Microsoft PowerPoint - 10_bariery_trwałość

2010-11-19

BARIERY GEOSYNTETYCZNE

WYKŁAD:

Geosyntetyki w budownictwie

eosyntetyki w budownictwie

kierunek: Budownictwo,

kierunek: Budownictwo, sem

sem. VII

. VII inż. G

inż. G

BARIERY GEOSYNTETYCZNE

-- badania i trwałość.

badania i trwałość.

dr inż. Angelika Duszyńska

Właściwości fizyczne

Wymagane badania

Potrzeba badań

Metoda badań

Wyroby stosowane:

⇒ na składowiskach odpadów:

stałych (PN-EN 13493) i ciekłych (PN-EN 13492)

⇒ w kanałach (PN-EN 13461) , zaporach i zbiornikach (PN-EN 13462)

⇒ w tunelach (PN-EN 13491)

⇒ w infrastrukturze transportu (PN-EN 15382)

Cecha

GBR-P

GBR-B

GBR-C GBR-P GBR-B GBR-C

Grubość

1849-2

1849-1

EN ISO

9863-1

Masa
powierzchniowa

14196

Oznaczenia: A: niezbędne we wszystkich warunkach zastosowań

Właściwości hydrauliczne

Wymagane badania

Wyroby stosowane w tunelach , w drogach

w budownictwie wodnym i składowiskach odpadów

Cecha

Potrzeba badań

Metoda badań

GBR-P GBR-B

GBR-C

GBR-P GBR-B GBR-C

Wodoprzepuszczalność

(szczelność na ciecze)

EN 14150

ASTM D

5887

(szczelność na ciecze)

5887

Wskaźnik pęcznienia

ASTM D

5890

Gazoprzepuszczalność

(szczelność na gazy)

ASTM D 1434

Zał.

normy

Dodatkowo w przypadku wyrobów stosowanych na składowiskach

Oznaczenia: H: wymagane do harmonizacji; A: do wszystkich warunków zastosowań;

S: związane ze specyficznymi warunkami stosowania; -: nie związane

Właściwości mechaniczne

Wymagane badania

Wyroby stosowane w tunelach , w drogach,

w budownictwie wodnym, i składowiskach odpadów

Cecha

Potrzeba badań

Metoda badań

GBR-P GBR-B

GBR-C

GBR-P GBR-B GBR-C

Wytrzymałość na

rozciąganie

EN ISO

527

12311-1

EN ISO

10319

Wydłużenie

Przebicie statyczne

EN ISO 12236

Wytrzymałość na

rozdzieranie

ISO 34

12310-1

Oznaczenia: H: wymagane do harmonizacji; A: do wszystkich warunków zastosowań;

S: związane ze specyficznymi warunkami stosowania; -: nie związane

Właściwości mechaniczne

Wymagane badania

Cecha

Potrzeba badań

Metoda badań

GBR-P GBR-B

GBR-C

GBR-P GBR-B GBR-C

Tarcie – bezpośrednie

ś i

EN ISO 12957-1

Dodatkowo w przypadku wyrobów stosowanych w drogach,

budownictwie wodnym i składowiskach odpadów

ścinanie

Tarcie - równia pochyła

EN ISO 12957-2

Wytrzymałość na

wybrzuszenie

pr EN 14151

Dodatkowo w przypadku wyrobów stosowanych w tunelach,

budownictwie wodnym i składowiskach odpadów

Oznaczenia: S: związane ze specyficznymi warunkami stosowania

Właściwości termiczne

Wymagane badania

Wyroby stosowane w tunelach , w drogach

w budownictwie wodnym, i składowiskach odpadów

Cecha

Potrzeba badań

Metoda badań

GBR-P

GBR-B GBR-C

GBR-P

GBR-B GBR-C

Zachowanie w niskich

EN 495 5 EN 1109

temperaturach

(giętkość)

EN 495-5 EN 1109

Rozszerzalność

termiczna

ASTM D

696

Oznaczenia: H: wymagane do harmonizacji; A: do wszystkich warunków zastosowań;

S: związane ze specyficznymi warunkami stosowania; -: nie związane

2010-11-19

Trwałość i odporność chemiczna

Wymagane badania

Wyroby stosowane w tunelach , w drogach,

w budownictwie wodnym, i składowiskach odpadów

Cecha

Potrzeba badań

Metoda badań

GBR-P GBR-B

GBR-C

GBR-P GBR-B GBR-C

Wpływy atmosferyczne

H/S

S/-

EN 12224

Mikroorganizmy

A/S

EN 12225

Utlenianie

EN 14575

EN ISO

13438

Korozja naprężeniowa

wskutek oddziaływań

środowiska

ASTM D

5397

lub EN

14575

ASTM D

5397

lub EN

14575

Oznaczenia: H: wymagane do harmonizacji; A: do wszystkich warunków zastosowań;

S: związane ze specyficznymi warunkami stosowania; -: nie związane

Trwałość i odporność chemiczna

Wymagane badania

Wyroby stosowane w tunelach , w drogach,

w budownictwie wodnym, i składowiskach odpadów

Cecha

Potrzeba badań

Metoda badań

GBR-P GBR-B

GBR-C

GBR-P GBR-B GBR-C

Nawilżanie / suszenie

14417

Zamrażanie /
rozmrażanie

14418

Wnikanie korzeni

EN 14416

Oznaczenia: S: związane ze specyficznymi warunkami stosowania; -: nie związane

Trwałość i odporność chemiczna

Wymagane badania

Cecha

Potrzeba badań

Metoda badań

GBR-P GBR-B

GBR-C

GBR-P GBR-B GBR-C

Wypłukiwanie

EN 14415

Dodatkowo w przypadku wyrobów stosowanych w drogach,

w budownictwie wodnym, i składowiskach odpadów

Odporność chemiczna

EN 14414

Dodatkowo w przypadku wyrobów stosowanych w drogach, tunelach

i składowiskach odpadów

Reakcja na ogień

EN ISO 11925-2

Dodatkowo w przypadku wyrobów stosowanych w tunelach

Oznaczenia: A: do wszystkich warunków zastosowań

ABY ZOPTYMALIZOWAĆ WYBÓR WYROBU

CELEM OSIĄGNIĘCIA ZAMIERZONYCH

WYNIKÓW,

BARIERY GEOSYNTETYCZNE

MUSZĄ BYĆ PODDAWANE BADANIOM

W SZEROKIM ZAKRESIE

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI WYROBU,

PROWADZONE W WARUNKACH

ZBLIŻONYCH DO PÓŹNIEJSZYCH

WARUNKÓW PRACY, POZWALAJĄ

PRZEWIDZIEĆ JEGO ZACHOWANIE SIĘ

W WARUNKACH RZECZYWISTYCH

Bariery polimerowe muszą być:

Giętkie

: im bardziej będą one przylegać do podłoża,

tym większe obciążenia przeniosą, zmniejszając tym
samym ryzyko uszkodzenia na skutek punktowych
obciążeń.

Odporne

na:

Odporne

na:

•

przebicie (przez wystające części podłoża),

•

rozerwanie (w zagłębieniach podłoża),

•

uderzenia (unoszonego rumoszu, lodu, itp.)

Bariery polimerowe muszą być:

Giętkie: lepsze
rozłożenie obciążeń

Odporne na
przebicie i rozerwanie

2010-11-19

Odporność na przebicie

Badanie normowe – metodą
CBR - polega na
stopniowym obciążaniu
specjalnym trzpieniem,
okrągłej próbki bariery
geosyntetycznej
zamocowanej w pierścieniu
aż do jej przebicia.

Zgodnie z normą PN

Zgodnie z normą PN--EN 12236

EN 12236

(jak dla geotekstyliów)

Odporność na przebicie

Badanie przebicia statycznego,
zgodnie z ASTM 5514, za pomocą
ściętych stożków:

trzy ścięte stożki umieszcza się na

podłożu gruntowym, na którym
układa się zabezpieczająca

układa się zabezpieczająca
geowłókninę i barierę
geosyntetyczną, a następnie
pokrywa warstwą piasku;

zbiornik z wodą powinien

umożliwiać zadawanie ciśnienia
hydrostatycznego z prędkością
7 kPa na minutę.

wynikiem badania jest ciśnienie i

czas, po którym nastąpiło przebicie

Odporność

na przebicie

Geomembrany są testowane na

komora ciśnieniowa

umożliwiająca uzyskanie

ciśnienia słupa wody o

wysokości 250 m

Geomembrany są testowane na

bardzo niesprzyjającym podłożu

Odporność

na przebicie

bardzo giętkie i odporne
geokompozyty PCW nie
ulegają przebiciu pod
ciśnieniem 100 m słupa wody -
dostosowują się do podłoża

dostosowują się do podłoża
rozkładając obciążenia

sztywna geomembrana
wykonana z HDPE nie
dostosowała się do kształtu
podłoża i obciążenie zostało
skoncentrowane na
wystających elementach
podłoża -- wskazane jest
stosowanie warstw
ochronnych z geotekstyliów

Odporność na rozdzieranie

Badanie przeprowadza się na próbkach
trapezowych, w których wykonano specjalne
nacięcie w kierunku prostopadłym do działającego
obciążenia rozciągającego.

W t

ł ść

Wytrzymałość na rozciąganie

W badaniu tym określa się charakter zależności
naprężenie – odkształcenie oraz ustala wartości
naprężenia i odkształcenia w momencie płynięcia
oraz zerwania badanej próbki.

Wykonuje się dwa rodzaje badań na rozciąganie -
jednoosiowe oraz dwuosiowe.

Rozciąganie

jednoosiowe

Rozciąganie

dwuosiowe

Wytrzymałość na rozciąganie

Próbki po zamocowaniu w

uchwytach maszyny są

rozciągane ze stałą prędkością

odkształcenia (np. 50%/min).

Próbka zamocowana jest nad otworem
Φ100mm i obciążana ciśnieniem powietrza
narastającym co 2min o 100kPa.

W otworze formuje się kopuła z
geomembrany aż do jej rozerwania się.

Badanie to również umożliwia ujawnienie
nieszczelności próbki po odkształceniu.

2010-11-19

Wytrzymałość na rozciąganie dwuosiowe

(rozerwanie)

geokompozyt

PCW

Wytrzymałość
na rozerwanie

woda pod ciśnieniem

ciśnienie słupa wody działającego na membranę jest zwiększane aż do jej
rozerwania, w celu określenia wytrzymałości i sposobu pękania

geokompozyt PCW jest podatny na odkształcenie
co powoduje zmniejszenie naprężeń w materiale

geokompozyt PCW

rozrywa się w

kształcie gwiazdy, ze

względu na

izotropowość

właściwości wyrobu

geomembrana z HDPE

odkształca się

w mniejszym stopniu przez co

naprężenia są większe

Wytrzymałość
na rozerwanie

Odporność na

uderzenia

Zderzenie jest symulowane dla obiektu

o masie 270 kg, spadającej swobodnie

z wysokości 2,10 m

Geokompozyt w miejscu

zderzenia przebarwił się

lecz pozostał nieuszkodzony

Odporność na

osiadania

Bariery geosyntetyczne powinny być badane na odporność na

przemieszczenia różnokierunkowe (osiadania), w związku z

przemieszczeniami pomiędzy deformowalnym nasypem a elementami

betonowymi czy też ruchami występującymi w dylatacjach i

szczelinach,

itp

., wszędzie tam gdzie zainstalowana jest bariera

Symulacja nieciągłości podłoża

Odporność

osiadania

otwór jest wypełniany

wodą celem uzyskania

ciągłej powierzchni

2010-11-19

Odporność

osiadania

próbka jest umieszczona

na powierzchni gruntu

Materiał CARPI SIBELON CNT 3750 (2,5 mm PCW + geowłóknina 500 g/m2)

wydłużył się ponad strefą osiadania o 213%, pod ciśnieniem słupa wody o

wysokości 100 m. Wydłużenie odpowiadające rozerwaniu nie zostało osiągnięte.

Odporność na osiadania

Po badaniu geokompozyt powrócił do pierwotnego położenia

Przepuszczalność cieczy

Zgodnie z normą PN-EN 13150 dwie strony bariery
geosyntetycznej poddaje się różnicy ciśnień hydrostatycznych
o wartości 100 kPa, (150 kPa i 50 kPa). Na podstawie zmian
objętości cieczy mierzonych po obu stronach bariery
geosyntetycznej określa się wartość przepływu wody
(ew. innej cieczy) przez barierę geosyntetyczną.

Cechy hydrauliczne

1 część z niższym ciśnieniem

U otwór wlotowy wody

2 część z wyższym ciśnieniem D otwór wylotowy wody
3 bariera geosyntetyczna

FU zawór do przepłukiwania części z wyższym ciśnieniem

4 porowata płyta

FD zawór do przepłukiwania części z niższym ciśnieniem

Przenikalność w

kierunku prostopadłym

do wyrobu

(wyrób celowo uszkodzony)

wymiary zbiornika 2,4 x1,2 x0,9m

Cechy hydrauliczne

badana powierzchnia 2,9m

miąższość żwiru 30 ÷ 60cm

Rodzaje uszkodzenia wyrobu:

2 otwory Ø75mm

3 otwory Ø25mm

3 szczeliny 600 x 1mm

Wyznaczanie przepuszczalności gazów

przez geosyntetyczne bariery iłowe

Cechy hydrauliczne

Badanie gazoprzepuszczalności geosyntetycznych barier
iłowych przeprowadza się zgodnie z załącznikiem C
normy

PN-EN 13493

, z zastosowaniem azotu (N

w temperaturze 20

°C.

Metoda umożliwia pomiar przepływu gazu w zakresie
wartości współczynnika GFI od 0,5 x 10

-10

do 5,0 x 10

-10

przez próbkę o wilgotności w zakresie od 10 % do
200 %.

Próbki do badań są nawilżane w sposób kontrolowany
i możliwe jest ich osuszenie do różnej wilgotności przed
badaniem.

Wyznaczanie

przepuszczalności

gazów

Cechy hydrauliczne

Legenda
A

Reduktor ciśnienia

Próbka GBR-C

Trójwymiarowa sztywna krata

Czujnik ciśnienia

Uszczelki pierścieniowe N

Woda z mydłem

Górny cylinder

Dolny cylinder

Geowłóknina

Zbiornik na wodę

Wylot do atmosfery

Warstwa piasku

Poduszka obciążająca K

Czujnik przepływu gazu Q

Sprężony azot

Woda z mydłem

Średnica 150 mm

2010-11-19

Wyznaczanie przepuszczalności gazów

Cechy hydrauliczne

Na podstawie wykresu
zależności przepływu
gazu od wilgotności
określa się „wskaźnik
przepływu gazu” (GFI),

Wilgotność (w %)

Przepływ gazu (w m

Przepływ gazu przy wilgotności 110 % (GFI

110

)

Najlepiej dopasowana krzywa

Woda z mydłem

p y

(

)

który

odpowiada

przepływowi gazu przy
wilgotności 110 %.

Trwałość barier geosyntetycznych

Projektant oceniając, czy dana bariera geosyntetyczna nadaje
się do zastosowania w danym rodzaju konstrukcji musi wziąć
pod uwagę to, że właściwości wyrobu powinny być niezmienne
w czasie, a wyrób:

nie może ulec uszkodzeniu podczas wbudowywania
(czynniki mechaniczne),

( y

powinien być odporny na czynniki zewnętrzne
(chemiczne, fizyczne i biologiczne),

powinien wykazywać wystarczającą szczelność
(czynniki hydrauliczne),

powinien charakteryzować się stabilną i wysoką jakością
(czynniki jakościowe).

Narażenie barier na działanie: promieniowania
ultrafioletowego, podwyższone temperatury, utlenianie,
oddziaływania chemiczne i mikrobiologiczne, może
prowadzić do starzenia się tych materiałów;

Potencjalnymi konsekwencjami starzenie się jest

Starzenie się barier geosyntetycznych

Ocena trwałości

Potencjalnymi konsekwencjami starzenie się jest
pogorszenie się jakości wyrobu:

właściwości fizyczne:

- wygląd, gęstość, integralność (struktura),

właściwości mechaniczne:

wytrzymałość na rozciąganie,

odporność na pełzanie

Trwałość barier geosyntetycznych

Mechanizmy powodujące redukcję właściwości barier geosyntetycznych

utlenianie przyspieszone przez podwyższoną temperaturę lub
wystawienie na działanie promieniowania UV;

solwatacja (zmiana właściwości fizycznych spowodowana
absorpcją płynnych substancji chemicznych);

korozja naprężeniowa wskutek oddziaływań środowiska
(niszczenie mechaniczne wyrobu przy naprężeniach mniejszych od

(niszczenie mechaniczne wyrobu przy naprężeniach mniejszych od
wytrzymałości na płynięcie w obecności niektórych związków
chemicznych);

oddziaływanie biologiczne obejmujące działanie bakterii, grzybów
oraz penetrację przez korzenie roślin;

wypłukiwanie rozpuszczalnych składników barier
geosyntetycznych, które wpływają na ich właściwości mechaniczne
lub na ich odporność na inne formy degradacji;

wymiana jonowa oraz degradacja dodatków.

Ocena trwałości barier

Zmiany właściwości wyrobów pod wpływem starzenia oceniane są
na podstawie testów przyspieszonego starzenia, pozwalających
określić trwałość zamontowanej i pracującej bariery.
Główną metodą oceny właściwości użytkowych barier jest
porównanie właściwości mechanicznych próbki poddanej
badaniom starzenia z właściwościami próbki kontrolnej. Sposób
powinien być zgodny z normą PN-EN 12226.
Próbka poddawana jest kontroli wizualnej i mikroskopowej,
określeniu zmian w wymiarach, masie powierzchniowej i
właściwościach mechanicznych (wytrzymałość na rozciąganie i
wydłużenie przy zrywaniu).
Wyniki badań laboratoryjnych są weryfikowane poprzez badanie
właściwości próbek barier geosyntetycznych pobranych z
obiektów, gdzie wyrób został zamontowany ponad 25 lat temu.

Starzenie się w warunkach

atmosferycznych

Badanie na przyśpieszone starzenie się w warunkach atmosferycznych,
zgodnie z normą PN-EN 12224, wymaga kontrolowanego środowiska,
w którym próbki są wystawione na działanie naprzemiennie
naświetlania ultrafioletowego oraz zraszania wodą.
Najważniejszymi zmiennymi są:

długość fali (zwykle od 300nm do 400nm) oraz energia emitowana
przez lampy;

temperatura na powierzchni próbki (zazwyczaj 50

°C do 75°C);

częstotliwość cykli naświetlanie UV/ zraszanie wodą (standardowo
5 h na sucho/1 h zraszania;

całkowity czas naświetlania UV
(min 320 godzin) i
całkowity czas badania.

2010-11-19

Starzenie się w warunkach atmosferycznych

Symulowanie warunków ekspozycji na

promieniowanie UV i wysoką

temperaturę - próbki poddawane są

wielu cyklom naświetlania promieniami

UV i ogrzewane specjalnymi lampami.

Specjalne piece wytwarzające promienie

UV i wysoką temperaturę z możliwością

zmian wilgotności powietrza, symulują

cykle moczenia i schnięcia oraz ekspozycji

na UV i temperaturę na budowli.

Odporność na korozję naprężeniową

Korozja naprężeniowa jest to zniszczenie mechaniczne
bariery geosyntetycznej przy naprężeniach mniejszych od
wytrzymałości na płyniecie w obecności niektórych
związków chemicznych.

Polimerowe bariery geosyntetyczne (GBR – P) oraz bariery
ił

(GBR C)

kł d ik

iłowe (GBR – C) ze składnikami polimerowymi, stosowane
na składowiskach odpadów powinny być badane na
odporność na korozję naprężeniową spowodowaną
działaniem czynników środowiskowych:

wg PN-EN 14576,

lub ew. zgodnie z normą ASTM D 5397-99 (załącznik).

Odporność na korozję naprężeniową

Zgodnie z normą PN-EN 14576 próbki do badań w kształcie
wiosełka z nacięciem, wycięte z bariery geosyntetycznej,
poddawane są stałemu obciążeniu rozciągającemu w obecności
aktywnego powierzchniowo czynnika w podwyższonej
temperaturze. Czas do zniszczenia jest rejestrowany.

1 Mikroprzełącznik stopera
2 Ramię dźwigni
3 Uchwyty próbek do badań
4 Próbka do badań
5 Zbiornik zanurzeniowy
6 Regulowane obciążenie

Odporność biologiczna

Odporność mikro- i makro biologiczna obejmuje:

działania bakterii,

działanie grzybów,

penetrację przez korzenie roślin.

Polimery syntetyczne o wysokim ciężarze molekularnym, które
zwykle stosowane są w geosyntetykach generalnie są niepodatne

zwykle stosowane są w geosyntetykach generalnie są niepodatne
na wpływy oddziaływania grzybów i bakterii.
W przypadku wyrobów „niepewnych” można wyznaczyć
odporność na mikroorganizmy przez umieszczenie w gruncie
aktywnym mikrobiologicznie, zgodnie z normą PN-EN 12225.
Bariery geosyntetyczne, nie powinny również nosić widocznych
śladów penetracji korzeniami po badaniach zgodnych z normą
PN-EN 14416.

Odporność chemiczna

Bariery geosyntetyczne stosowane jako uszczelnienia
składowisk odpadów płynnych i stałych powinny być badane
zgodnie z normą EN 14414 na:

hydrolizę w warunkach kwasowych i zasadowych,

solwatację i pęcznienie;

odcieki syntetyczne,

odcieki specyficzne dla danej lokalizacji.

Próbkę zanurza się w roztworze chemicznym o temperaturze
50

°C na 56 dni, a następnie dokonuje pomiaru zmian

podstawowych cech.
Dodatkowo w przypadku geosyntetycznych barier iłowych
wymagane są badania wpływu cykli:

zamrażania i rozmrażania zgodnie z EN 14417,

nawilżania i suszenia zgodnie z EN 14418.

Odporność na wypłukiwanie

Wszystkie bariery geosyntetyczne stosowane na składowiskach
odpadów, powinny być badane zgodnie z normą PN-EN 14415,
na odporność na wypłukiwanie składników przez gorącą wodę,
ciecze alkaliczne i alkohole organiczne.
Próbkę bariery zanurza się w cieczy testowej o temperaturze
50

°C na 56 dni, a następnie dokonuje pomiaru zmian

podstawowych cech.

Odporność na utlenianie

Wszystkie bariery geosyntetyczne, stosowane na składowiskach
odpadów, powinny być badane na odporność na utlenianie
zgodnie z normą PN-EN 14575 oraz PN-EN 12226 przez 90 dni
w temperaturze 85

°C.

2010-11-19

Odporność na uszkodzenia

mechaniczne

Na trwałość barier geosyntetycznych istotny wpływ ma również
„czynnik ludzki” i obciążenia przekazywane na materiał podczas
wbudowywania I eksploatacji, wiąże się to z odpowiednia
odpornością wyrobów na uszkodzenia mechaniczne.

Odporność na uszkodzenia

mechaniczne

Badania, które pozwalają na oszacowanie odporności
wyrobu na uszkodzenia mechaniczne (krótkoterminowe)
obejmują przede wszystkim badania wskaźnikowe:

odporność na przebicie statyczne,

odporność na przebicie piramidką

odporność na przebicie dynamiczne,

odporność na uderzenia.

Odporność na uszkodzenia

mechaniczne

Bariery polimerowe, powinny być zabezpieczane przed
uszkodzeniami mechanicznymi podczas obciążenia, poprzez
zastosowanie odpowiedniej warstwy osłonowej np. z geowłókniny.

Badanie zabezpieczeń (skuteczności)

W celu określenia skuteczności ochronnej barier geosyntetycznych
pod obciążeniami długoterminowych, wskazane jest wykonanie
badania na ściskanie. Jest to tzw. próba eksploatacyjna, którą
przeprowadza się z wykorzystaniem wyrobów – geosyntetyków i
gruntów – które zostaną zastosowane w rzeczywistej konstrukcji.

Badanie skuteczności

Badanie polega na poddawaniu układu – bariera geosyntetyczna,

warstwa zabezpieczająca, warstwa żwirowa – obciążeniom projektowym

przez okres

1000 godzin w temperaturze 40°C. Do celów symulacji podłoża

spoistego pod barierą geosyntetyczną stosuje się warstwę gumy.

Badanie skuteczności

Koniec

wykładu nr 10