WYKA
AD: Geosyntetyki
WYKA
AD: Geosyntetyki
Okres użytkowania
Okres użytkowania
kierunek: Budownictwo, st. niestacjonarne
kierunek: Budownictwo, st. niestacjonarne
sem. VI inż. IG
sem. VI inż. IG
Zastosowanie geotekstyliów i wyrobów pokrewnych
wymaga, aby materiały te spełniały określone
funkcje przez minimalny oczekiwany okres, zwany
okresem użytkowania.
TRWAA
OŚĆ
TRWAA
OŚĆ
Podział konstrukcji ziemnych z zastosowaniem
Podział konstrukcji ziemnych z zastosowaniem
GEOTEKSTYLIÓW I WYROBÓW POKREWNYCH
GEOTEKSTYLIÓW I WYROBÓW POKREWNYCH geosyntetyków ze względu na okres eksploatacji:
Ò! tymczasowe  5÷10 lat,
Ò! Å›rednio-okresowe  10÷30 lat,
Ò! trwaÅ‚e  min 60÷120 lat w zależnoÅ›ci od
rodzaju konstrukcji i uregulowań krajowych.
dr inż. Angelika Duszyńska
Właściwości funkcjonalne
Właściwości funkcjonalne
Właściwości funkcjonalne
Właściwości funkcjonalne
Głównym zadaniem oceny trwałości jest oszacowanie
zmian właściwości geotekstyliów w trakcie projektowanego
okresu użytkowania.
Każda z funkcji geotekstyliów uwarunkowana jest jedną
lub więcej właściwościami tzw. właściwościami
 znaczÄ…cymi lub  funkcjonalnymi .
Analiza trwałości geotekstyliów
Analiza trwałości geotekstyliów
Trwałość geotekstyliów
Trwałość geotekstyliów
wyszczególnienie istotnych czynników środowiskowych,
Na trwałość geotekstyliów wpływ mają:
Na trwałość geotekstyliów wpływ mają:
określenie możliwych mechanizmów degradacji w
odniesieniu do wybranego materiału i środowiska,
skład geotekstyliów:
oszacowanie właściwości osiągalnych w funkcji czasu,
polimerowa struktura wyrobu
określenie odpowiednich współczynników redukcyjnych lub
określenie odpowiednich współczynników redukcyjnych lub
(termoplasty amorficzne i skrytokrystaliczne)
(termoplasty amorficzne i skrytokrystaliczne),
właściwości osiągalnych pod koniec projektowanego okresu
rodzaj zastosowanego polimeru (PP, PE, PET, PVC, PA),
użytkowania,
dodatki (antyutleniaczne, stabilizatory UV).
sprawdzenie czy oszacowane właściwości osiągalne pod
środowisko fizyczne i chemiczne,
koniec projektowanego okresu użytkowania są większe od
warunki przechowywania i instalacji,
właściwości wymaganych.
obciążenia przekazywane na geotekstylia.
1
Czynniki wpływające na trwałość
Czynniki wpływające na trwałość
Czynniki wpływające na trwałość
Czynniki wpływające na trwałość
geotekstyliów
geotekstyliów
geotekstyliów
geotekstyliów
przekrytych gruntem:
przekrytych gruntem:
uziarnienie i ostrokrawędzistość,
nieprzekrytych gruntem:
nieprzekrytych gruntem:
kwasowość / zasadowość (pH),
ultrafioletowa składowa promieniowania
jony metali, zawartość związków organicznych,
jony metali zawartość związków organicznych
słonecznego,
obecność tlenu,
ciepło i utlenianie,
wilgotność i temperatura,
wilgotność i opady atmosferyczne,
mikroorganizmy (grzyby, bakterie),
tlenek azotu i siarki, ozon, itp.
korzenie roślin, gryzonie.
Ocena trwałości
Ocena trwałości
Zakres badań trwałości
Zakres badań trwałości
Okres eksploatacji d" 5 lat
Okres eksploatacji d" 5 lat
geotekstyliów
geotekstyliów
Geotekstylia i wyroby pokrewne, które:
W normach (PN-EN 13249 ÷ 13267) szczegółowo okreÅ›lono
badania jakie należy przeprowadzić dla geotekstyliów i
zostały wytworzone z poliestru, polietylenu, poli-
wyrobów pokrewnych w zależności od ich przewidywanej
propylenu, poliamidu 6 (6.6) i
funkcji i zastosowania:
nie zawierają surowców wtórnych,
w konstrukcjach zbiorników wodnych, zapór i kanałów,
w konstrukcjach zbiorników wodnych zapór i kanałów
mogą być uważane za zachowujące dostateczną trwałość
w budownictwie komunikacyjnym,
co najmniej przez 5 lat okresu użytkowania, pod
warunkiem, że stosuje się je:
w zastosowaniach przeciwerozyjnych,
nie w funkcji zbrojenia i jeżeli wytrzymałość
w robotach ziemnych, fundamentach i konstrukcjach
długoterminowa nie jest istotnym parametrem, oraz
oporowych,
w gruntach naturalnych o pH pomiędzy 4 i 9,
na składowiskach odpadów stałych i ciekłych.
w gruncie o temperaturze < 25 °C.
Ocena trwałości
Ocena trwałości
Ocena trwałości
Ocena trwałości
Okres eksploatacji 5÷25 lat Okres eksploatacji > 25 lat,
Okres eksploatacji 5÷25 lat Okres eksploatacji > 25 lat,
trudne warunki środowiskowe
trudne warunki środowiskowe
Geotekstylia, które zostały wytworzone z poliestru,
polietylenu, polipropylenu, poliamidu 6 (6.6) i nie zawierajÄ…
badania wymagane przez normÄ™ zharmonizowanÄ…
surowców wtórnych, mogą być uważane za zachowujące
(zależnie od dziedziny i funkcji),
d t t t ł ść j i j 25 l t k
dostateczną trwałość co najmniej przez 25 lat okresu
dodatkowe badania - głównie próby eksploatacyjne,
użytkowania, pod warunkiem że stosuje się je:
bezpośrednia ocena rozmiarów degradacji w terenie,
w gruntach naturalnych o pH pomiędzy 4 i 9,
wydobycie geotekstyliów bezpośrednio po ich
w gruncie o temperaturze < 25 °C,
wbudowaniu, po pewnym okresie eksploatacji i
oraz jeżeli pomyślnie przeszły odpowiednie badania
po upływie projektowanego okresu użytkowania.
odporności na czynniki chemiczne (utlenianie,
hydroliza, oddziaływanie kwasów i zasad).
2
Ocena trwałości
Ocena trwałości
Cechy związane z trwałością Starzenie się w warunkach atmosferycznych
Cechy związane z trwałością Starzenie się w warunkach atmosferycznych
Starzenie się geotekstyliów powyżej poziomu terenu
odporność na starzenie się w warunkach
powodowane jest głównie przez oddziaływanie
atmosferycznych,
ultrafioletowej składowej promieniowania słonecznego.
odporność na degradację mikro- i makro-
Zwykle geotekstylia są wystawione na działanie promieni UV
biologicznÄ…
biologicznÄ…,
tylko przez określony czas podczas składowania transportu i
tylko przez określony czas podczas składowania, transportu i
wbudowywania, a póz
niej sÄ… chronione przez warstwÄ™ gruntu.
odporność na czynniki chemiczne :ciecze
Przy dłuższym przetrzymywaniu wyrobu powyżej poziomu
(odcieki), hydrolizÄ™ i utlenianie,
terenu, oddziaływanie promieni słonecznych powoduje rozkład
odporność na uszkodzenie mechaniczne.
polimerów i utratę właściwości. Proces ten może być
dodatkowo przyśpieszany przez zanieczyszczenia atmosfery i
kwaśne deszcze.
Starzenie siÄ™
Starzenie siÄ™
Ocena trwałości Ocena trwałości
Ocena trwałości Ocena trwałości
w warunkach
w warunkach
Wpływ sadzy na odporność na UV
Starzenie siÄ™ w warunkach atmosferycznych
Starzenie siÄ™ w warunkach atmosferycznych
atmosferycznych
atmosferycznych
100
Polyethylene
Polypropylene
Konsekwencjami starzenie się wyrobów polimerowych są:
75
Sposoby zabezpieczania
pogorszenie się jakości wyrobu:
wyrobów polimerowych przed
50
właściwości fizyczne:
starzeniem:
- wygląd, gęstość, integralność (struktura),
Poliolefiny (PP, PE):
y ( )
25
25
właściwości mechaniczne:
dodatki sadzy
- wytrzymałość na rozciąganie, odporność na pełzanie
i/lub
0
0 1 2 3 4 5 6
degradacja polimeru: zawartośc sadzy (%) stabilizatory UV
(absorbery nadfioletu),
- rozkład cząsteczkowy (zrywanie łańcuchów),
Poliestery (PET):
- zmniejszenie masy czÄ…steczkowej,
stabilizatory UV
- formowanie się grup z wolnych rodników.
lub
pokrycie ochronne ze
stabilizatorami UV.
Badania Badania trwałości
Badania Badania trwałości
trwałości
trwałości
Odporność na starzenie się
Odporność na starzenie się
w warunkach atmosferycznych
w warunkach atmosferycznych
Odporność na
Odporność na
starzenie siÄ™
starzenie siÄ™
Alternatywnym sposobem badania jest zastosowanie metody
w warunkach
w warunkach
przyspieszonej wg PN-EN 12224. Wymaga to
atmosferycznych
atmosferycznych
kontrolowanego środowiska, w którym próbki są wystawione
na działanie naprzemiennie naświetlania ultrafioletowego oraz
zraszaniawodÄ….
i d
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.
3
p
procent odporności [%]
Badania trwałości Badania trwałości
Badania trwałości Badania trwałości
Odporność na starzenie się
Odporność na starzenie się
Odporność na starzenie się
Odporność na starzenie się
w warunkach atmosferycznych
w warunkach atmosferycznych
w warunkach atmosferycznych
w warunkach atmosferycznych
Najważniejszymi zmiennymi, w badaniach zgodnie z
PN-EN 12224, są: W celu prognozy trwałości czyli określenia zmian
prognozy trwałości
właściwości geotekstyliów wskutek poddania ich badaniom
długość fali (zwykle od 300nm do 400nm) oraz energia
emitowana przez lampy; starzenia, dokonuje siÄ™, zgodnie z normÄ… PN-EN 12226, oceny
wizualnej próbek wystawionych na działanie czynników
wizualnej próbek wystawionych na działanie czynników
temperatura na powierzchni próbki (zwykle 50°C do 75°C);
temperatura na powierzchni próbki (zwykle 50°Cdo75°C);
atmosferycznych i porównuje je z próbkami kontrolnymi.
częstotliwość cykli naświetlanie UV/ zraszanie wodą
Ocenia siÄ™:
(standardowo 5 h na sucho/1 h zraszania);
zmiany w wymiarach i masie powierzchniowej
całkowity czas naświetlania UV (min 320 godzin) i całkowity
czas badania.
zmiany właściwości mechanicznych:
Po cyklu wystawiania próbki na w/w oddziaływanie określa
procentową zmianę wytrzymałości
się pogorszenie właściwości wyrobów zgodnie z normą PN-
zmianę odkształcenia przy maksymalnym obciążeniu.
EN 12226.
Ocena trwałości Badania trwałości
Ocena trwałości Badania trwałości
Maksymalny czas poddawania
Maksymalny czas poddawania
Odporność na czynniki chemiczne
Odporność na czynniki chemiczne
geotekstyliów oddziaływaniu czynników
geotekstyliów oddziaływaniu czynników
atmosferycznych
atmosferycznych utlenianie,
M a k s y m a l n y c z a s
wewnętrzna hydroliza,
p o d d a w a n i a
W y t r z y m a ł o ś ć
Z a s t o s o w a n i e g e o t e k s t y l i ó w
s z c z Ä… t k o w a
oddziaływanie kwasów i zasad,
c z y n n i k o m
a t m o s f e r y c z n y m
z b r o j e n i e l u b i n n e > 8 0 % 1 ÷ 4 m i e s i Ä™ c y *
badania dla specyficznych warunków środowiskowych.
z a s t o s o w a n i a , w
6 0 8 0 % y g
6 0 ÷ 8 0 % 2 t y g o d n i e
k t ó r y c h w y t r z y m a ł o ś ć
d Å‚ u g o t e r m i n o w a
p o k r y ć w d n i u
< 6 0 %
j e s t i s t o t n y m i n s t a l a c j i
Badania specjalne w zależności od polimeru
Badania specjalne w zależności od polimeru
p a r a m e t r e m
> 6 0 % 1 ÷ 4 m i e s i Ä™ 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
poliestry  odporność na hydrolizę zgodnie z
poliestry
< 2 0 % p o k r y ć w d n i u
i n s t a l a c j i
PN-EN 12447,
* 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
poliolefiny (polipropyleny i polietyleny)  odporność na
poliolefiny (polipropyleny i polietyleny)
Wytrzymałość szczątkowa wyraża stosunek wytrzymałości na rozciąganie utlenianie zgodnie z PN-EN ISO 13438,
próbki poddanej oddziaływaniu do wytrzymałości na rozciąganie próbki
poliamidy  odporność na hydrolizę oraz na utlenianie.
poliamidy
kontrolnej (nie poddanej oddziaływaniu czynników degradujących).
Ocena trwałości Badania trwałości
Ocena trwałości Badania trwałości
Utlenianie
Utlenianie
Utlenianie
Utlenianie
W badaniach na utlenianie (wg PN-EN ISO
13348) próbki poddawane są w określonym
Degradacja polimeru na skutek jego reakcji z tlenem,
czasie (od 14 do 56 dni w zależności od
Polimery stosowane do produkcji geosyntetyków przewidywanego zastosowania i polimeru)
szczególnie podatne na utlenianie: działaniu roztworu wodnego
wzbogaconego tlenem w podwyższonej
poliolefiny: PP i PE.
t t (100 l b 110 °C)
temperaturze (100 lub 110 °C).
Sposoby zabezpieczania wyrobów polimerowych
Po cyklu wystawiania próbki na w/w
przed utlenianiem:
oddziaływanie określa się pogorszenie
przeciwutleniacze,
właściwości wyrobów zgodnie z normą
określona konfiguracja polimerów i wyrobów
PN-EN 12226. Określa się zmianę
wytrzymałości na rozciąganie oraz
wydłużenie przy maksymalnym obciążeniu
w stosunku do wyników otrzymanych dla
próbki nie poddanej oddziaływaniu.
4
Ocena trwałości Badania trwałości
Ocena trwałości Badania trwałości
Hydroliza wewnętrzna Hydroliza wewnętrzna
Hydroliza wewnętrzna Hydroliza wewnętrzna
Rozkład cząsteczkowy spowodowany reakcją
Aby zapewnić zadowalającą odporność na hydrolizę
specyficznych chemicznych struktur
wewnętrzną, geotekstylia powinny charakteryzować się
monomerowych z wodÄ… lub parÄ… wodnÄ…,
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
Podatność jest zależna od:
roztworze wodnym o podwyższonej temperaturze na
ciężaru cząsteczkowego,
przynajmniej 90 dni.
końcowej grupy karboksylowej,
Szacuje się, że geotekstylia, które spełniają wymogi normy
Polimery stosowane do produkcji geosyntetyków PN-EN 12447 charakteryzują po 25 latach w gruncie
szczególnie podatne na hydrolizÄ™: nasyconym, w temperaturze 25°C wytrzymaÅ‚oÅ›ciÄ…
szczątkową powyżej 95%.
Poliestry (PET).
Badania trwałości Badania trwałości
Badania trwałości Badania trwałości
Oddziaływanie odcieków
Oddziaływanie odcieków
Oddziaływanie kwasów i zasad
Oddziaływanie kwasów i zasad
Geosyntetyki stosowane na składowiskach odpadów płynnych i
Geotekstylia wbudowywane w grunty o pH innym niż 4÷9
stałych powinny być badane zgodnie z normą EN 14414 na
należy poddać badaniom oddziaływania kwasów i zasad wg
odcieki (syntetyczne i specyficzne dla danej lokalizacji).
PN-EN 14030.
Próbkę zanurza się w roztworze chemicznym o temperaturze
Metoda A - badanie odporności na działanie kwasów dla
50°C na 56 dni, a nastÄ™pnie dokonuje pomiaru zmian
geotekstyliów stosowanych w gruntach o pH < 4 w warunkach podstawowych cech wytrzymałoścowych.
geotekstyliów stosowanych w gruntach o pH < 4 w warunkach podstawowych cech wytrzymałoścowych
tlenowych.
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 poczÄ…tku badania.
Badania trwałości Badania trwałości
Badania trwałości Badania trwałości
Oddziaływania mikro- i makrobiologiczne Odporność na wpływy mikrobiologiczne
Oddziaływania mikro- i makrobiologiczne Odporność na wpływy mikrobiologiczne
Oddziaływania mikrobiologiczne dotyczą  działalności :
Polimery syntetyczne o wysokim ciężarze molekularnym,
które zwykle stosowane są w geosyntetykach generalnie są
bakterii,
niepodatne na wpływy oddziaływania grzybów i bakterii.
grzybów,
W przypadku wyrobów  niepewnych (złożonych z różnych
glonów,
polimerów, zawierających surowce wtórne lub o obniżonej
które atakują i trawią głównie dodatki stosowane do
które atakują i  trawią głównie dodatki stosowane do
jakości), należy wyznaczyć odporność na mikroorganizmy
uplastycznienia niektórych podstawowych polimerów.
przez umieszczenie w gruncie aktywnym mikrobiologicznie,
Może powodować to degradację fizyczną i pogorszenie
zgodnie z normÄ… PN-EN 12225.
struktury cząsteczkowej polimerów.
Wyroby badane zgodnie z normÄ… PN-EN 12225 powinny
Oddziaływania makrobiologiczne dotyczą: utrzymywać właściwości mechaniczne przy rozciąganiu,
które odpowiadają kryteriom dopuszczalnej odchyłki, która
uszkodzeń przez owady i gryzonie,
nie może przekraczać 25% początkowej wytrzymałości na
penetracji przez korzenie roślin.
rozciąganie i wydłużenia przy zerwaniu.
które powodują degradację fizyczną geosyntetyków.
5
Badania trwałości
Badania trwałości
Badania trwałości
Badania trwałości
Odporność na uszkodzenia mechaniczne
Odporność na uszkodzenia mechaniczne
Wydobywanie geotekstyliów
Wydobywanie geotekstyliów
Badania laboratoryjne symulujÄ…ce uszkodzenia mechaniczne:
W celu bezpośredniej oceny rozmiarów degradacji w
zniszczenie geotekstyliów podczas wbudowywania
terenie, pożądane jest wydobycie geotekstyliów
zgodnie z PN-EN ISO 10722,
bezpośrednio po ich wbudowaniu, po pewnym okresie
przebicie dynamiczne metodą opadającego stożka wg eksploatacji lub po upływie projektowanego czasu
przebicie dynamiczne metodą opadającego stożka wg eksploatacji lub po upływie projektowanego czasu
PN-EN ISO 13433, użytkowania.
przebicie statyczne metodą CBR wg PN-EN ISO 12236, Sposób wydobywania geotekstyliów określa norma
PN-EN ISO 13437. W celu kontroli warunków
pełzanie przy rozciąganiu zgodnie z PN-EN ISO 13431,
wydobywania geotekstyliów zaleca się, oprócz badań
ew. pełzanie przy ściskaniu PN-EN ISO 25619.
standardowych, metody analizy fizycznej i chemicznej.
cdn&
cdn&
d
d
6