1

TRWAŁOŚĆ

TRWAŁOŚĆ

WYKŁAD

WYKŁAD

: : Geosyntetyki

Geosyntetyki

kierunek: Budownictwo,

kierunek: Budownictwo, st. niestacjonarne

st. niestacjonarne

sem

sem. . VI

VI inż.

inż. IG

IG

GEOTEKSTYLIÓW I WYROBÓW POKREWNYCH

GEOTEKSTYLIÓW I WYROBÓW POKREWNYCH

dr inż. Angelika Duszyńska

Zastosowanie geotekstyliów i wyrobów pokrewnych
wymaga, aby materiały te spełniały określone
funkcje przez minimalny oczekiwany okres, zwany

okresem użytkowania.

Okres użytkowania

Okres użytkowania

Podział konstrukcji ziemnych z zastosowaniem

Podział konstrukcji ziemnych z zastosowaniem
geosyntetyków ze względu na okres eksploatacji:

⇒

tymczasowe – 5

÷10 lat,

⇒

średnio-okresowe – 10

÷30 lat,

⇒

trwałe – min 60

÷120 lat w zależności od

rodzaju konstrukcji i uregulowań krajowych.

Głównym

zadaniem oceny trwałości jest oszacowanie

zmian właściwości

geotekstyliów w trakcie projektowanego

okresu użytkowania.

Właściwości funkcjonalne

Właściwości funkcjonalne

Każda z funkcji geotekstyliów uwarunkowana jest jedną
lub

więcej

właściwościami

tzw.

właściwościami

“znaczącymi” lub “funkcjonalnymi”.

Właściwości funkcjonalne

Właściwości funkcjonalne

Analiza trwałości geotekstyliów

Analiza trwałości geotekstyliów

¾

wyszczególnienie istotnych czynników środowiskowych,

¾

określenie możliwych mechanizmów degradacji w

odniesieniu do wybranego materiału i środowiska,

¾

oszacowanie właściwości osiągalnych w funkcji czasu,

¾

określenie odpowiednich współczynników redukcyjnych lub

¾

określenie odpowiednich współczynników redukcyjnych lub
właściwości osiągalnych pod koniec projektowanego okresu
użytkowania,

¾

sprawdzenie czy oszacowane właściwości osiągalne pod
koniec projektowanego okresu użytkowania są większe od
właściwości wymaganych.

Trwałość geotekstyliów

Trwałość geotekstyliów

Na trwałość geotekstyliów wpływ mają:

Na trwałość geotekstyliów wpływ mają:

¾

skład geotekstyliów:

9

polimerowa struktura wyrobu

(termoplasty amorficzne i skrytokrystaliczne)

(termoplasty amorficzne i skrytokrystaliczne),

9

rodzaj zastosowanego polimeru (PP, PE, PET, PVC, PA),

¾

dodatki (antyutleniaczne, stabilizatory UV).

¾

środowisko fizyczne i chemiczne,

¾

warunki przechowywania i instalacji,

¾

obciążenia przekazywane na geotekstylia.

2

Czynniki wpływające na trwałość

Czynniki wpływające na trwałość

geotekstyliów

geotekstyliów

nieprzekrytych gruntem:

nieprzekrytych gruntem:

¾

ultrafioletowa składowa promieniowania
słonecznego,

¾

ciepło i utlenianie,

¾

wilgotność i opady atmosferyczne,

¾

tlenek azotu i siarki, ozon, itp.

Czynniki wpływające na trwałość

Czynniki wpływające na trwałość

geotekstyliów

geotekstyliów

przekrytych

przekrytych gruntem

gruntem::

¾

uziarnienie i ostrokrawędzistość,

¾

kwasowość / zasadowość (pH),

¾

jony metali zawartość związków organicznych

¾

jony metali, zawartość związków organicznych,

obecność tlenu,

¾

wilgotność i temperatura,

¾

mikroorganizmy (grzyby, bakterie),

¾

korzenie roślin, gryzonie.

W normach (PN-EN 13249

÷ 13267) szczegółowo określono

badania jakie należy przeprowadzić dla geotekstyliów i

wyrobów pokrewnych w zależności od ich przewidywanej

funkcji i zastosowania:

¾

w konstrukcjach zbiorników wodnych zapór i kanałów

Zakres badań trwałości

Zakres badań trwałości

geotekstyliów

geotekstyliów

¾

w konstrukcjach zbiorników wodnych, zapór i kanałów,

¾

w budownictwie komunikacyjnym,

¾

w zastosowaniach przeciwerozyjnych,

¾

w robotach ziemnych, fundamentach i konstrukcjach
oporowych,

¾

na składowiskach odpadów stałych i ciekłych.

Ocena trwałości

Ocena trwałości

Geotekstylia i wyroby pokrewne, które:

¾

zostały wytworzone z poliestru, polietylenu, poli-
propylenu, poliamidu 6 (6.6) i

¾

nie zawierają surowców wtórnych,

Okres eksploatacji

Okres eksploatacji ≤≤ 5 lat

5 lat

mogą być uważane za zachowujące dostateczną trwałość
co najmniej przez 5 lat okresu użytkowania, pod
warunkiem, że stosuje się je:

¾

nie

w

funkcji

zbrojenia

i

jeżeli

wytrzymałość

długoterminowa nie jest istotnym parametrem, oraz

¾

w gruntach naturalnych o pH pomiędzy 4 i 9,

¾

w gruncie o temperaturze < 25

°C.

Ocena trwałości

Ocena trwałości

Geotekstylia,

które

zostały

wytworzone

z

poliestru,

polietylenu, polipropylenu, poliamidu 6 (6.6) i nie zawierają
surowców wtórnych, mogą być uważane za zachowujące
d

t t

t

ł ść

j

i j

25 l t

k

Okres eksploatacji

Okres eksploatacji 55÷÷25 lat

25 lat

dostateczną trwałość co najmniej przez 25 lat okresu
użytkowania, pod warunkiem że stosuje się je:

¾

w gruntach naturalnych o pH pomiędzy 4 i 9,

¾

w gruncie o temperaturze < 25

°C,

¾

oraz jeżeli pomyślnie przeszły odpowiednie badania
odporności

na

czynniki

chemiczne

(utlenianie,

hydroliza, oddziaływanie kwasów i zasad).

¾

badania wymagane przez normę zharmonizowaną
(zależnie od dziedziny i funkcji),

Okres eksploatacji

Okres eksploatacji > 25 lat,

> 25 lat,

trudne warunki środowiskowe

trudne warunki środowiskowe

Ocena trwałości

Ocena trwałości

¾

dodatkowe badania - głównie próby eksploatacyjne,

¾

bezpośrednia ocena rozmiarów degradacji w terenie,

¾

wydobycie geotekstyliów bezpośrednio po ich
wbudowaniu, po pewnym okresie eksploatacji i
po upływie projektowanego okresu użytkowania.

3

Cechy związane z trwałością

Cechy związane z trwałością

¾

odporność na starzenie się w warunkach
atmosferycznych,

¾

odporność na degradację mikro- i makro-
biologiczną

biologiczną,

¾

odporność na czynniki chemiczne :ciecze
(odcieki), hydrolizę i utlenianie,

¾

odporność na uszkodzenie mechaniczne.

Starzenie się w warunkach atmosferycznych

Starzenie się w warunkach atmosferycznych

Ocena trwałości

Ocena trwałości

Starzenie

się

geotekstyliów

powyżej

poziomu

terenu

powodowane

jest

głównie

przez

oddziaływanie

ultrafioletowej składowej promieniowania słonecznego.
Zwykle geotekstylia są wystawione na działanie promieni UV
tylko przez określony czas podczas składowania transportu i

tylko przez określony czas podczas składowania, transportu i
wbudowywania, a później są chronione przez warstwę gruntu.

Przy dłuższym przetrzymywaniu wyrobu powyżej poziomu
terenu, oddziaływanie promieni słonecznych powoduje rozkład
polimerów i utratę właściwości. Proces ten może być
dodatkowo przyśpieszany przez zanieczyszczenia atmosfery i
kwaśne deszcze.

Konsekwencjami starzenie się wyrobów polimerowych są:

Â

pogorszenie się jakości wyrobu:

¾

właściwości fizyczne:

- wygląd, gęstość, integralność (struktura),

Starzenie się w warunkach atmosferycznych

Starzenie się w warunkach atmosferycznych

Ocena trwałości

Ocena trwałości

¾

właściwości mechaniczne:

- wytrzymałość na rozciąganie, odporność na pełzanie

Â

degradacja polimeru:

- rozkład cząsteczkowy (zrywanie łańcuchów),
- zmniejszenie masy cząsteczkowej,
- formowanie się grup z wolnych rodników.

Starzenie się

Starzenie się

w warunkach

w warunkach

atmosferycznych

atmosferycznych

Ocena trwałości

Ocena trwałości

Wpływ sadzy na odporność na UV

25

50

75

100

p

ro

ce

n

t o

dpor

no

ści

[

%

]

Polyethylene

Polypropylene

Sposoby zabezpieczania
wyrobów polimerowych przed
starzeniem:

Â

Poliolefiny (PP, PE):

0

25

0

1

2

3

4

5

6

zawartośc sadzy (%)

p

y (

)

¾

dodatki sadzy

i/lub

¾

stabilizatory UV
(absorbery nadfioletu),

Â

Poliestery (PET):

¾

stabilizatory UV

lub

¾

pokrycie ochronne ze
stabilizatorami UV.

Odporność na

Odporność na

starzenie się

starzenie się

w warunkach

w warunkach

atmosferycznych

atmosferycznych

Badania

Badania

trwałości

trwałości

Jeżeli dopuszcza się, że się geosyntetyk nie zostanie
przykryty gruntem w dniu wbudowania, powinien on zostać
wcześniej poddany badaniu na starzenie się w warunkach
atmosferycznych.

Wadą badania naświetlania w czasie rzeczywistym jest długi
okres badania w niekontrolowanych, zmiennych warunkach.

Alternatywnym sposobem badania jest zastosowanie metody
przyspieszonej

wg

PN-EN

12224.

Wymaga

to

kontrolowanego środowiska, w którym próbki są wystawione
na działanie naprzemiennie naświetlania ultrafioletowego oraz

i

d

Odporność na starzenie się

Odporność na starzenie się

w warunkach atmosferycznych

w warunkach atmosferycznych

Badania trwałości

Badania trwałości

zraszania wodą.

4

Najważniejszymi zmiennymi, w badaniach zgodnie z
PN-EN 12224, są:

9

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

9

temperatura na powierzchni próbki (zwykle 50

°C do 75°C);

Odporność na starzenie się

Odporność na starzenie się

w warunkach atmosferycznych

w warunkach atmosferycznych

Badania trwałości

Badania trwałości

9

temperatura na powierzchni próbki (zwykle 50

°C do 75°C);

9

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

9

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

Po cyklu wystawiania próbki na w/w oddziaływanie określa

się pogorszenie właściwości wyrobów zgodnie z normą PN-
EN 12226.

W celu

prognozy

prognozy trwałości

trwałości

czyli określenia zmian

właściwości geotekstyliów wskutek poddania ich badaniom
starzenia, dokonuje się, zgodnie z normą PN-EN 12226, oceny
wizualnej próbek wystawionych na działanie czynników

Odporność na starzenie się

Odporność na starzenie się

w warunkach atmosferycznych

w warunkach atmosferycznych

Badania trwałości

Badania trwałości

wizualnej próbek wystawionych na działanie czynników
atmosferycznych i porównuje je z próbkami kontrolnymi.
Ocenia się:

Â

zmiany w wymiarach i masie powierzchniowej

Â

zmiany właściwości mechanicznych:

¾

procentową zmianę wytrzymałości

¾

zmianę odkształcenia przy maksymalnym obciążeniu.

Maksymalny czas poddawania

Maksymalny czas poddawania

geotekstyliów oddziaływaniu czynników

geotekstyliów oddziaływaniu czynników

atmosferycznych

atmosferycznych

Z a s t o s o w a n i e

W y t r z y m a ł o ś ć

s z c z ą t k o w a

M a k s y m a l n y c z a s

p o d d a w a n i a

g e o t e k s t y l i ó w

c z y n n i k o m

a t m o s f e r y c z n y m

> 8 0 %

1

÷ 4 m i e s i ę c y *

6 0

÷ 8 0 %

2 t y g o d n i e

z b r o j e n i e l u b i n n e
z a s t o s o w a n i a , w

Ocena trwałości

Ocena trwałości

6 0

8 0 %

y g

k t ó r y c h w y t r z y m a ł o ś ć
d ł u g o t e r m i n o w a
j e s t i s t o t n y m
p a r a m e t r e m

< 6 0 %

p o k r y ć w d n i u

i n s t a l a c j i

> 6 0 %

1

÷ 4 m i e s i ę c y *

2 0

÷ 6 0 %

2 t y g o d n i e

i n n e z a s t o s o w a n i a

< 2 0 %

p o k r y ć w d n i u

i n s t a l a c j i

* w z a l e ż n o ś c i o d p o r y r o k u i p o ł o ż e n i a w E u r o p i e

Wytrzymałość szczątkowa wyraża stosunek wytrzymałości na rozciąganie
próbki poddanej oddziaływaniu do wytrzymałości na rozciąganie próbki
kontrolnej (nie poddanej oddziaływaniu czynników degradujących).

Badania trwałości

Badania trwałości

Odporność na czynniki chemiczne

Odporność na czynniki chemiczne

¾

utlenianie,

¾

wewnętrzna hydroliza,

¾

oddziaływanie kwasów i zasad,

¾

badania dla specyficznych warunków środowiskowych.

¾

¾

poliestry

poliestry

– odporność na hydrolizę zgodnie z

PN-EN 12447,

¾

¾

poliolefiny (polipropyleny i polietyleny)

poliolefiny (polipropyleny i polietyleny)

– odporność na

utlenianie zgodnie z PN-EN ISO 13438,

¾

¾

poliamidy

poliamidy

– odporność na hydrolizę oraz na utlenianie.

Badania specjalne w zależności od polimeru

Badania specjalne w zależności od polimeru

Â

Degradacja polimeru na skutek jego reakcji z tlenem,

Â

Polimery stosowane do produkcji geosyntetyków
szczególnie podatne na utlenianie:

¾

poliolefiny: PP i PE.

Utlenianie

Utlenianie

Ocena trwałości

Ocena trwałości

Â

Sposoby zabezpieczania

wyrobów polimerowych

przed utlenianiem:

¾

przeciwutleniacze,

¾

określona konfiguracja polimerów i wyrobów

Utlenianie

Utlenianie

Badania trwałości

Badania trwałości

W badaniach na utlenianie (wg PN-EN ISO
13348) próbki poddawane są w określonym
czasie (od 14 do 56 dni w zależności od
przewidywanego zastosowania i polimeru)
działaniu

roztworu

wodnego

wzbogaconego tlenem w podwyższonej
t

t

(100 l b 110 °C)

temperaturze (100 lub 110 °C).

Po cyklu wystawiania próbki na w/w
oddziaływanie określa się pogorszenie
właściwości wyrobów zgodnie z normą
PN-EN

12226.

Określa

się

zmianę

wytrzymałości

na

rozciąganie

oraz

wydłużenie przy maksymalnym obciążeniu
w stosunku do wyników otrzymanych dla
próbki nie poddanej oddziaływaniu.

5

Hydroliza wewnętrzna

Hydroliza wewnętrzna

Ocena trwałości

Ocena trwałości

Â

Rozkład cząsteczkowy spowodowany reakcją
specyficznych chemicznych struktur
monomerowych z wodą lub parą wodną,

Â

Podatność jest zależna od:

¾

ciężaru cząsteczkowego,

¾

końcowej grupy karboksylowej,

Â

Polimery stosowane do produkcji geosyntetyków
szczególnie podatne na hydrolizę:

¾

Poliestry (PET).

Hydroliza wewnętrzna

Hydroliza wewnętrzna

Badania trwałości

Badania trwałości

Aby zapewnić

zadowalającą

odporność na hydrolizę

wewnętrzną, geotekstylia powinny charakteryzować się
wytrzymałością szczątkową ponad 50% po badaniu zgodnie
z normą PN-EN 12447 w którym wyrób zanurza się w

z normą PN-EN 12447, w którym wyrób zanurza się w
roztworze wodnym o podwyższonej temperaturze na
przynajmniej 90 dni.

Szacuje się, że geotekstylia, które spełniają wymogi normy
PN-EN 12447 charakteryzują po 25 latach w gruncie
nasyconym,

w

temperaturze

25

°C

wytrzymałością

szczątkową powyżej 95%.

Oddziaływanie kwasów i zasad

Oddziaływanie kwasów i zasad

Badania trwałości

Badania trwałości

Geotekstylia wbudowywane w grunty o pH innym niż 4

÷9

należy poddać badaniom oddziaływania kwasów i zasad wg
PN-EN 14030.

¾

Metoda A - badanie odporności na działanie kwasów dla

geotekstyliów stosowanych w gruntach o pH < 4 w warunkach

geotekstyliów stosowanych w gruntach o pH < 4 w warunkach
tlenowych.

¾

Metoda B - badanie zanurzenia w zasadach dla

geotekstyliów stosowanych w gruntach o pH > 9,
uzdatnionych gruntach wapiennych, cemencie i betonie.

W obu przypadkach procentowa wytrzymałość określona pod
koniec badania powinna być większa niż 50% wytrzymałości
na początku badania.

Geosyntetyki stosowane na składowiskach odpadów płynnych i
stałych powinny być badane zgodnie z normą EN 14414 na
odcieki (syntetyczne i specyficzne dla danej lokalizacji).
Próbkę zanurza się w roztworze chemicznym o temperaturze
50

°C na 56 dni, a następnie dokonuje pomiaru zmian

podstawowych cech wytrzymałoścowych

Oddziaływanie odcieków

Oddziaływanie odcieków

Badania trwałości

Badania trwałości

podstawowych cech wytrzymałoścowych.

Oddziaływania mikro

Oddziaływania mikro-- i makrobiologiczne

i makrobiologiczne

Badania trwałości

Badania trwałości

Oddziaływania mikrobiologiczne dotyczą „działalności”:

9

bakterii,

9

grzybów,

9

glonów,

które atakują i trawią” głównie dodatki stosowane do

które atakują i „trawią głównie dodatki stosowane do
uplastycznienia niektórych podstawowych polimerów.
Może powodować to degradację fizyczną i pogorszenie
struktury cząsteczkowej polimerów.

Oddziaływania makrobiologiczne dotyczą:

9

uszkodzeń przez owady i gryzonie,

9

penetracji przez korzenie roślin.

które powodują degradację fizyczną geosyntetyków.

Odporność na wpływy mikrobiologiczne

Odporność na wpływy mikrobiologiczne

Badania trwałości

Badania trwałości

Polimery syntetyczne o wysokim ciężarze molekularnym,
które zwykle stosowane są w geosyntetykach generalnie są
niepodatne na wpływy oddziaływania grzybów i bakterii.
W przypadku wyrobów „niepewnych”(złożonych z różnych
polimerów, zawierających surowce wtórne lub o obniżonej
jakości), należy wyznaczyć odporność na mikroorganizmy
przez umieszczenie w gruncie aktywnym mikrobiologicznie,
zgodnie z normą PN-EN 12225.
Wyroby badane zgodnie z normą PN-EN 12225 powinny
utrzymywać właściwości mechaniczne przy rozciąganiu,
które odpowiadają kryteriom dopuszczalnej odchyłki, która
nie może przekraczać 25% początkowej wytrzymałości na
rozciąganie i wydłużenia przy zerwaniu.

6

Odporność na uszkodzenia mechaniczne

Odporność na uszkodzenia mechaniczne

Badania trwałości

Badania trwałości

Badania laboratoryjne symulujące uszkodzenia mechaniczne:

¾

zniszczenie geotekstyliów podczas wbudowywania
zgodnie z PN-EN ISO 10722,

¾

przebicie dynamiczne metodą opadającego stożka wg

¾

przebicie dynamiczne metodą opadającego stożka wg
PN-EN ISO 13433,

¾

przebicie statyczne metodą CBR wg PN-EN ISO 12236,

¾

pełzanie przy rozciąganiu zgodnie z PN-EN ISO 13431,
ew. pełzanie przy ściskaniu PN-EN ISO 25619.

Wydobywanie geotekstyliów

Wydobywanie geotekstyliów

Badania trwałości

Badania trwałości

W celu bezpośredniej oceny rozmiarów degradacji w
terenie, pożądane jest wydobycie geotekstyliów
bezpośrednio po ich wbudowaniu, po pewnym okresie
eksploatacji lub po upływie projektowanego czasu

eksploatacji lub po upływie projektowanego czasu
użytkowania.

Sposób wydobywania geotekstyliów określa norma
PN-EN ISO 13437. W celu kontroli warunków
wydobywania geotekstyliów zaleca się, oprócz badań
standardowych, metody analizy fizycznej i chemicznej.

d

d

cdn

cdn…

…