Zadanie projektowe nr 2:
Przyjęcie warstwy odcinającej (filtracyjnej)
z geosyntetyku
Prowadzący:
mgr inż. Dawid Ryś
mgr inż. Mariusz Jaczewski
Zadanie projektowe nr 2:
Przyjęcie warstwy odcinającej (filtracyjnej)
z geosyntetyku
Prowadzący:
mgr inż. Dawid Ryś
mgr inż. Mariusz Jaczewski
Warstwę odcinającą należy zastosować gdy istnieje ryzyko:
o
Przenikania drobnych cząstek gruntu podłoża do wyżej leżącej
warstwy.
o
Mieszania się materiału niezwiązanego warstwy górnej z
drobnym podłożem.
o
Zamulania warstwy odsączającej drobnymi cząstkami gruntu
podłoża.
Technologie wykonania warstwy odcinającej:
o
Warstwa odcinająca z odpowiednio uziarnionego drobnego
kruszywa (piasku) – rozwiązanie obecnie rzadko stosowane
o
Warstwa odcinająca z geotekstyliów – geowłókninia, geotkanina
– rozwiązanie najbardziej popularne
Sprawdzenie warunku szczelności:
D
15
/d
85
< 5
gdzie:
D
15
– średnica oczka sita, przez które przechodzi 15%
warstwy górnej
d
85
– średnica oczka sita, przez które przechodzi 85%
warstwy dolnej
Warstwa z kruszywa
Warstwa odcinająca z piasku
Podłoże
Tu sprawdzamy
warunek szczelności
D
15
d
85
D
15
d
85
Obecnie warstwę odcinającą (filtracyjną) wykonuje się w
większości przypadków z geotekstyliów.
Główne przyczyny - zalety stosowania geotekstyliów w
omawianej sytuacji - to:
Spełnienie wymaganej funkcji przy znacznych oszczędnościach w
kosztach.
Jednorodnośd parametrów (produkcja w fabryce).
Łatwośd układania geotekstyliów.
Warstwa odcinająca (filtr) z geotekstyliów, podobnie jak w
przypadku drobnego kruszywa, wymaga zaprojektowania –
sprawdzenia, czy spełnione są wymagane warunki.
Geotekstylia są w pewnym sensie podobne do gruntów –
zawierają pory (wolne przestrzenie) i fazę stałą – włókna.
W geotekstyliach wielkośd porów bada się bezpośrednio, a
nie ustala na podstawie wymiarów części stałych (szkieletu),
jak to ma miejsce w gruntach.
Zaprojektowanie filtra z geotekstyliów polega na ustaleniu
wymaganej wielkości jego porów z uwzględnieniem
uziarnienia gruntu.
W projektowaniu uwzględnia się trzy warunki:
1. WARUNEK RETENCJI.
Jeżeli wielkośd największych porów
filtra jest mniejsza od najgrubszych
ziaren gruntu to filtr będzie w
stanie utrzymad grunt (retencja).
Powstanie strefa przesklepieo w
gruncie, a bezpośrednio za nią
powstanie naturalny filtr z ziaren
gruntu.
2. WARUNEK ODPORNOŚCI NA ZATKANIE
Jeżeli wielkośd najmniejszych porów filtra jest wystarczająco
duża, aby pozwolid na przeniknięcie najmniejszych ziaren
gruntu przez filtr to nie dojdzie do jego zatkania. Zjawisko
przenikania najdrobniejszych ziaren gruntu musi wystąpid w
czasie formowania się strefy przesklepieo, jednak nie może
byd ono nadmierne.
3. WARUNEK WODOPRZEPUSZCZALNOŚCI
Ilośd porów w filtrze z geotekstyliów musi byd wystarczająco
duża by zapewnid swobodny poprzeczny przepływ wody,
nawet jeżeli nastąpi zatkanie niektórych porów.
WARUNEK RETENCJI
O
90
: < 2 x d
85
gdzie:
O
90
– efektywna (umowna) średnica porów filtra; 90%
porów jest mniejsze niż O
90
d
85
– średnica oczka sita, przez które przechodzi 85%
ziaren gruntu
WARUNEK WODOPRZEPUSZCZALNOŚCI
Wodoprzepuszczalnośd geotekstyliów musi byd wyższa niż
przepuszczalnośd gruntu, aby nie zmniejszad natężenia
przepływu wody. Podano, że:
k
geot
> 10 k
gruntu
.
Du Pont podaje też (za Murray & Mc Gown) drugi
warunek, że dla zastosowao drogowych:
dla geotkanin i cienkich geowłóknin (< 2 mm)
k
geot
> 10 k
gruntu
dla grubych geowłóknin (> 2 mm)
k
geot
> 100 k
gruntu
1.
Zastępcza linia uziarnienia:
WARUNEK RETENCJI
2.
Zastępczy (liniowy) wskaźnik różnoziarnistości U’:
0
100
d'
d'
U'
WARUNEK RETENCJI cd
3.
Z nomogramu dla U’
odczytujemy Q
90
/d
50
4.
Znając d
50
wyznaczamy Q
90
.
WARUNEK RETENCJI cd
WARUNEK WODOPRZEPUSZCZALNOŚCI
Warunek
k
geot
> 5 x k
gruntu
Jest określony jako „rozsądny kompromis”.
Biorąc pod uwagę wymagania FHWA i du Pont’a określony
tak współczynnik filtracji może się okazad za mały dla
grubych geowłóknin.
1. WARUNEK RETENCJI. W sprawdzeniu tego warunku należy
uwzględnid:
rodzaj przepływu wody – ustalony czy dynamiczny,
rodzaj gruntu – piaszczysty czy pylasty/spoisty,
rodzaj geotekstyliów (dla gruntów pylastych i spoistych).
O
95
≤ B x d
85
gdzie:
O
95
– efektywna (umowna) średnica porów filtra; 95% porów jest
mniejsze niż O
95
d
85
– średnica oczka sita, przez które przechodzi 85% ziaren
gruntu
B – współczynnik o wartości od 0,5 do 2,0.
1. WARUNEK RETENCJI cd.
Dla ustalonego przepływu:
Dla pospółek, piasków, piasków pylastych, piasków gliniastych
(mniej niż 50% przechodzi przez sito 0,075 mm) wartośd B
zależy od U = d
60
/d
10
:
U ≤ 2 lub ≥ 8
B = 1,0
2 ≤ U ≤ 4
B = 0,5 x U
4 < U < 8
B = 8 / U
Jeżeli grunt zawiera części drobne to do oceny U należy użyd
tylko frakcji poniżej 5 mm.
1.
WARUNEK RETENCJI cd.
Dla ustalonego przepływu:
Dla pyłów i glin (ponad 50% przechodzi przez sito 0,075 mm):
Geotkaniny
B = 1,0 i O
95
≤ 0,3 mm
Geowłókniny
B = 1,8 i O
95
≤ 0,3 mm
Dla przepływu dynamicznego:
B należy przyjąd równe 0,5.
Zaleca się wykonanie testu w laboratorium.
Wykonanie badao zaleca się również w przypadku
występowania gruntu podatnego na erozję wewnętrzną.
2. WARUNEK ODPORNOŚCI NA ZATKANIE.
W przeciętnych warunkach należy:
Dla U > 3 spełnid warunek
O
95
≥ 3 x d
15
Dla U ≤ 3 wybrad geosyntetyk o największym wymiarze
porów, spełniający warunek retencji.
W trudnych warunkach, gdy problem zatykania jest
spodziewany w szczególności, należy przeprowadzid test
laboratoryjny (ASTM D 5101).
3. WARUNEK WODOPRZEPUSZCZALNOŚCI
Wodoprzepuszczalnośd geotekstyliów musi byd wyższa niż
przepuszczalnośd gruntu, aby nie zmniejszad natężenia
przepływu wody. Stąd minimum:
k
geot
> k
gruntu
.
Warunek zalecany to:
k
geot
> 10 k
gruntu
W powyższych zależnościach k to współczynniki filtracji
geosyntetyku i gruntu.
Ponadto sprawdzając warunek wodoprzepuszczalności należy
spełnid wymaganie dotyczące przepuszczalności poprzecznej
(przenikalności – „permittivity”) Ψ :
Ψ = k / t
k – współczynnik filtracji geosyntetyku.
t – grubośd geosyntetyku.
Ψ ≥ 0,5 sek
-1
gdy < 15% przechodzi przez sito 0,075 mm.
Ψ ≥ 0,2 sek
-1
gdy od 15 do 50% przechodzi przez sito 0,075 mm.
Ψ ≥ 0,1 sek
-1
gdy > 50% przechodzi przez sito 0,075 mm.
Współczynnik filtracji gruntu:
z badania,
wg wzoru empirycznego (np.
Hazena – ograniczenia!)
z nomogramu – np. obok.
Współczynnik filtracji
geosyntetyku:
z badania.
obliczenie – zależnośd k, t i Ψ.
Wzór Hazena – obowiązuje tylko dla piasków dla których
d
10
jest w przedziale od 0,1 do 3,0 mm, a wartośd U nie
przekracza 5 (Wiłun, str 113):
k = C x d
10
2
[m/s]
Nomogram – b. przybliżone wartości „k”:
