Građevinski fakultet sveučilišta u Rijeci

Kolegij: Geotehničko inženjerstvo

Akademska god. 2008./2009.

SEMINARSKI RAD

ARMIRANO TLO

Izradili:

Jug Drobac

Roberta Grgić

Mirela Horvat

Martina Jardas

Tomislav Kevrić

Ivana Lanča

Zlatan Kovačević

Neven Petrović

1. UVOD

Proizvodi od sintetičnih materijala, namijenjeni uporabi u zemljanim građevinama (i općenito u

graditeljstvu) pojavili su se u većoj mjeri prije četrdesetak godina i otada se njihova primjena

brzo širi. Geosintetici se rabe u svim područjima graditeljstva, kao što su prometnice,

hidrotehničke građevine, podzemne građevine, mostovi, zgradarstvo, sportski objekti, objekti

zaštite okoliša, a velika im je uporaba i u poljoprivredi i šumarstvu.

2. PRIMJENA ZEMLJANOG MATERIJALA KAO GRAĐEVINSKOG MATERIJALA

1.1. Vrste i namjena građevina od zemljanog materijala

Zemljanim materijalom nazivamo sve vrste kamena, kamene sitneži, šljunka, pijeska, praha, gline

i sve njihove mješavine. To mogu biti prirodni materijali u tanjim ili debljim naslagama,

homogeni, pravilno ili nepravilno uslojeni ili umjetno pripremljeni materijali, kao što su lomljen

kamen, drobljenac, mljeveni pijesak i slično.

Građevine od zemljanog materijala su nasipi pomoću kojih se:

- vode prometnice, kao što su ceste, željezničke pruge, aerodromske staze za uzlijetanje i za

slitanje aviona i sl.

- reguliraju riječni tokovi radi obrane od poplava, kanaliziraju vodni tokovi za plovidbu,

iskorištava energija

- velikim branama akumulira voda i regulira njezin protok da bi se mogla proizvesti

električna energija, stvaraju zalihe vode za industriju, natapa oranice, opskrbljuju naselja pitkom

vodom i omogućuje rekreaciju

Upotreba ovakvih građevina ima tradiciju staru gotovo kao i ljudska civilizacija. Najdavnije su

organizirane zajednice nastale uz tokove velikih rijeka. Voda je služila za natapanje

poljoprivrednih zemljišta, a za to su se izvodile mnoge velike građevine od zemljanih materijala.

Ima ostataka i povijesnih dokumenata o takvim objektima u Mezopotamiji, Egiptu i Indiji. U

Španjolskoj ima nasutih brana još od vremena Rimskog Carstva. Najviše se napredovalo u ovom

području u najnovije doba, i to zbog razvoja nauke o mehanici tla koja je omogućila da se

građevine racionalno dimenzioniraju, te zbog izuma strojeva za masovno kopanje, prijevoz i

ugrađivanje materijala.

Poprečni presjek zemljanih nasipa je trapeznog oblika. Visinu nasipa i širinu krune diktira

njihova namjena. Nagib kosina ovisi o visini nasipa, o osobinama materijala u nasipu i u njegovoj

podlozi i o potrebnoj sigurnosti od sloma kosina i erozije.

1.2. Izbor i ispitivanje materijala za nasipe

Najveći dio troškova otpada na prijevoz materijala od pozajmišta do mjesta gdje se on ugrađuje.

Svaki se zemljani materijal može upotrijebiti ako se oblik, dimenzije i konstrukcije nasipa

prilagode njegovim osobinama. Zato je osnova za dobar projekt nasipa da se potanko prouči

materijal u blizini gradilišta. U tu svrhu, izradi se mreža sondažnih bušotina u razmacima od 50

do 100m, vade se poremećeni i neporemećeni uzorci, materijali se klasificiraju, u laboratoriju se

odredi prirodna vlažnost i aksijalna čvrstoća.

Ispitivanja tih uzoraka obuhvaćaju:

- Aterrbergove granice plastičnosti

- Granulometrijski sastav

- Prirodni porozitet i sadržaj vlage

- Karakteristike zbijanja

- Parametre čvrstoće

- Stišljivost i propusnost umjetno zbijenog materijala

1.3. Osobine zbijanja materijala

Kad kopamo prirodno tlo, povećava se porozitet, koji zadrži i nasuti materijal. Stoga se nasip

sliježe sve dok se porozitet ponovno prilagodi naponu zbog vlastite težine. Tlo se u nasipe

ugrađuje u slojevima i zbija prikladnim valjcima, vozilima ili nabijačima. Osobine zbijena tla

ovise o vlažnosti i radu utrošenom za zbijanje. Razni valjci prikladni su za zbijanje različitih

materijala pa je potrebno odabrati one koje omogućuju najbolju zbijenost i način. Glatki valjci

koriste se za zbijanje kamenih podloga i drobljenih kamenih materijala te zaglađivanje završnih

slojeva glinenih slojeva. Ježevi se koriste za prašinaste materijale male kohezije, sve do glina

visoke vrijednosti kohezije. Valjci sa gumenim kotačima koriste se za zbijanje koherentih i

nekorentih materijala. Vibracijski glatki valjci izazivaju vibracije koji povećavaju efekt zbijanja i

učinak im je i do 6 puta veći od mase koje posjeduju. Koriste se za nekoherentne materijale i

nasipe od krupnog drobljenog kamenog materijala. Vibracijski ježevi koriste se za zbijanje

sitnozrnastih materijala niske i visoke kohezije. Za slabo pristupačna mjesta koriste se vibracijske

ploče ili motorni nabijači.

2. METODE OJAČANJA ZEMLJANIH NASIPA

2.1. Potporni zidovi

Potporni zidovi su sastavni dijelovi raznih građevina. Mogu biti: krila upornjaka mostova, zaštite

predulaza u tunele, ali i valobrani, zidovi brodskih prevodnica, suhih dokova i niza drugih

građevina koje se izvode u zasjecima, u usjecima ili uz nasipe.

Prema tipu se potporne građevine mogu podijeliti na:

– masivne, gravitacijske;

– olakšane, gravitacijske, lagano armirane;

– tankostijene, armirane.

MASIVNI, GRAVITACIJSKI POTPORNI ZIDOVI velikih su dimenzija. Kod većih visina,

dimenzije postaju ograničavajući čimbenik. Stoga se iznalaze razni načini za savladavanje većih

visina.

OLAKŠANI POTPORNI ZIDOVI nešto su lakši od masivnih. Mogu imati štedne otvore ili mogu

oblikovno biti prilagođeni tako da mogu nositi zadano opterećenje. U ovu skupinu spadaju zidovi

s konzolom i zidovi sa zategom.

TANKOSTJENI, armirani potporni zidovi imaju proširenu, armiranu temeljnu stopu na

unutrašnjoj strani i/ili na vanjskoj strani, što ovisi o slobodnom prostoru. Uz to mogu imati rebra

ili kontrafore. Potporni zidovi se dimenzioniraju na aktivni pritisak, jer se smatra da mogu

podnijeti deformaciju koja će takvo stanje u tlu izazvati.

Potporni zid od armiranog tla je građevina uklopljena u nasip i s nasipom čini jednu cjelinu. Kao

cjelina djeluje kao gravitacijski savitljivi potporni zid. Nasip u području armiranja izvodi se od

nekoherentnih materijala da se izbjegne utjecaj hidrostatskog pritiska. Vlačne sile preuzima, kako

mu i samo ime kaže, "armaturom" koja se u tlo ugrađuje tijekom izvedbe. Lice građevine

zaštićeno je posebnim komadima ili gradivom koje ujedno može biti i armatura. Nema posebno

oblikovanog temelja, ali podliježe provjeri dodirnih pritisaka.

2.2. Potporne građevine od armiranog tla

Pod potpornom građevinom od armiranog podrazumijeva se ona vrsta gradnje koja djeluje na

nacin da armatura, ugrađena u nasip, naprezanja prenosi trenjem po dodirnoj površini između

armature i tla u nasipu. Armatura i nasip tvore jedno tijelo koje djeluje kao gravitacijski potporni

zid s određenim posebnostima. Armirano tlo najčešće se koristi za izradu potpornih građevina

koje drže nasipe i upornjake mostova.

Potporne građevine od armiranog tla mogu se koristiti i pri gradnji:

završetka nasipa – upornjaka mosta; kada je stup mosta temeljen duboko, neovisno o

nasipu od armiranog tla;

vijadukta, zamjenu armiranim tlom;

nasutih brana; obrambenih nasipa; nasipa za željeznice;

naselja na kosini;

raznih industrijskih pogona koji tehnološki zahtijevaju denivelaciju tla;

vojnih građevina (bunkeri);

sportskih građevina (skijaških skakaonica);

zaštitnih nasipa za tankvane

pristanista i obala plovnih kanala itd.

3. METODE ARMIRANJA NASIPA I DOPRINOS ARMIRANJA U STABILNOSTI

ZEMLJANIH NASIPA

3.1. Tehnologija izvedbe armiranog tla

Tehnologija izvedbe armiranog tla zahtijeva s jedne strane gradivo kojim se armira, a s druge

strane tlo koje se armira. Iz toga proizlazi da su ovakve građevine u osnovi nasute građevine, u

koje se tijekom nasipavanja i zbijanja ugrađuju vlačni elementi, odnosno armatura. Razlikujemo

metalnu i armaturu od plastičnih masa. Armirano tlo zahtijeva dvije temeljne vrste gradiva: nasip

i armaturu. Osim ta dva osnovna gradiva dodaju se elementi lica, najčešće ukrasni, prilagođeni

upotrebi i okolini građevine.

3.1.1. Armature:

1. Metalna armatura

Metalne trake za armiranje tla

Osim traka koriste se kao armatura i metalne mreže. Danas ih sve više zamjenjuju razne vrste

sintetičkih materijala.

2. Armature od plastičnih masa

Postoje dvije vrste armatura od plastičnih masa. Geotekstili, koji mogu biti netkani, tkani, pleteni

i sl. Pojavili su se ranije u upotrebi. Ima ih raznih vrsta i kakvoće. Primjenjuju se kao armature i

kao filtarski i odvajajući slojevi. Geomreže se pojavljuju se nešto kasnije i još uvijek se ispituju

raznovrsne mogućnosti njihove primjene u graditeljstvu. Postepeno zamjenjuju pocinčane mreže

u raznim primjenama.

1. Djeluju filtrirajuće.

2. Djeluju odvajajuće.

3. Imaju velike vlačne čvrstoće.

4. Nije ih moguće parati.

5. Ne jedu ih životinje koje žive u tlu (krtice, štakori).

6. Kemijski su postojani na određena onečišćenja koja se mogu pojaviti u tlima.

7. Do danas nije dokazan negativan utjecaj starenja.

8. Mogu biti obojeni, a boja im je postojana.

3.1.2. Nasipni materijal

Kao nasipni materijal koristi se nekoherentno tlo.Takav materijal dobro prijanja uz armaturu i

ima dobra filtrirajuća svojstva. Potporne građevine od armiranog tla ne dimenzioniraju se na

djelovanje hidrostatskog tlaka.

3.2. Lica građevina od armiranog tla

Prvobitno je lice zida od armiranog tla igralo bitnu ulogu u prijenosu naprezanja. Vidalova

(1969.) je ideja da se aktivni pritisak s lica trakama preuzima i prenosi u tijelo građevine trenjem.

Kasnije je uočeno da lice zida od armiranog tla igra vrlo malu ulogu u preuzimanju naprezanja.

Lice je nužno kad mora biti uspravno, a kada nasip ima određeni nagib, lice ima više estetsku

nego nosivu ulogu. Privremene, pogotovo građevine vrlo kratkog trajanja, mogu se izvoditi bez

lica s tim da se vodi računa da rubni dijelovi ne budu opterećeni iz razloga sigurnosti.

Armirano tlo bez lica

U oblikobanju lica revoluciju je izazvao element križnog oblika s četiri točke za prihvaćanje

armature, izveden od betona. Ovi su se elementi mogli estetski oblikovati bilo profiliranjem

vanjskog lica, miješanjem boje s betonom ili kombiniranjem raznih površinskih reljefa i boja.

Geomreže su proizvedene od polietilena visoke gustoće (HDPE) ili polipropilena (PP) posebnom

tehnologijom ekstrudiranja. Time se postiže orijentacija molekula polimera, neka vrsta

prednaprezanja, čime se značajno povećavaju mehaničke karakteristike materijala. Čvorovi su

integralni dio strukture i osiguravaju krutost mreža u svim smjerovima u ravnini. Takve

geomreže svojom visokom vlačnom čvrstoćom i malim istezanjem uspješno armiraju nasip od

koherentnog ili nekoherentnog materijala. Koriste se za izradu armiranih potpornih konstrukcija

bez posebne obrade lica pokosa, a moguće ih je koristiti u različitim kombinacijama s licem od

prefabriciranih elemanata.

Terramesh sustav sastoji se od elemenata izrađenih od heksagonalne mreže izrađene od teško

pocinčane plastificirane žice promjera 2,7 mm, za uporabu u svrhu armiranja nasipa. Vanjsko je

lice sustava gabionski koš koji se puni odgovarajućim kamenom. Iza gabionskog lica postavljen

je sidreni dio od čeličnih heksagonalnih mreža na koje se ugrađuje odgovarajući nasipni

materijal.

Green Terramesh sustav strukturom je nalik na Terramesh sustav, samo što je predviđen za

ozelenjavanje na licu zida. Na prednjem panelu ima Biomac pokrivač koji je napravljen od

mješavine potpuno razgradivih vlakana slame i/ili kokosa spojenih tijekom proizvodnje. Vlakna

su postavljena na sloj celuloze i ojačana polipropilenskom mrežom te sigurnosno zašivena s obiju

strana tijekom proizvodnje. Nakon izvedbe, lice zida zasijava se travnim smjesama. Iza prednjeg

panela postavljen je sidreni dio od čeličnih heksagonalnih mreža na koje se ugrađuje

odgovarajući nasipni materijal.

3.3. Vrste geosintetika i njihova proizvodnja

3.3.1. Vrste geosintetika

Prema građi i funkciji, geosintetici se mogu podijeliti na:

- geotekstile - Geotekstili se sastoje od posebno složenih i učvršćenih vlakana, tako da

najčešće imaju izgled i građu neke vrste "flica". U tlu, odnosno građevinama, obavljaju više

funkcija kao što su: razdvajanje, armiranje, filtriranje i dreniranje.

- geomreže - Geomreže su geosintetici otvorene grade kod kojih su otvori mnogo veći od

dimenzija materijala. Glavna im je svrha armiranje, a u nekim slučajevima mogu služiti i za

razdvajanje materijala,

- Geomembrane - Geomembrane su nepropusne folije, a služe za brtvljenje-sprečavaju

prolaz vode ili plinova.

- Geokompozite - Geokompoziti su složeni materijali koji se sastoje od geotekstila i

geomreža ili od geomembrana i geomreža, ili kombinacija tih materijala, s drugim materijalima, a

služe za prije spomenute funkcije i njihove kombinacije.

Poliesterske mreže za armiranje asfalta i tla

To je posebna vrsta mreža koja, je razvijena za potrebe armiranja asfaltnih slojeva, a

upotrebljavaju se i za armiranje tla. Takve se mreže u svijetu, a i kod nas, u te svrhe rabe već

dvadesetak godina

.

Polietilenska mreža za armiranje asfalta i tla

Sastav materijala — poliester osigurava mrežama dobra mehanička svojstva, te dovoljnu

otpornost prema visokim temperaturama kakve imaju asfaltne mješavine (do 160nCj tijekom

polaganja). Mreže imaju pravokutna okca, dimenzije kojih su 20 X 20, .30 x 30 ili 40 x 40 mm.

Mreže su načinjene tkanjem od kontinuiranih filamenata. Posebno je važno da mreže imaju

površinsku obradu koja omogućuje dobro sljepljivanje s asfaltom. Mreže su obično široke do 2

metra. Poliesterska mreža za armiranje asfalta prikazana je na .

Geomembrane

Geomembrane služe za postizanje nepropusnosti građevina, prije svega za tekućine. Njihova je

upotreba u svijetu velika; od svih geosintetika na drugom su mjestu po brojnosti primjene.

Za njihovu se proizvodnju upotrebljavaju različite sirovine - razni polimerni materijali (PEHD,

PELD, PVC), sintetična guma i kombinacije, od kojih se u industrijskim postrojenjima proizvode

folije. Geomembrane se mogu proizvoditi i od bitumeniziranih netkanih ili tkanih tekstila, a tada

se mogu raditi i na samom gradilištu. Folije mogu biti jednoslojne i višeslojne. Da bi im se

poboljšala otpornost, mogu se kombinirati i s plošnim materijalima druge vrste. Postoje brojni

postupci za proizvodnju geomembrana. Debljina je geomembrana različita, i to najčešće od 0.25

do 2,5 mm, ali je moguće proizvesti i one kojima je debljina 15 mm. Širina im je obično do 2

metra, ali može biti i veća. Na je shematski prikazan postupak proizvodnje geomembrane koja se

sastoji od tri sloja. U tom je postupku srednja folija proizvedena prije posebno, a gornja i donja

folija izrađuju se tijekom postupka i u vrućem se stanju spajaju sa srednjom folijom.

Shematski prikaz jednog od načina proizvodnje geomembrana (troslojna geomembrana)

Geokompoziti

Osnovna je zamisao ideja izrade geokompozita u tome da se spoje geosintetici određenih

svojstava kako hl se ostvarila, optimalna svojstva potrebna za rješenje određenoga problema.

Geokompoziti od geomreže i geotekstila

Ovi geokompoziti mogu se sastojati od jedne mreže i jednog sloja geotekstila ili mreže i dva sloja

geotekstila. Takav kompozit zadržava, drenažna i filtracijska svojstva, ali mu je čvrstoća znatno

povećana, tako da može obavljati i funkciju armiranja.

Spajanje mreža i tekstila obavlja se tvornički, termičkim ili kemijskim načinom.

Geokompoziti od geotekstila i geomembrane

Ovi geokompoziti sastoje se obično od geomembrane s kojom je na obje strane slijepljen

geotekstil. Prednost je toga materijala, čija je osnovna namjena brtvljenje, da, mu je tako znatno

povećana otpornost prema, probijanju, što nekada, može biti vrlo značajno. Isto tako, ako se u

kombinaciji s folijom rabe deblji geotekstili, oni mogu služiti i kao filtri za odvod vode (u

njihovoj ravnini), te tako spriječiti da geomembrana bude u stalnom dodiru s vodom.

Povećano je također međupovršinsko trenje, tj. trenje s tlom s kojim je geokompozit u dodiru, što

također može biti važno.

Geokompozlti od geomembrane i geomreže

Ova kombinacija služi također za, ostvarivanje propusnosti, ali ujedno može obavljati i funkciju

armiranja. I ovdje je povećano trenje površine geokompozita s okolnim medijem.

Ostali geosintetici i geokompoziti

Danas se za određene svrhe proizvode i mnoge druge vrste geosintetika. Treba spomenuti,

primjerice prostorne strukture - geoćelije što služe za stabilizaciju nasipa i pokosa, sintetske

strunjače za građenje preko slabog tla, geokompozite koji se sastoje od tekstila i filtarskog

materijala za dreniranje i dr.

3.3.2. Proizvodnja geosintetika

Geosintetike proizvode tekstilna industrija i industrija plastičnih proizvoda. Sirovine za

proizvodnju geosintetika su raznovrsni polimerni materijali. Za neke se vrste geosintetika

(geotekstili) moraju najprije od polimera proizvesti vlakna, dok se druge vrste mogu proizvoditi

izravno od polimera.

3.4. Spajanje geosintetika

3.4.1. Općenito o spojevima

Geosintetici; bilo da je riječ o geotekstilima, geomrežama, geomembranama,ili geokompozitima,

rade se u ograničenim, širinama i dužinama, tako da se u neprekinutim površinama, mogu

upotrijebiti samo kod manjih građevina. Pri većim projektima treba ih nastavljati, odnosno

spajati. Spajanje ovisi o vrsti geosintetika i o zahtjevima građevine. Od spojeva se nekada traži da

imaju istu mogućnost prijenosa sila kao i osnovni geotekstil, a nekada je važna, primjerice

njihova nepropusnost. Sve je to utjecalo da se razvilo više načina spajanja koji se danas

primjenjuju. Načelno, najjednostavnije je preklapanje i ono se može izvesti gotovo svih vrsta

geosintetika. (ako ne postoje posebni zahtjevi na spojeve). Od ostalih su načina važni: šivanje

(kod geotekstila), vezivanje (kod mreža), lijepljenje i posebne kombinacije spojeva. Spojevi se

općenito mogu podijeliti na one što su prije izrađeni i na one što se izrađuju na mjestu polaganja,

tj. ugradnje. Prije izrađeni spojevi mogu se načiniti u tvornici ili izvan mjesta ugradnje, a rade se

prema potrebama, odnosno izmjerama građevine. Njihova je prednosi u tome što su bolje

kakvoće i lakše se izrađuju od onih na mjestu ugradnje (npr. pod vodom). Spojevi izrađeni na

mjestu ugradnje mogu biti uzdužni, tj. to su spojevi usporedno položenih traka, i poprečni

spojevi, tj, nastavci traka. Spojevi su općenito očekivano najslabija mjesta, pa njihovoj izradi

valja obratiti najveću pozornost. Također ih treba strogo provjeravati i ispitivati u skladu s

postavljenim normama. Pri projektiranju građevina (ili u izvedbi) spojeve treba predviđati na

mjestima na, kojima će biti manje ugroženi, odnosno na mjestima, na kojima će posljedice

njihova možebitnoj "popuštanja" biti najmanje štetne.

3.4.2. Sustavi spajanja

1) Spajanje preklapanjem

Preklapanje je najjednostavniji način spajanja geosintetika. Primjenjuje se ako iznad njega dolazi

određena masa tla koja pritisne spoj, kao što su primjerice nasipni slojevi kod prometnica. Kad su

posrijedi građevine pod vodom, to je i jedini mogući način spajanja geotekstila na mjestu same

ugradnje. Za tu je vrstu spojeva važna, veličina preklopa. Za veličinu preklopa, ne može se dati

opće pravilo, jer ona ovisi o položaju i funkciji spoja u građevini, o vrsti tla i nekim drugim

uvjetima, pa, mora, biti određena projektom. Približno, veličina preklopa iznosi 30 do 50 cm.

Preklopi se nekada osiguravaju drvenim kolčićima ili plastičnim pribadačama, pa se u takvim

slučajevima, veličina preklopa može nešto smanjiti. Kod geomreža, preklopi iznose 15 do 25 crn,

a, osiguravaju se vezanjem. Način spajanja, geotekstila preklapanjem predočen je na .

Primjenjuje se u sustavu s nasipnim slojevima.

Spajanje geotekstila preklapanjem

2) Spajanje šivanjem

Šivanje je dobar način spajanja, a primjenjuje se za geotekstile, jer se dobivaju pouzdani i čvrsti

spojevi. Veličina, preklopa može se pri tome smanjiti čak do 1.0 crn. Taj se način spajanja kod

geotekstila često upotrebljava. Upotrebljavaju se posebni ručni šivaći strojevi i poseban sintetični

konac (PE, PA). Debljina konca (linijska u tex) mora biti takva da odgovara ušici igle šivaćeg

stroja, te da konac lako prolazi kroz materijal, bez prevelikog trenja i oštećivanja materijala.

Načini spajanja šivanjem predočeni su na slici.

Načini spajanja geotekstila šivanjem

3) Spajanje lijepljenjem

Ovaj se način primjenjuje zato što postoji kojima se geosintetici mogu pouzdano slijepiti, a dobra

su ljepila poput sintetičnih smola, skupa. Ipak, geotekstili se mogu slijepiti termičkim načinom

pomoću plamenika, ali taj je način neujednačen i nije sasvim siguran, pa se rjeđe provodi.

4) Spajanje posebnim spojevima

Ako se geotekstiloni preko spojenih mjesta treba prenijeti vlačna sila mogu se izraditi posebni

spojevi koji podnose tu silu. Ti se spojevi rade tako da se na obje strane geotekstila načini obrub.

U oba obruba uvuče se neki nosivi element (čvrsta, šipka i sl.), a obrubi se povežu skupa pomoću

plastičnih ili metalnih prstenova ili kopči (slika).

Posebni spoj

3.5. Djelovanje geosintetika u građevinama

Geosintetici u svojim različitim oblicima (tekstili, mreže, membrane, kompoziti) i vrstama

mogu u građevinama obavljati razne funkcije, prilagođene izvedbi radova i/ili dugotrajnom

dobrom služenju građevine.

Najvažnije funkcije su:

- razdvajanje (geomehanički bitno različitih materijala),

- armiranje (slabog tla ili dijelova građevine),

- filtriranje,

- dreniranje (odvodnja) i

- brtvljenje (izolacija, zaštita okoliša).

3.5.1. Razdvajanje

Razdvajanje znači stavljanje savitljive sintetične brane između dva materijala, čija se svojstva

znatno razlikuju, kako bi se sačuvala cjelovitost i povoljno djelovanje obaju materijala.

Koncept, odnosno učinak razdvajanja, možda se može najbolje predočiti tvrdnjom (Giroud):

"Deset kilograma kamena stavljenog na deset kilograma blata rezultira s dvadeset kilograma

blata". Doista, zrnati materijal stavljen na meko tlo preko odgovarajućega, geosintetika ostaje

kompaktan, a bez njega dolazi do miješanja kamenih zrna i tla, i do gubitka homogenosti. U

donjoj zoni kamenoga sloja dolazi tada do razmicanja kamenih zrna i do gubitka trenja, zrna

se utiskuju u meko tlo, pa u konačnici prevladavaju svojstva tla. Za razdvajanje materijala

mogu služiti geotekstili, geomreže, geomembrana i geokompoziti. Geomembrane zadržavaju

materijale u smislu brtvljenja (radi sprečavanja, toka vode ili pare) i tu ne moraju biti

posrijedi bitno različiti materijali. Geomembrane se, naime, zbog određenih razloga, mogu

predvidjeti i unutar istovrsnog materijala. Razdvajanje, o kome se ovdje raspravlja, odnosi se

na materijale koji se po svojoj vrsti ili stanju međusobno jako razlikuju. Jedan od tih

materijala obično je u geomehaničkom smislu vrlo loš (slabo, organsko tlo, tlo zasićeno

vodom), a drugi dobar (kamen, tj. zrnati kameni materijal). Kod takvih je materijala bitno

spriječiti njihovo miješanje, jer u protivnome, kako je već prije rečeno, pretežu svojstva

slabijega materijala. U tu svrhu mogu poslužiti geotekstili, geomreže ili geokompoziti (koji

se sastoje od geotekstila i geomreže). Najjasniju ulogu glede razdvajanja ima geotekstil. S

obzirom na njegovu građu (poroznost) moguća je filtracija vode iz zasićenoga medija, čime

dolazi do konsolidacije i fiksiranja stanja razdvojenosti. Kod mreža je bitna vrsta kamenoga

nadsloja. Pri određenoj granulaciji materijala nadsloja dolazi do uklještenja zrna u otvore

mreže i stvaranja, jednog sloja uz mrežu koji također može na određeni način obavljati ulogu

filtra. Mreže se inače primjenjuju u težim slučajevima (kod vrlo slabo nosivog, odnosno

mekog tla), kada je potrebno trenutačno aktivirati armirajuću (nosivu) funkciju ili onda kada

nema izgleda da se stanje tla poboljša. Mehanizam razdvajanja, možemo najbolje uočiti

usporedimo li sustav s geosintetikom sa sustavom bez geosintetika. U sustavu bez

geosintetika, pod opterećenjem (osobito u slučaju dinamičkog opterećenja) usporedno nastaju

dva procesa. U donjem dijelu sloja (nadsloja) od zrnatoga kamenog materijala meko (žitko)

tlo počinje ulaziti u šupljine između zrna. Zbog toga se smanjuje trenje medu kamenim

zrnima, ona se postupno (pod ponavljanim opterećenjem strojeva za ugradnju ili prometa)

razmiču, a prostori između njih sve više se ispunjavaju žitkim tlom. Istodobno i kamena zrna

iz sloja prodiru u meko tlo i miješaju se s njim. Ishod je taj da se gubi homogenost kamenog

sloja drastično smanji njegova "efektivna debljina". Uvođenjem brane od geosintetika između

kamenoga sloja i mekoga tla situacija se bitno mijenja. Kameni sloj ostaje odvojen od tla,

njegova debljina i struktura su sačuvane, tako da može uspješno djelovati (npr. kao sloj za

povećanje nosivosti ili prometna površina). Filtarsko djelovanje geosintetika (osobito izraženo

kod netkanih tekstila) pomaže učvršćivati ostvarenu stabilizaciju, jer postupno istiskivanje

porne vode iz tla i njeno odvođenje imaju konsolidacijski učinak. Zbog toga geotekstili

moraju zadovoljavati određena filtarska pravila. Da bi se mogli ugrađivati, a da se pritom ne

oštete i da bi mogli zadržavati kameni sloj, geosintetici moraju svakako imati i određena

mehaničke svojstva (vlačnu čvrstoću, otpornost na paranje, otpornost na probijanje i sl.)

Homogenost i cjelovitost zrnatoga kamenog sloja u sustavu kolničke konstrukcije bez

geosintetika (A) i s geosintetikom (B)

3.5.2. Armiranje Općenito

Geosintetici imaju znatnu vlačnu čvrstoću, a (slabo) tlo nema to svojstvo. Stoga je logično da

se određenim kombiniranjem tih dvaju materijala može dobiti poboljšano stanje. Ovisno o

načinu opterećenja i položaju geosintetika moguća su dva osnovna tipa armiranja:

- membranski tip i

- posmični tip (sidreni tip) armiranja.

Membransko se armiranje javlja kada je geosintetik položen na stišljivo tlo, a na njega djeluje

vertikalno opterećenje. U geosintetiku se javlja vlačno naprezanje što rasterećuje tlo koje ga

samo ne bi moglo preuzeti. Posmično se armiranje javlja zbog učinka posmika (odnosno

trenja) na međupovršinama geosintetika i dodirnih materijala (zrnatog materijala i tla). Vrlo

slično posmičnome sidreno je armiranje, samo što se tu trenje javlja s obje strane elemenata

koji služe za sidrenje. Svakako da učinci armiranja geosinteticima imaju veliko značenje za

poboljšanje nosivosti sustava građevina. Oni počinju djelovati samo pri određenim stanjima

deformacije, što je vezano uz jakost opterećenja, ali i uz malu nosivost tla. S obzirom na

vlačna naprezanja u geosintetiku, ima veliko značenje i kakvoća samoga geosintetika, prije

svega vlačna čvrstoća (odnosno modul). Geosintetici su vrlo pogodni materijali za različite

svrhe i načine armiranja tla. Mehanizmi djelovanja geosintetika kod visokih nasipa i

potpornih građevina svode na povećanje posmične čvrstoće tla u slučaju njegova armiranja

geosinteticima, pri čemu su, osim svojstava geotekstila (vlačna čvrstoća, puzanje, trenje

površina), bitne i dimenzije i položaj geosintetika u građevini. Slični se učinci glede armiranja

takvih građevina mogu, međutim, ostvariti i s nekim drugim materijalima (metali, beton), a to

se i činilo prije pojave geosintetika. Posebni učinci, svojstveni isključivo geosinteticima,

ostvaruju se prije spomenutim membranskim tipom armiranja. Učinak se armiranja pritom

javlja tek uz određeno stanje deformiranosti sustava tlo - geosintetik (s nadslojem zrnatog

materijala).

Membranski način armiranja

Mehanizmi membranskog armiranja

Mehanizmi membranskog armiranja mogu se razjasniti ako se razmotri jedan zrnati sloj

položen na meko tlo koji se izlaže ponavljanju opterećenja (od gradilišnog ili "normalnog"

prometa), i to bez geosintetika, odnosno preko brane od geosintetika.

Djelovanje sustava bez geosintetika

Vozila koja se kreću po sloju zrnatoga kamenog materijala nanose opterećenje koje se

prolaskom kroz sloj širi na veću površinu, te se tako smanjuje. To smanjenje mora biti takvo

da tlo može preuzeti prenesena naprezanja bez štetnih posljedica, tj. bez prekomjernih

deformacija. Za to je potrebno da sloj ima dovoljnu debljinu i da pri opterećenju ostane

cjelovit. Kada je tlo slabo, mogu nastati neprihvatljivo velike deformacije, i to u dva slučaja:

- ako su opterećenja mala, a broj prijelaza velik,

- ako su opterećenja velika, i pri malom broju prijelaza.

Mehanizam ponašanja sustava u tim slučajevima predočen je na ci.

Mehanizmi ponašanja kolničke konstrukcije na mekom tlu bez geosintetika

Pri malim se opterećenjima sloj kamenoga materijala ugiba prema dolje, a opterećenje se od

kotača širi na površinu tla, znatno veću od otiska kotača. Pri opetovanim opterećenjima

kameni materijal ne može podnijeti vlačna naprezanja, te počinje pucati od donje površine

sloja. U te pukotine i šupljine ulazi tlo, pa se tako narušavaju dodiri između kamenih zrna i

ona "plivaju" u mekanom materijalu. Time se smanjuje čvrstoća i sposobnost prijenosa

opterećenja kroz sloj, pa pri mnogobrojnim prijelazima opterećenja dolazi do jakih

deformacija i propadanja kolnika uz pojavu posmičnih lomova u tlu. Pri velikim

opterećenjima, odmah dolazi do loma u sloju kamenog materijala i do utiskivanja "piramide"

od zrnatog materijala u tlo. Nakon daljnjih prijelaza opterećenja mekano tlo prodire duž

stranica piramide prema gore, dolazi do "kuhanja" materijala, a nosivost se sustava približava

nosivosti samog tla.

Djelovanje sustava s geosintetieima

Geosintetik mijenja ponašanje sustava kameni materijal - slabo nosivo tlo na ovaj način:

- pri malim opterećenjima:

- poboljšava rasprostiranje opterećenja i smanjuje progibe,

- sprečava prodiranje mekanog tla u pukotine i šupljine u sloju kamenoga

materijala, pa time taj dio zadržava sposobnost za podnošenje opterećenja;

- pri velikim opterećenjima:

- javlja se povećano vlačno naprezanje u geosintetiku, koje nastavlja pomagati

rasprostiranju opterećenja što se prenosi kroz sloj kamenog materijala. Geosintetik, međutim,

nastavlja razdvajati sustav kamenog materijala i tla te sprečava njihovo miješanje. Nastaju

deformacije oblika kolotraga u čitavom sustavu. Ako se te deformacije na površini kamenoga

sloja popune, nosivost se sustava uvelike povećava, jer piramida prijenosa, opterećenja

postaje šira.

- što se tiče vrste geosintetika (geotekstili ili geomreže), oni imaju glede

načina armiranja slično djelovanje, ali ipak postoje i određene razlike. Naime, kad je posrijedi

mreža, dolazi do uklještenja kamenih zrna u njenim otvorima tako da ona "vire" kroz te

otvore. Na taj se način dobiva jedna medupovršina s potencijalno vrlo jakim trenjem što

doprinosi učinkovitosti armiranja (posmično armiranje). Mreže, osim toga, imaju redovito

znatno veće module krutosti od tekstila, što također ima velik utjecaj na armiranje. Na učinak

armiranja tla uvelike utječe deformiranost sustava (od opterećenja). Naime, tek pri znatnijim

deformacijama geosintetika (i kamenog sloja) dolazi do izražaja tzv. "učinak napete

membrane" i preuzimanje opterećenja, te rasterećenje tla. Analize i opažanja su pokazali da je

kod sustava s geosinteticima dubina kolotraga, što izazivaju vozila, jedan od najznačajnijih

činitelja glede mogućnosti da, podnose opterećenja.

3.5.3. Filtriranje

Od geosintetika, sposobnost filtriranja imaju geotekstili i neki geokompoziti (u kojima, se

nalaze geotekstili) imaju tu sposobnost. Učinak filtracije netkanoga tekstila uključuje prolaz

vode kroz sam materijal (okomito na njegovu površinu) i zadržavanje čestica tla na strani od

koje dolazi voda prema tekstilu. On je bitan kod uređaja za podzemnu odvodnju građevina.

Oba spomenuta zahtjeva, tj. vodopropusnost i zadržavanje čestica tla traže se istodobno, što

znači da struktura netkanoga tekstila mora biti dovoljno "otvorena" da bi kroz njega mogla

prolaziti voda, a dovoljno gusta da se zadrže sitne čestice tla. Pri tome se očekuje da sustav

djeluje dugo, tj. da ne dođe do začepljenosti pora u tekstilu tijekom očekivanog trajanja

građevine. O tom svojstvu brine se tekstilna industrija i ona može proizvesti materijale koji

su glede oltarskih svojstava pogodni za rješavanje različitih geotehničkih problema kod

građevina.

Mehanizam filtriranja

Djelovanje uređaja za odvodnju (podzemnu) općenito se osniva na filtraciji. Uređaji za

odvodnju radili su se na klasičan način od zrnatih materijala određenih granulacija. U novije

se vrijeme za te svrhe vrlo uspješno upotrebljavaju geotekstili. Filtar mora imati sposobnost

da zadrži čestice tla koje bi voda mogla ispirati iz tla, a ujedno mora dopuštati prolaz vode.

Ta dva zahtjeva, ako ih se shvati previše doslovno, zapravo su u proturječju. Naime, sve

čestice tla mogla bi zadržati jedino membrana koja nema nikakvu propusnost, ali u tom

slučaju kroz nju ne bi mogla prolaziti voda. Ako bi se, pak, tražilo da voda sasvim neometano

prolazi kroz filtar, on bi morao imati vrlo velike otvore koji ne bi mogli zadržati čestice tla.

Stoga, svojstva filtra moraju biti takva da bude ostvaren kompromis između ta dva zahtjeva -

filtar smije samo neznatno ometati protjecanje vode, a mora spriječiti razaranje strukture tla

što bi moglo nastati zbog erozivnog djelovanja vode. Shodno tome, dobar filtar mora imati

otvore koji su i dovoljno veliki i dovoljno mali. Otvori moraju biti dovoljno veliki da

omoguće gotovo slobodan prolaz vode (što može dovesti do gubitka određene količine

najsitnijih čestica iz tla), ali i dovoljno mali da se kostur čestica, tla, koji tlu daje strukturnu

stabilnost, ne poremeti. Filtracija uz primjenu geotekstila može se definirati i ovako: to je

ravnoteža sustava geotekstil - tlo, pri kojoj je omogućen slobodan protok vode poprečno na

ravninu geotekstila, bez gubitka čestica tla, tijekom neograničena vremena. Filtri moraju stoga

zadovoljavati zahtjev vodopropusnosti, zahtjev zadržavanja čestica, tla i zahtjev dugotrajnog

djelovanja. Ispravno projektirani i izrađeni sustavi filtara s geotekstilima mogu dobro

odgovoriti tim zahtjevima.

Vodopropusnost

Vodopropusnost se geotekstila ne može jednostavno izraziti "normalnim" koeficijentom

vodopropusnosti k. Geotekstili su, naime, stišljivi i njihova stvarna vodopropusnost ovisi i o

njihovoj "stisnutosti", odnosno stvarnoj debljini pod opterećenjem. Stoga u vodopropusnost

treba biti uključena i debljina geotekstila, te je za poprečnu vodopropusnost, tj. za

vodopropusnost geotekstila pri protoku vode okomito na njegovu površinu uveden pojam

"permitivnosti".

Permitivnost je definirana, kao:

gdje je:

permitivnost,

kn koeficijent vodopropusnosti u smjeru okomitom na geotekstil,

d debljina geotekstila.

Zadržavanje čestica tla i dugotrajno djelovanje filtara

Zadržavanje čestica tla ovisi o dvije vrste parametara:

- mehaničkim i

- geometrijskim.

U mehaničke parametre mogu se ubrojiti hidraulične vučne sile koje nastoje pomaknuti

čestice tla, kohezija tla koja, nastoji zadržati čestice u strukturi i gravitacija koja može

otežavati ili potpomagati pomicanje čestica tla, (ovisno o smjeru toka vode). Geometrijski su

parametri veličina otvora geotekstila, veličina i raspored čestica tla i gustoća tla. Radi

pojednostavljenja, u analizama se obično uzimaju u obzir samo geometrijski parametri.

Pojave pri filtriranju vode iz tla kroz geotekstil općenito su složene. Do sada je uočeno

nekoliko mehanizama koji u određenim situacijama djeluju na proces filtriranja, kao što su:

- blokiranje,

- stvaranje lukova,

- začepljivanje.

Te su pojave prikazane na

Pojave u (na) geotekstilu pri filtriranju vode iz tla: a) blokiranje b) stvaranje lukova c)

začepljivanje.

Blokiranje je definirano kao smanjenje vodopropusnosti geotekstila zbog toga što čestice iz

tla zatvore pore geotekstila na njegovoj površini. Stvaranje lukova također je jedan oblik

blokiranja, pri čemu se slaganjem čestica iz tla blizu otvora stvaraju na površini geotekstila

lukovi koji otežavaju prolaz vode. Začepljivanje je definirano kao smanjenje

vodopropusnosti geotekstila zbog ulaska sitnih čestica tla u pore u unutrašnjosti geotekstila.

Postoji više kriterija za osiguranje svojstva zadržavanja čestica tla, a temelje se na poznavanju

granulometrijskog sastava tla (sitnijih frakcija) i na njegovoj usporedbi s otvorima u

geotekstilu. U tom smislu, primjerice, AASHTO preporučuje:

1) Ako je tlo takvo da manje od 50% čestica prolazi kroz sito No 200 (0,076 mm),

otvor 095 geotekstila mora biti veći od otvora sita No 30 (0,59 mm).

2) Ako je tlo takvo da više od 50% čestica prolazi kroz sito No 200 (0,076 mm), otvor

O95 geotekstila mora biti veći od otvora sita No 50 (0,297 mm).

Pri projektiranju valja izbjegavati situacije koje bi mogle biti nepovoljne glede začepljenja

filtra. To su ovi slučajevi:

- ako se tlo iz kojega se filtrira voda sastoji od pijeska ili prašine bez kohezije,

- ako tlo ima diskontinuirani granulometrijski sastav,

- ako su hidraulički gradijenti veliki.

Ako se takvi uvjeti ne mogu izbjeći, mogu se upotrijebiti filtri od zrnatih materijala, te netkani

tekstili s poroznošću većom od 40%.

3.5.4. Dreniranje

Dreniranje vode iz zasićenoga medija pomoću geotekstila može se obavljati kroz geotekstil u

njegovoj ravnini. Dreniranje se može definirati kao proces u kojemu ravnoteža sustava,

geotekstil tlo dopušta slobodan tok vode bez gubitaka čestica iz tla, u ravnini geotekstila

tijekom neograničenog vremena. Za dreniranje je važna transmisivnost geotekstila. Za takvu

ulogu odgovaraju debeli netkani tekstili koji imaju znatnu poroznost. Tanki tkani tekstili ne bi

u tom smislu bili djelotvorni. Postoje i posebni geokompoziti s velikom mogućošću

prihvaćanja i vođenja, vode u ravnini.

3.5.5. Brtvljenje

Brtvljenje je funkcija geotekstila kojom se sprečava prolaz vode i/ili vodene pare unutar

građevine. Sposobnost brtvljenja imaju geomembrane. Brtvljenje (izoliranje) potrebno je u

mnogim rješenjima u graditeljstvu (zgradarstvo, mostovi, tuneli, hidrotehnika, prometnice,

zaštita okoliša). Sastav geomembrana treba biti takav da, im osigurava dovoljnu

vodonepropusnost (k10-11 cm/s), a u mnogim slučajevima i dovoljnu mehaničku otpornost

za uvjete pri polaganju i u građevini. Ako to nije slučaj, treba ih posebno zaštititi. Svojstva

materijala geomembrana moraju biti takva da bude osigurana dugovječnost njihova

uspješnoga služenja.

Literatura:

Nonveiller, E., (1990), Mehanika tla i temeljenje građevina, pp 237-280, Školska knjiga, Zagreb

Babić, B.  i sur.: Geosintetici u graditeljstvu, HDGI ,Zagreb, 1995

Ling H. I., Leshchinsky D., Tatsuoka F., Reinforced Soil Engineering, Marcel Dekker, Inc., New York, Basel

www.geoservisas.hr/Reference/Stabilizacija_tla_i_temeljenje/stabilizacija_tla_