover rapidamente a água do solo e evitar a saturação excessiva do solo, melhorando assim a estabilidade e a capacidade de suporte do corpo do solo. Além disso, fornecem reforço mecânico para melhorar a resistência ao cisalhamento e a estabilidade geral do corpo do solo. Por exemplo, leitos de estradas, túneis, aterros e drenagem de aterros, proteção de taludes, reforço de muros de contenção e reforço de bases de solos moles.
Geomembranas:
As geomembranas são utilizadas principalmente em áreas como a impermeabilização e a proteção.
Impermeabilização: As geomembranas são colocadas no fundo, no interior e no exterior de aterros, reservatórios e barragens, canais e túneis para proporcionar uma proteção limitada contra a fuga de lixiviados para o solo circundante e para o sistema de águas subterrâneas.
Proteção: As geomembranas colocadas no fundo dos locais de eliminação de resíduos industriais e das bacias de rejeitos de minas, na base dos tanques de petróleo, dos tanques de armazenamento de produtos químicos e de outras instalações de armazenamento de líquidos podem impedir eficazmente a infiltração de substâncias nocivas nas águas subterrâneas, isolar os poluentes e proteger o ambiente.
Revestimento geossintético de argila (GCL):
O revestimento de argila geossintética (GCL) é um material composto feito da combinação de bentonite de sódio natural e geossintéticos, que é amplamente utilizado em projectos de proteção ambiental. Tem excelentes propriedades de impermeabilidade, pode efetivamente proteger os recursos hídricos subterrâneos, impedir a propagação da poluição e garantir a segurança das instalações de armazenamento. É comummente utilizado em aterros sanitários, armazenamento de rejeitos, instalações de tratamento de esgotos e outras ocasiões.
Geocélula:
Uma geocélula é um material geossintético tridimensional em forma de favo de mel, geralmente feito de polietileno de alta densidade (HDPE) ou outros materiais poliméricos. As geocélulas formam uma estrutura em forma de favo de mel ao expandir-se, e cada célula pode ser preenchida com solo, areia, cascalho, betão e outros materiais, que são utilizados na estabilização do solo, proteção de taludes, reforço de fundações, reforço de muros de contenção, reforço de estradas e outros projectos.
Princípio da estabilização do solo por geossintéticos
Os geossintéticos em aplicações de engenharia são principalmente sete, respetivamente, sobre o papel de filtração, drenagem, isolamento, reforço, controlo de infiltrações, proteção e redução de cargas, dos quais o papel de reforço é mais amplamente utilizado.
A tecnologia de solo reforçado é um método de estabilização do solo que visa melhorar o desempenho de todo o sistema geotécnico através da colocação de materiais reforçados no solo.
O solo arenoso na ação do peso próprio ou da carga externa é propenso a deformações graves ou ao colapso, mas se o solo ao longo da direção da tensão for enterrado num material geossintético flexível, devido à fricção entre o solo e o material de reforço, o solo reforçado será como se tivesse um certo grau de coesão, melhorando assim as propriedades mecânicas do solo, que é o mecanismo do papel do solo reforçado.
Existem muitas teorias sobre o mecanismo de reforço, tais como o princípio do reforço por fricção (teoria das âncoras), o princípio da quase-adesão, materiais homogéneos e outros, a teoria laminar elástico-plástica, a teoria da película elástica, a teoria da resistência passiva, bem como a consideração do anel de tensão lateral e a teoria do anel de ancoragem do papel das âncoras de anel e assim por diante. Atualmente, é comum utilizar o princípio do reforço por fricção e o princípio da coesão quase-viscosa para a interpretação.
Princípio do reforço por fricção:
O solo reforçado é considerado como um sistema de ancoragem, o corpo do solo ancorado e os geossintéticos estão intimamente ligados, quando o corpo do solo deslizante desliza para baixo ou tem tendência para deslizar para baixo, será gerado atrito entre o corpo do solo e o material reforçado, limitando a deformação lateral do solo, que é equivalente ao lado do corpo do solo na força de ligação, melhorando a capacidade de suporte do corpo do solo, e para atingir o objetivo de reforço. Desde que o material reforçado tenha resistência suficiente e gere uma força de fricção suficiente com o solo, o corpo do solo reforçado pode manter-se estável.
O princípio do reforço por fricção da tecnologia de solo reforçado aplicado em muros de contenção é apresentado na Fig. De acordo com a teoria de Rankin, ao longo da superfície de rutura ativa BC, o muro divide-se em zona ativa e zona de estabilização, e o impulso horizontal gerado pelo peso próprio do prisma de solo deslizante ABC forma uma força de tração em cada camada do reforço, que se destina a puxar o reforço para fora do solo, enquanto a resistência por fricção do solo na zona de estabilização e a banda de reforço impedem que o reforço seja puxado para fora. Se a resistência ao atrito de cada camada de reforço e do solo puder resistir ao impulso do solo correspondente, o muro não terá uma superfície de deslizamento BC e a estabilidade interna do solo reforçado será garantida. Em termos simples, baseia-se na fricção entre o solo e o material reforçado para manter a estabilidade do talude e do solo. As propriedades de tração do material de reforço são mais bem utilizadas, e o peso próprio do corpo do solo também é bem utilizado para aumentar o atrito.
Princípio da quase coesão
Princípio da coesão quase-viscosa, também conhecido como teoria do material compósito, ou seja, o solo reforçado como um material compósito anisotrópico, que após a adição de geossintéticos ao solo, o corpo do solo compósito reforçado do ângulo de atrito interno permanece inalterado e produz uma nova força coesiva, conhecida como "coesão quase-viscosa" ou "como coesão viscosa". Assim, a ação conjunta entre o material reforçado e o aterro da estrada é proporcionada pela força de cisalhamento do aterro, a força de atrito entre o solo e o material reforçado e a força de tração do material reforçado, o que torna o solo reforçado mais forte e mais estável.
A teoria acima referida é verificada experimentalmente através de ensaios de comparação triaxial de amostras de solos reforçados e não reforçados. De acordo com a teoria de Coulomb e a análise do critério de dano de Moore, como se mostra na figura, comparando as condições de equilíbrio limite dos solos arenosos antes e depois do reforço, os solos arenosos reforçados têm um incremento de resistência adicional causado por C' do que os solos arenosos não reforçados, que é a "coesão quase viscosa" na teoria da resistência. O aumento da quase-coesão é um aumento da resistência composta do solo e do corpo composto do material reforçado, o que favorece a estabilidade do corpo composto do solo.
A comparação exaustiva dos dois princípios permite concluir que o princípio do reforço por fricção e o princípio da coesão quase-viscosa das duas teorias são, através do reforço das amostras de solo, o aumento da força de restrição lateral, melhorando assim a resistência ao cisalhamento e a resistência à compressão do solo.
Geossintéticos na estabilização de solos
A tecnologia de estabilização do solo é amplamente utilizada na engenharia atual, e as estruturas típicas de solo reforçado incluem muros de contenção de solo reforçado, taludes de solo reforçado, fundações de solo reforçado, reforço de solo macio, aterros de solo reforçado, enchimento de solo reforçado atrás de pilares de pontes, pilares de pontes de solo reforçado, aterros reforçados com estacas em fundações macias, bem como estacas de entulho de solo reforçado, taludes de solo fibroso, camadas de base reforçadas, leitos de estrada reforçados, etc. Entre eles, a aplicação mais comum e a investigação mais perfeita atualmente são os muros de contenção de solo reforçado, os taludes de solo reforçado e as fundações de solo reforçado.
Muros de contenção reforçados
Os muros de contenção de solo reforçado são uma das primeiras e mais numerosas formas de aplicação de materiais reforçados na engenharia. É largamente utilizado no domínio da engenharia rodoviária, da engenharia de aterros e de grandes inclinações aeroportuárias, devido às suas boas características mecânicas e de deformação, à sua construção conveniente e eficiente e ao seu aspeto exterior.
Um muro de contenção de solo reforçado é um tipo de estrutura de suporte composta por fundação do muro, superfície do muro (placa), material geossintético e solo preenchido atrás do muro. A forma de esquema é mostrada na Fig.
A sua estrutura é simples e fácil de construir, o painel pode ser vazado no local, ou montado a partir de chapa de aço ou de chapa pré-fabricada de betão armado.
Reforço com fortes propriedades de tração da composição do material, o painel está ligado ao reforço, gama reforçada pela compactação de enchimento de enchimento, através do enchimento e materiais reforçados gerados entre o atrito para alterar as propriedades mecânicas originais do enchimento, de modo que a capacidade de suporte de enchimento foi muito melhorada.
O cálculo da estabilidade dos muros de contenção de solo reforçado adopta o método do equilíbrio limite. O cálculo da estabilidade externa é consistente com o muro de contenção por gravidade, e a pressão do solo na parte de trás do muro é calculada de acordo com a teoria da pressão do solo de Rankin. O cálculo da estabilidade interna inclui a resistência do material de reforço e o cálculo da resistência à estabilidade de arrancamento. A disposição do material de reforço deve cumprir os requisitos de resistência à tração do material e o comprimento deve cumprir o cálculo da resistência ao arrancamento, tendo em conta os requisitos estruturais.
Taludes de terra armada
Os taludes de solo reforçado podem ser reforçados de duas formas: uma é o reforço de taludes naturais e a outra é a estabilização e o reforço de taludes artificiais formados por enchimento de terra. No primeiro caso, são geralmente utilizados pregos de ancoragem para fixar os geossintéticos no talude para reforço, exigindo que o material reforçado tenha uma elevada resistência e módulo. No segundo caso, os geossintéticos podem ser colocados no solo em camadas à medida que o enchimento aumenta, para obter o efeito de reforço em camadas e compactação em camadas, utilizando geralmente geotêxteis ou geogrelhas. A forma de um talude íngreme de solo reforçado é apresentada na figura acima.
O método de conceção de um talude de solo reforçado é o método de equilíbrio limite, que determina a dimensão e a disposição do material reforçado e da estrutura do talude através do cálculo da estabilidade interna e da estabilidade externa.
Geogrelha uniaxial utilizada em um projeto de proteção de taludes e ecologização Caso
Fundação de terra armada
A prática da fundação de terra reforçada consiste em escavar a camada de solo fraco dentro de um determinado intervalo sob a fundação e, em seguida, colocar geossintéticos e areia e cascalho como camada de cama, camada por camada, para servir como camada de suporte da fundação. A fundação reforçada tem as vantagens de melhorar a capacidade de suporte da fundação, reduzir o assentamento da fundação e controlar o assentamento irregular. O material de reforço da fundação reforçada é geralmente geotêxtil, geogrelha, geocélula ou geobelt.
Vantagens do solo reforçado com geossintéticos
A tecnologia de solo reforçado é fundamentalmente uma tecnologia para melhorar o corpo do solo, em comparação com a estrutura de suporte tradicional do tipo gravidade, tem as seguintes características
1) tecnologia simples, construção conveniente: não há necessidade de equipamento de construção especializado, e a compactação de aterro camada a camada do corpo reforçado para formar uma estrutura flexível, a carga causada pela deformação da fundação nas encostas íngremes reforçadas tem pouco impacto.
2) Materiais locais, poupança de terreno: o material de enchimento é um solo arenoso geral, proveniente de uma vasta gama de fontes, os materiais de reforço também podem ser retirados nas proximidades, reduzindo os custos de transporte, a estrutura pode ser montada na vertical ou em declives acentuados para reduzir a área do projeto.
3) Período de construção curto, baixo custo, benefícios óbvios: em comparação com o muro de contenção por gravidade tradicional, a redução de custos é geralmente 10%~50%.
4) Boa integralidade: através do desempenho de ligação do material de reforço, pode manter a partilha de força entre o corpo do solo, e a adaptabilidade à deformação é melhor.
5) Estrutura inovadora e modelagem bonita: após a construção, o projeto pode ser integrado na natureza através da ecologização da encosta.
Resumir.
Ao discutir os tipos, mecanismos, aplicações e vantagens dos geossintéticos no reforço do solo. Creio que compreenderá melhor que a utilização de geossintéticos desempenha um papel vital no reforço do solo e na melhoria das propriedades de estabilidade do solo, trazendo benefícios significativos para a engenharia civil.
QIVOC tem muitos anos de experiência na produção e desenvolvimento de geossintéticos. A QIVOC tem muitos anos de experiência na produção e desenvolvimento de geossintéticos para reforço de solos e aplicações em muros. Se precisar de geossintéticos para construir solo reforçado ou muros de contenção, não hesite em contactar-nos. Nós forneceremos suporte técnico profissional e geossintéticos de alta qualidade.
FAQ
Como escolher os geossintéticos correctos? Quais são os critérios de seleção específicos?
A seleção dos geossintéticos adequados requer uma análise exaustiva das necessidades específicas do projeto, das condições ambientais, do desempenho do material, da facilidade de construção e da economia, entre outros factores.
1. O que se pretende com o projeto: impermeabilização, reforço, drenagem, proteção.
2. Condições ambientais: tipo de solo, alterações climáticas, alterações das águas subterrâneas e da precipitação.
3. Propriedades do material: fortes propriedades mecânicas, permeabilidade à água, durabilidade.
4. Conveniência de construção: fácil de instalar, armazenar e transportar.
5. Economia: preço dos geossintéticos, custos de manutenção posteriores.
Os critérios de seleção específicos devem basear-se nas características dos geossintéticos. Por exemplo, o geotêxtil utilizado para drenagem e filtração deve ser escolhido como geotêxtil não tecido. De acordo com os requisitos de controlo de infiltração, escolha uma espessura de geomembrana de 0,5 mm a 3,0 mm e assim por diante.
Em seguida, consulte as normas ISO, ASTM e outras normas internacionais relativas aos requisitos de ensaio e desempenho dos geossintéticos para escolher os materiais que satisfazem os requisitos do projeto.
Qual o desempenho dos geossintéticos em condições climatéricas extremas?
Os geossintéticos têm um bom desempenho em condições climáticas extremas, incluindo os três ambientes seguintes.
Ambiente de alta temperatura
Num ambiente de alta temperatura, o desempenho dos geossintéticos basicamente não muda, a sua condutividade térmica, a estabilidade da resistência e outros indicadores de desempenho mudam muito pouco.
Ambiente húmido
As propriedades de proteção e a resistência à água dos geossintéticos permanecem basicamente inalteradas em ambientes húmidos.
Ambiente frio
Em ambientes frios, a resistência ao frio, a plasticidade e a resistência ao gelo-degelo dos geossintéticos permanecem inalteradas.
Qual é a vida útil destes materiais? Que tipo de manutenção ou substituição é necessária?
Os diferentes geossintéticos têm vidas úteis diferentes. Por exemplo, os geotêxteis têm uma vida útil entre 20 e 50 anos. As geomembranas têm uma vida útil de 30 a 70 anos.
Após a conclusão da construção, os geossintéticos têm de ser regularmente inspeccionados, limpos, reparados, reforçados e objeto de outras operações de manutenção. No caso dos geossintéticos danificados ou envelhecidos, devem ser substituídos ou reparados atempadamente.
Como garantir um bom contacto e fricção entre os geossintéticos e o solo durante a construção?
Durante o processo de construção, é necessário assegurar um bom contacto e fricção entre os geossintéticos e o solo, principalmente através dos seguintes aspectos
1. A área de construção é limpa e nivelada, e a área de construção é devidamente compactada, especialmente no caso de solos soltos ou moles.
2. Os geossintéticos são colocados em secções para garantir que não haja rugas ou problemas de saliência. A largura da volta é suficientemente grande e fixada com pregos, sacos de areia e outros objectos pesados para evitar que o material se desloque.
3. Preencher o solo camada por camada e efetuar a operação de compactação.
4. Providenciar pessoal profissional para monitorizar a colocação e fixação dos geossintéticos em tempo real durante o processo de construção, para encontrar e corrigir os problemas a tempo. Efetuar testes de amostragem em qualquer altura.
Qual é o custo global da utilização de geossintéticos? Quais são as poupanças em comparação com os métodos tradicionais?
O custo global da utilização de geossintéticos é muito mais baixo, como é o caso das geomembranas. Uma vez que a geomembrana é um material laminado, tem as vantagens de ser fácil de transportar, de ser de construção simples, de ter um período de construção curto e de ser de baixo custo. Por conseguinte, em comparação com a estrutura impermeável de betão armado tradicional, a carroçaria pode poupar 30% a 50% do orçamento de custos.
Qual é o impacto ambiental dos geossintéticos?
A utilização de geossintéticos tem um efeito positivo no ambiente. Por exemplo, em projectos ambientais, como aterros sanitáriosOs geossintéticos podem desempenhar um papel na prevenção da corrosão e da infiltração, protegendo a segurança e a saúde do ambiente circundante.
Que tipo de apoio técnico e de formação é prestado pela QIVOC?
A QIVOC fornece apoio técnico, como instruções de instalação de geossintéticos, testes de especificações, soluções para necessidades e recomendações de produtos. A formação centra-se na divisão e sobreposição de geossintéticos.
Para mais informações contactar-nos info@qivoc.com
Os geossintéticos são compatíveis com outros materiais de construção (por exemplo, betão, aço, etc.)?
Os geossintéticos são compatíveis com outros materiais de construção (por exemplo, betão, aço, etc.). Por exemplo, o cimento pode ser utilizado como material de enchimento em geocélulas.
