Co warto wiedzieć o geosyntetykach?

Transkrypt

1 Co warto wiedzieć o geosyntetykach? Dr inż. Angelika Duszyńska Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Niniejszym artykułem w dwumiesięczniku naukowo-technicznym Inżynieria Morska i Geotechnika otwieramy działalność nowego działu Geosyntetyki. Zapraszamy wszystkich zainteresowanych tą tematyką naukowców, badaczy, projektantów, wykonawców i producentów do publikowania artykułów naukowo-technicznych nt. badań, obliczeń i zastosowań geosyntetyków w budownictwie i inżynierii środowiska. Geosyntetyki zrobiły niebywałą karierę. Są obecnie jedną z najszybciej rozwijających się grup wyrobów znajdujących zastosowanie w budownictwie i inżynierii środowiska. Ich gwałtowny rozwój spowodował olbrzymie zapotrzebowanie na precyzyjne wytyczne odnośnie do ich stosowania w różnych dziedzinach, metody projektowania konstrukcji z zastosowaniem geosyntetyków, jak również specjalne metody badań wyrobów, sposoby zapewnienia jakości i długookresowego bezpieczeństwa konstrukcji oraz co jest nieodzownie związane z powyższym odpowiednie przepisy normalizacyjne, regulujące stosowalność tych wyrobów, zarówno pod względem wykonawczym, jak i projektowym. Powszechność stosowania geosyntetyków mogłaby świadczyć, że dogłębnie poznano już ich zalety i nauczono się je wykorzystywać w praktyce budowlanej. Niestety, praktyka dowodzi, że sytuacja nie jest na pewno doskonała. Pomimo że problematyka dotycząca geosyntetyków jest już dość głęboko zakorzeniona w polskim środowisku inżynierskim i wszyscy wszystko wiedzą, zdaniem Autorki niniejszego artykułu widoczna jest istotna potrzeba usystematyzowana tej wiedzy, przede wszystkim ze względu na zauważalne luki w podstawach, np. jeśli chodzi o poprawną, obowiązująca od ponad dwóch lat terminologię. Nazbyt często mylone są geosiatki z georusztami drenażowymi, geomaty z geosyntetykami komórkowymi itp. Stąd w niniejszym artykule podjęto temat m.in. oczywistych oczywistości, jakimi są podstawowe definicje, klasyfikacja i stan uregulowań prawnych. Jednocześnie krótko podsumowano polskie osiągnięcia w dziedzinie geosyntetyków. POLSKI WKŁAD W ROZWÓJ GEOSYNTETYKÓW Prace normalizacyjne Polski Komitet Normalizacyjny jako Krajowa Jednostka Normalizacyjna (NSB) upoważniona jest na mocy ustawy do reprezentowania interesów Polski w dziedzinie normalizacji na arenie międzynarodowej. W 1947 r. PKN został członkiem założycielem Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej ISO i odgrywa w niej do dziś ważną rolę. W przypadku normalizacji europejskiej działalność PKN w tym zakresie jest nieco krótsza. Europejski Komitet Normalizacyjny CEN powstał w 1974 r. PKN uzyskał status afilianta CEN w 1991 r., a od 1 stycznia 2004 roku jako pełnoprawny członek europejskich organizacji normalizacyjnych uczestniczy w opracowywaniu norm europejskich na równych prawach z jednostkami normalizacyjnymi innych krajów. Pod koniec 1993 roku, z niezależnej inicjatywy pracowników Katedry Geotechniki Politechniki Gdańskiej i nieistniejącego już dziś Beskidzkiego Instytutu Tekstylnego, powstała Normalizacyjna Komisja Problemowa ds. Geosyntetyków. Oficjalne zatwierdzenie NKP Nr 142 ds. Geosyntetyków przez Prezesa PKN nastąpiło w czerwcu 1994 r. Komisja została organizacyjnie przydzielona do Zespołu Przemysłu Lekkiego PKN w Łodzi. Pierwszym przewodniczącym Komisji został profesor Eugeniusz Dembicki z Politechniki Gdańskiej [3]. W 2004 roku wszystkie Normalizacyjne Komisje Problemowe, istniejące w ramach PKN, zmieniły nazwę na Komitety Techniczne, dostosowując nazewnictwo do CEN, do którego Polska wówczas została przyjęta na prawie członka pełnego. KT 142 ma aktualnie 12 członków. Są to przedstawiciele administracji państwowej, wyższych uczelni technicznych, instytutu PAN, resortowych instytutów badawczych i przemysłu. INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/

2 Przewodniczącym jest dr inż. Włodzimierz Cichy z Politechniki Gdańskiej. W chwili obecnej wszystkie tematy w programie prac normalizacyjnych Komitetu Technicznego nr 142 dotyczą wprowadzania norm europejskich (CEN) i norm międzynarodowych (ISO) z dziedziny geosyntetyków do zbioru Polskich Norm. Za początek prac normalizacyjnych w zakresie geosyntetyków można uznać koniec lat osiemdziesiątych, kiedy to w ramach Komitetu Technicznego ISO/TC 38 Tekstylia utworzono Podkomitet Techniczny SC 21 Geotekstylia, który po kilkunastu latach, w związku z dalszym niezwykle prężnym rozwojem geosyntetyków, został przekształcony w samodzielny Komitet Techniczny 221 Geosyntetyki. Normalizacja europejska w zakresie geosyntetyków rozwija się od końca lat dziewięćdziesiątych, w ramach Komitetu Technicznego CEN/ TC 189 Geosyntetyki. Przedstawicielem Polski w pracach Komitetu Technicznego CEN/TC 189 jest profesor Adam Bolt z Politechniki Gdańskiej. W dniach od 2 do 4 kwietnia 2003 roku, na Wydziale Budownictwa Wodnego i Inżynierii Środowiska (obecnie Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska) Politechniki Gdańskiej, odbyło się 27 posiedzenie CEN/TC 189. W obradach uczestniczyło 60 osób, będących przedstawicielami krajowych jednostek normalizacyjnych: Austrii, Belgii, Danii, Finlandii, Francji, Hiszpanii, Holandii, Luksemburga, Niemiec, Norwegii, Portugalii, Szwecji, Włoch oraz Zjednoczonego Królestwa. Udział w posiedzeniu wzięli również przedstawiciele PKN oraz członkowie KT 142 ds. Geosyntetyków. Posiedzenia w siedmiu grupach roboczych (WG1 WG6 oraz grupie ad hoc zajmującej się badaniami zbrojenia asfaltów) dotyczyły szczegółowych problemów technicznych i miały na celu uzgodnienie wprowadzanych nowych lub nowelizację dotychczas obowiązujących europejskich aktów normalizacyjnych z zakresu geosyntetyków. Powierzenie organizacji tego spotkania przedstawicielom Polskiego Komitetu Normalizacyjnego i Politechniki Gdańskiej świadczy o wysokiej ocenie dotychczasowej współpracy i wniesionego wkładu w przygotowanie norm europejskich w dziedzinie badań geosyntetyków. Należy podkreślić, że spotkanie TC 189 było pierwszym w Polsce posiedzeniem plenarnym Komitetu Technicznego CEN. Stowarzyszenia Szerokim propagowaniem wiedzy na temat geosyntetyków zajmują się w Polsce stowarzyszenia, poza oczywiście producentami i dystrybutorami tych wyrobów. Pierwszą tego rodzaju organizacją jest powstałe na przełomie 1993 i 1994 roku Stowarzyszenie Producentów Geotekstyliów (SPG), zarejestrowane jako organizacja pozarządowa z siedzibą w Bielsku- Białej (początkowo w Beskidzkim Instytucie Tekstylnym, a od 2009 roku w Akademii Techniczno-Humanistycznej). Obecnie przewodniczącą Zarządu SPG jest dr inż. Joanna Grzybowska- Pietras z ATH w Bielsku-Białej. Członkami Stowarzyszenia są przede wszystkim polscy producenci geotekstyliów i wyrobów pokrewnych. Wokół tego Stowarzyszenia skupia się również wielu inżynierów i naukowców, zajmujących się krzewieniem wiedzy na temat geosyntetyków i ich zastosowań w budownictwie i inżynierii środowiska. Aktualnie Stowarzyszenie zrzesza 33 członków zwyczajnych (osoby fizyczne) oraz 9 przedsiębiorstw i instytucji naukowych. Stowarzyszenie, cyklicznie od roku 1995, organizuje popularną wśród inżynierów szkołę metod projektowania i zastosowania geotekstyliów. W kwietniu 2010 r. organizowana jest kolejna już, XV cykliczna Konferencja Naukowo-Techniczna Geotekstylia w budownictwie i ochronie środowiska Szkoła metod projektowania obiektów inżynierskich z zastosowaniem geotekstyliów. Konferencja ta przeznaczona jest dla szerokiego grona uczestników, przede wszystkim dla producentów, projektantów, wykonawców oraz ośrodków naukowo-badawczych zajmujących się zastosowaniem wyrobów geosyntetycznych w inżynierii wodno-lądowej. W 2006 roku w trakcie trwania Międzynarodowej Konferencji Geosyntetycznej w Yokohamie, skutkiem inspiracji przewodniczącego Międzynarodowego Stowarzyszenia Geosyntetycznego (IGS) J. P. Giroud, narodziła się idea utworzenia polskiego oddziału IGS pod nazwą Polskie Stowarzyszenie Geosyntetyczne. Kolejnym etapem zmierzającym do utworzenia stowarzyszenia było zorganizowane w Warszawie w czerwcu 2007 roku seminarium, które stało się pierwszym formalnym spotkaniem członków stowarzyszenia. W spotkaniu tym brało udział 80 uczestników z Polski oraz przedstawicieli IGS w osobach: J. P. Giroud, Alan MacGow oraz Chris Jenner. Następnie rozpoczął się ciąg formalnych czynności będących warunkiem funkcjonowania stowarzyszenia zgodnie z polskim prawem. Po wielu przygotowaniach, we wrześniu 2008 roku formalnie zostało powołane do życia Polskie Stowarzyszenie Geosyntetyczne (PSG). Do wydarzenia tego doszło podczas konferencji EuroGeo w Edynburgu, gdzie rada IGS zaakceptowała polski oddział jako integralną część swojego Stowarzyszenia. Po trwającym wiele miesięcy dopełnianiu wszystkich formalnych czynności prawnych na terenie naszego kraju, Polskie Stowarzyszenie Geosyntetyczne zostało wpisane do rejestru stowarzyszeń w maju 2009 roku, jako organizacja zrzeszająca specjalistów: producentów i projektantów, zaangażowanych w rozpowszechnianie wiedzy o geosyntetykach. Aktualnie stowarzyszenie liczy 36 członków zwyczajnych i 2 członków wspierających (przedsiębiorstwa) i nieustannie się rozwija. Prezydentem PSG jest prof. Adam Bolt z Politechniki Gdańskiej. Siedziba stowarzyszenia mieści się w Warszawie. Głównym celem działalności PSG jest popularyzacja informacji na temat wszystkich zagadnień dotyczących geosyntetyków, a szczególnie działanie na rzecz promocji rozwoju wyrobów geosyntetycznych oraz ich zastosowań. Stowarzyszenie zamierza wspierać środowiska akademickie w dydaktyce z zakresu geosyntetyków, projekty badawcze realizowane zarówno w przemyśle jak i w jednostkach budżetowych, jak również normalizację w tej dziedzinie, projektowanie, sprzęt do badań oraz kryteria oceny wyrobów. PSG postawiło sobie również za cel działanie na rzecz usprawnienia komunikacji w sprawach dotyczących zastosowań geosyntetyków, zwłaszcza między inżynierami budownictwa, włókiennikami i chemikami. PSG realizuje swoje cele m.in. przez uczestnictwo w pracach organizacji krajowych i międzynarodowych (szczególnie IGS), organizowanie konferencji, przygotowywanie opinii dotyczących aktów legislacyjnych, norm, instrukcji i innych opracowań związanych z upowszechnianiem wiedzy z dziedziny geosyntetyków. 212 INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/2010

3 Badania naukowe, konferencje i seminaria Pisząc o polskim wkładzie w rozwój geosyntetyków, należy podkreślić, że badania naukowe na temat właściwości wyrobów geosyntetycznych, ich zastosowań, jak również zbrojenia gruntu i mechanizmu współpracy grunt-geosyntetyk prowadzone są w Polsce od blisko 30 lat w wielu ośrodkach naukowych, m.in. w Politechnice Gdańskiej, instytucie IBW PAN w Gdańsku, SGGW w Warszawie i innych. Wyniki badań naukowych prezentowane były na wielu światowych konferencyjnych z zakresu geotechniki, budownictwa i inżynierii środowiska, jak również publikowane w czasopismach, głównie geosyntetycznych Geosynthetics International oraz Geotextiles and Geomembranes. Należy wspomnieć również o szeregu seminariów i konferencji organizowanych w Polsce przez ośrodki naukowe, na których szeroko poruszana jest tematyka związana z wyrobami geosyntetycznymi. Geosyntetykom nie tylko poświęca się oddzielne sesje na ważnych ogólnopolskich konferencjach naukowo-technicznych z zakresu geotechniki, drogownictwa, budownictwa wodnego i inżynierii środowiska, ale coraz częściej organizuje się specjalne seminaria i konferencje poświęcone tylko zagadnieniom związanym z zastosowaniami, projektowaniem i badaniami wyrobów geosyntetycznych. Wśród tego rodzaju imprez naukowych, obok już wspomnianej szkoły projektowania i zastosowania geotekstyliów, cyklicznie organizowanej przez Stowarzyszenie Producentów Geotekstyliów, należy wymienić kilka innych. Jednym z pierwszych seminariów w przeważającej części poświęconych geosyntetykom było zorganizowane w 1994 roku w Gdańsku przez ówczesną Katedrę Geotechniki Politechniki Gdańskiej Seminarium Geotechniczne aspekty składowania odpadów. W Seminarium wzięło udział 160 osób z kraju oraz zagranicy (Kanada, Holandia, Niemcy, Czechy), reprezentujących wyższe uczelnie, instytuty badawcze, biura projektowe i firmy wykonawcze oraz administrację państwową. Zaprezentowane referaty zawierały szereg cennych informacji w zakresie rozwiązań konstrukcyjnych oraz metod badań i określania właściwości materiałów stosowanych w konstrukcji składowisk odpadów, w tym głównie geosyntetyków. W 2006 roku, wychodząc naprzeciw zainteresowaniom inżynierów zastosowaniem wyrobów geosyntetycznych w praktyce projektowanej, dwa ośrodki naukowe z Częstochowy i Wrocławia zorganizowały wspólnie w Częstochowie Konferencję Naukowo-Techniczną Geosyntetyki i tworzywa sztuczne w geotechnice i budownictwie inżynieryjnym. Głównym tematem konferencji były szeroko rozumiane zagadnienia stosowania w budownictwie wyrobów geosyntetycznych i to nie tylko w procesie inwestycyjnym nowych obiektów, ale też w robotach modernizacyjnych, remontowych, adaptacyjnych, wzmacniających itp. W konferencji uczestniczyło około 130 osób (z czego blisko 50% z Częstochowy i Śląska). Uczestnikami byli głównie naukowcy, rzeczoznawcy, wykonawcy oraz producenci i badacze materiałów. Niestety reprezentantów projektantów z biur projektów budowlanych było niewielu. Przedstawione referaty obejmowały szerokie spektrum zagadnień związanych z geosyntetykami, zarówno poznawczych, z wykorzystaniem rozwiązań teoretycznych oraz badań laboratoryjnych, modelowych i terenowych, jak również praktycznych problemów inżynierskich o charakterze aplikacyjnym. We wrześniu 2009 roku w Gdańsku odbyło się dwudniowe międzynarodowe Seminarium Naukowe Zastosowanie geosyntetyków w budownictwie i inżynierii środowiska, organizowane przez: Katedrę Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego Politechniki Gdańskiej oraz Katedrę Geotechniki w Budownictwie Uniwersytetu RWTH w Aachen. W seminarium wzięło udział ponad 100 osób (w tym uczestnicy z Niemiec) projektantów, pracowników naukowych, inwestorów, wykonawców oraz innych osób, które w praktyce, jak i w teorii zainteresowane były problematyką geosyntetyków. Tematyka Seminarium obejmowała zagadnienia: badań i trwałości geosyntetyków, zastosowania geosyntetyków w inżynierii i geotechnice, w budownictwie wodnym i morskim oraz w konstrukcji składowisk odpadów. Wygłoszono w sumie 11 referatów problemowych w języku polskim i angielskim (z tłumaczeniem symultanicznym), poruszających najbardziej aktualną tematykę i podejmujących dyskusję na temat perspektyw stosowania geosyntetyków w budownictwie i inżynierii środowiska. Seminarium to było forum szerokiej wymiany poglądów na temat stosowanych tworzyw sztucznych i geosyntetyków w określonych dziedzinach budownictwa oraz perspektyw, kierunków i potrzeb rozwoju tych wyrobów i nowych technologii zastosowań z uwzględnieniem optymalizacji parametrów jakości, trwałości, wytrzymałości i kosztów. Obok wyżej wspomnianych konferencji corocznie odbywa się wiele różnego rodzaju warsztatów i seminariów, których organizacji podejmują się firmy inżynieryjno-konsultingowe zajmujące się dystrybucją wyrobów geosyntetycznych, projektowaniem i wdrażaniem na polskim rynku nowoczesnych technologii z zastosowaniem sprawdzonych w świecie geosyntetyków. Dostępna literatura polskojęzyczna dotycząca geosyntetyków Geosyntetyki, tak modne i coraz szerzej stosowane na polskim rynku, nie doczekały się godnego, kompletnego podręcznika, w którego treści znalazłyby się zarówno opis: rodzajów, funkcji i zastosowań, jak również procedury obliczeniowe, których wyraźny brak dostrzegany jest na rynku projektowo-wykonawczym. W ostatnich latach ukazało się kilka pozycji książkowych nt. geosyntetyków, jednakże nie wyczerpują one tematu, albo pobieżnie zajmując się poszczególnymi zagadnieniami, albo skupiając się na wybranych rozwiązaniach projektowych. Obecnie na polskim rynku dostępne są następujące pozycje literaturowe (wymienione w kolejności chronologicznej): Bugajski M.: Geosyntetyki w budownictwie drogowym. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 1999; Wesołowski A., Krzywosz Z., Brandyk T.: Geosyntetyki w konstrukcjach inżynierskich. Wydawnictwo SGGW, Warszawa 2000; Jarominiak A.: Lekkie konstrukcje oporowe. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa 2000; Surowiecki A., Zamiar Z.: Specjalne konstrukcje inżynieryjne. Teoria i technologia. Bellona, Warszawa 2001; Pisarczyk S.: Geoinżynieria. Metody modyfikacji podłoża gruntowego. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005; INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/

4 Maślanka K., Pelichowski J.: Geosyntetyki w inżynierii i ochronie środowiska. Wydawnictwo TEZA, Kraków 2006; Wysokiński L., Kotlicki W.: Projektowanie konstrukcji oporowych, stromych skarp i nasypów z gruntu zbrojonego. Seria Instrukcje, Wytyczne, Poradniki ITB nr 429/2007, Warszawa 2007; Maro L.: Konstrukcje ziemne zbrojonego geosyntetykami w budownictwie drogowym. Poradnik projektanta. Wydawnictwo LEMAR, Łódź Można by w tym miejscu jeszcze wymienić dwie pozycje przygotowane w Instytucie Budownictwa Wodnego Polskiej Akademii Nauk: Sawicki A., Leśniewska D. : Grunt zbrojony, teoria i zastosowanie. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1993; Sawicki A.: Statyka konstrukcji z gruntu zbrojonego. Wydawnictwo IBW PAN, Gdańsk Dotyczą one jednak teorii gruntu zbrojonego, a nie bezpośrednio wyrobów geosyntetycznych. NORMY DOTYCZĄCE GEOSYNTETYKÓW Polska nie ma zbyt wielu norm własnych dotyczących geosyntetyków. Jedyną normą autorską jest ustanowiona w 1997 roku, norma opracowana przez Dembickiego i Cichego, norma PN-B dotycząca wymagań podczas wykonawstwa geomembran na składowiskach odpadów. Pozostałe normy geosyntetyczne obecne na polskim rynku to głównie normy europejskie. Wprowadzaniem norm europejskich (EN) i norm międzynarodowych (ISO) do zbioru polskich norm, jak już wspomniano wyżej, zajmuje się Komitet Techniczny nr 142 Polskiego Komitetu Normalizacyjnego. Tytuły aktualnie obowiązujących polskich norm z dziedziny geosyntetyków wyszczególniono m.in. w [5]. Z przedstawionego zestawienia wynika, że dotychczas prowadzone prace normalizacyjne w dziedzinie geosyntetyków dotyczą głównie jednoznaczności metodyki badań cech tych wyrobów, ich trwałości oraz wymagań, jakie stawia się geosyntetykom wykorzystywanym w określonych zastosowaniach. Wynika to w dużym stopniu z potrzeb producentów i rynku oraz konieczności ustanowienia jasnych kryteriów, pozwalających porównywać poszczególne wyroby. W mandacie udzielonym przez Komisję Europejską na opracowanie europejskich norm zharmonizowanych Mandat M/107 (Construct 95/1458, rev.1) Decyzja 96/581/WE (Dz. rz. WE L 254 z ) uwzględniono szereg różnych kierunków aplikacji geosyntetyków: w drogownictwie, w liniach kolejowych, w fundamentach i konstrukcjach oporowych, w systemach drenażowych, do zapobiegania erozji, w konstrukcji zbiorników wodnych, zapór i kanałów, do budowy tuneli i konstrukcji podziemnych, jak również do budowy składowisk odpadów stałych i ciekłych. Normy te, opracowane w Komitecie Technicznym nr 189 Europejskiej Komisji Normalizacyjnej, w pierwszej kolejności mają ułatwiać obrót wyrobami geosyntetycznymi na rynkach krajów Unii Europejskiej. Seria zharmonizowanych norm specyfikacyjnych, ustanowiona w latach , obejmuje 11 norm dotyczących geotekstyliów i wyrobów pokrewnych w różnych dziedzinach zastosowania i 6 norm związanych z barierami geosyntetycznymi. Większość z nich szczegółowo opisano w [1] i [2]. W normach tych określono właściwości wyrobów, jakie powinny być podawane przez producentów przy dopuszczeniu na rynek, jak również podano metody ich określania, sposób prowadzenia kontroli produkcji i oceny trwałości wyrobów. Normy te mogą być stosowane przez projektantów, użytkowników i inne zainteresowane osoby, w celu określenia warunków stosowania wyrobu, kontroli jakości w terenie itp. Na szczególną uwagę w kontekście tematu niniejszego artykułu zasługuje polska wersja językowa normy EN ISO (przyjętej przez CEN w dniu 13 czerwca 2005 r.) PN EN ISO 10318:2007 Geosyntetyki Terminy i definicje. Norma ta, opublikowana w marcu 2007 roku, zastąpiła funkcjonującą przez wiele lat normę PN-ISO 10318:1993, która stanowiła tłumaczenie normy międzynarodowej ISO 10318:1990. PN-EN ISO 10318:2007 jest tłumaczeniem angielskiej wersji normy EN ISO 10318:2005, która została opracowana przez Komitet Techniczny CEN/TC 189 Geosyntetyki, we współpracy z Komitetem Technicznym ISO/TC 221 Geosyntetyki, zgodnie z Porozumieniem Wiedeńskim na temat technicznej współpracy między ISO a CEN. W normie [4], której zawartość zostanie szerzej omówiona w kolejnym paragrafie, podano definicje dotyczące funkcji, wyrobów, właściwości oraz inne terminy, jak również symbole stosowane do geosyntetyków. Oprócz nazw i definicji w języku polskim, podano odpowiadające im terminy w języku angielskim, francuskim i niemieckim. Definicje terminów nie zawarte w tej normie można znaleźć w normach opisujących odpowiednie metody badań. Zdecydowanie gorzej wygląda sytuacja w zakresie norm regulujących zasady projektowania konstrukcji z zastosowaniem geosyntetyków. Jest to częściowo rezultat istniejących przepisów prawnych, wymagających opracowywania jedynie specyfikacji technicznych dla poszczególnych wyrobów budowlanych, a w mniejszym stopniu zajmujących się zastosowaniami tych wyrobów w poszczególnych dziedzinach budownictwa. Dochodzi do tego nadal dość powszechna w wielu krajach europejskich chęć pozostawienia tego obszaru działania ekspertom. Brak polskich norm dotyczących projektowania konstrukcji z zastosowaniem geosyntetyków wynika też w dużym stopniu z konieczności zebrania odpowiednich doświadczeń z zastosowań długoterminowych. Wiele z norm, których tytuły zestawiono w [5], łączy się w sposób bezpośredni lub pośredni z projektowaniem konstrukcji z wykorzystywaniem geosyntetyków, umożliwiając dobór odpowiednich wyrobów, jednakże nie rozwiązując wielu problemów, na które natrafia projektant na etapie projektowania zasadniczego. W stosowanych obecnie normach krajowych, dotyczących obliczeń statycznych i projektowania konstrukcji ziemnych i oporowych, brak jest wytycznych dotyczących możliwości zastosowań geosyntetyków. W polskiej normie PN-83/B Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie stan wiedzy na temat konstrukcji z gruntu zbrojonego jest na poziomie lat 80 ubiegłego wieku. Załącznik 5 wspomnianej normy 214 INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/2010

5 wprowadza wprawdzie pojęcie ścian oporowych z gruntu zbrojonego, w praktyce jednak zawęża obszar zastosowań do zbrojenia stalą, nie uwzględniając specyfiki zbrojenia gruntów z zastosowaniem geosyntetyków. W efekcie projektant chcący dokonać obliczeń zgodnie z w/w normą dla zbrojenia geosyntetykami nie znajduje kompletu wartości będących podstawą obliczeń. Wobec braku odpowiednich norm i zaleceń, polscy projektanci konstrukcji z gruntu zbrojonego geosyntetykami przez lata wykorzystywali zagraniczne wytyczne projektowe: normę francuską NFP , powoływaną przez Andrzeja Jarominiaka w podręczniku Lekkie konstrukcje oporowe, metodę niemiecką opracowaną przez Niemiecki Instytut Techniki Budowlanej (BAM), uwzględniającą zalecenia norm DIN 1054, DIN 4084 i DIN 4017, metodę brytyjską opartą na normie BS Brak aktualnych uregulowań normowych projektowania konstrukcji z zastosowaniem geosyntetyków nie jest problemem tylko polskim, sytuacja taka występuje w większości krajów europejskich. W zasadzie kraje Unii Europejskiej znajdują się w okresie koegzystencji dwóch systemów normowych, który ma się zakończyć w styczniu 2011 r. ostatecznym wprowadzeniem Eurokodu 7 i tzw. Załączników Krajowych. System stary oparty na metodzie globalnego współczynnika bezpieczeństwa może być stosowany do grudnia 2010 r. Przykładem starych norm są tutaj normy niemieckie: DIN 1054 z roku 1976 dotycząca posadowień i DIN 4084 z 1981 roku odnosząca się do zboczy. Nowy system normowy oparty na metodzie stanów granicznych, którego generalne zasady zawarte są w EC 7 obowiązywać będą od stycznia 2011 r. Jednakże wiadomo już, że Polski Komitet Normalizacyjny planuje przesunąć termin wdrażania Eurokodów budowlanych do końca 2012 roku. Każdy z krajów Unii jest zobligowany wydać załącznik do Eurokodu, tzw. Załącznik Krajowy, w którym będzie uściślony dobór metod wymiarowania i ustalone wielkości cząstkowych współczynników bezpieczeństwa. W Niemczech ustanowiono nowe normy DIN 1054:2005 (Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau) i DIN 4084: (Baugrund Geländebruchberechnungen), które będą stanowić między innymi załącznik do EC 7. Zakończono też opracowywanie nowej edycji EBGEO (Empfehlungen für Bewehrungen aus Geokunststoffen. Deutsche Gesellschaft für Geotechnik), aby wraz z wprowadzeniem EC 7 i DIN 1054 powstał spójny system normowy dotyczący projektowania z geosyntetykami. W Wielkiej Brytanii trwają prace nad nowelizacją normy BS 8006:1995, która ma stanowić Załącznik Krajowy do EC 7 w odniesieniu do gruntów zbrojonych, a we Francji wydana została norma NF Ouvrages de soutčnements Remblais renforcés et massifs en sol cloué [6]. W fazie koegzystencji systemów normowych w Europie, w wielkim zamieszaniu na polskim rynku, w okresie ożywionej dyskusji na temat projektowania konstrukcji z zastosowaniem geosyntetyków polski inżynier może czuć się nieco zdezorientowany. Niestety, wyjścia z tej sytuacji nie ułatwia wydana w 2007 roku przez ITB Instrukcja nr 429/2007 Projektowanie konstrukcji oporowych, stromych skarp i nasypów z gruntu zbrojonego. Instrukcja ta, która w istniejącej dziurze normowej w zakresie gruntu zbrojonego w Polsce mogłaby stanowić przewodnik do projektowania, w rzeczywistości stanowi zbiór powołań na ustanowione do tego czasu normy oraz różnego rodzaju zalecenia, nie wskazując zasadniczo konstruktorowi prostej drogi projektowania. Stosunkowo przejrzyste zasady wymiarowania konstrukcji ziemnych z gruntu zbrojonego geosyntetykami w myśl przepisów Eurokodu przedstawiono w [6]. Według Autora zasady te umożliwiają poprawne wykonanie statyki i to zarówno dla pierwszego, jak i drugiego stanu granicznego oraz poprawne sporządzenie specyfikacji technicznej do dokumentacji przetargowej. Część z publikowanych w świecie wytycznych i zaleceń projektowych może budzić kontrowersje. Pewien pogląd na racjonalne projektowanie konstrukcji ziemnych z zastosowaniem geosyntetyków oraz technologię zbrojenia gruntów, wraz ze wskazaniem różnych błędów w wytycznych dotyczących projektowania, przedstawili Autorzy w artykule [5]. Biorąc pod uwagę kontrowersyjność zapisów w niektórych wytycznych, tym bardziej widoczna jest potrzeba stworzenia norm i przejrzystych zaleceń projektowych, które powinny być oparte zarówno na praktycznym doświadczeniu z istniejących konstrukcji, jak i racjonalnych metodach obliczeniowych. RODZAJE I FUNKCJE GEOSYNTETYKÓW Obecnie w Polsce obowiązuje norma PN-EN ISO 10318:2007 [4], w której podano terminy i definicje, jakie należy stosować w odniesieniu do geosyntetyków. Norma ta zastąpiła mocno zdezaktualizowaną normę PN-ISO 10318:1993 i ujednoliciła nazewnictwo większości stosowanych aktualnie wyrobów geosyntetycznych. Pojęciem geosyntetyk (Geosynthetic (GSY)), zgodnie z normą [4], określa się wyrób, którego przynajmniej jeden składnik wytworzony został z polimeru (poliestru, polipropylenu, polietylenu lub poliamidu), ma postać arkusza, paska lub formy przestrzennej, stosowany jest w kontakcie z gruntem (lub innym materiałem) w geotechnice, fundamentowaniu i budownictwie lądowym i wodnym. Geosyntetyki mogą pełnić w konstrukcjach, zgodnie z normą [4], jedną z poniższych funkcji (rys. 1): drenowanie, czyli zbieranie i transportowanie przesiąkającej wody gruntowej i (lub) innych płynów w płaszczyźnie wyrobu geotekstylnego lub pokrewnego; filtrowanie, czyli zapobieganie przenikaniu gruntu lub innych cząstek, poddanych działaniu sił hydrodynamicznych, przy jednoczesnym umożliwieniu przepływu płynów wewnątrz albo przez wyrób geotekstylny lub pokrewny; ochronę (osłonę), czyli zapobieganie lub ograniczenie lokalnych zniszczeń danego elementu lub wyrobu przez zastosowanie wyrobu geotekstylnego lub pokrewnego; zbrojenie, czyli wykorzystanie charakterystyk naprężenie odkształcenie wyrobu geotekstylnego lub pokrewnego w celu polepszenia właściwości mechanicznych gruntu lub innych materiałów konstrukcyjnych (dzięki utrzymującej sile rozciągającej, powodującej redukcję siły ścinającej, którą przenieść ma grunt oraz zwiększenie wytrzymałości na ścinanie w gruncie); zbrojenie geosyntetyczne pozwala gruntowi przenieść większe obciążenia niż byłoby INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/

6 Rozdzielanie (separacja) Bariera Filtrowanie Drenowanie Zbrojenie Ochrona przeciwerozyjna powierzchni Ochrona Rys. 1. Funkcje geosyntetyków [4] to możliwe w przypadku gruntu bez zbrojenia; jeżeli siły niszczące są wywołane obciążeniem od ciężaru własnego gruntu, tak jak to ma miejsce w przypadku zboczy lub nasypów na słabym podłożu, wkładka zbrojenia umożliwia konstruowanie bardziej stromych zboczy i nasypów; jeżeli siły niszczące są wywołane obciążeniem zewnętrznym, tak jak w przypadku nawierzchni drogowych lub placów składowych, wkładka zbrojeniowa umożliwia przykładanie większych obciążeń; rozdzielanie (separacja), czyli zapobieganie mieszaniu się przyległych, odmiennych gruntów i (lub) innych materiałów nasypowych, przez zastosowanie między nimi geotekstyliów lub wyrobów pokrewnych; powierzchniowe zabezpieczenie przeciwerozyjne, czyli zastosowanie wyrobu geotekstylnego lub pokrewnego w celu ograniczenia lub zapobieżenia przemieszczaniu się gruntu lub innych cząstek na powierzchni np. skarpy; bariery, czyli zastosowanie geosyntetyku w celu zapobieżenia lub ograniczenia migracji płynów. Podział geosyntetyków, sporządzony na podstawie terminologii ustanowionej w [4] przedstawiono na rys. 2. Podstawową grupę wyrobów geosyntetycznych przepuszczalnych stanowią geotekstylia. Geotekstylia (Geotextiles (GTX)), zgodnie z [4], są to płaskie, przepuszczalne polimerowe (syntetyczne lub naturalne) wyroby tekstylne, które mogą być nietkane, tkane lub dziane, stosowane w kontakcie z gruntem i/lub innymi materiałami w geotechnice i budownictwie. Do grupy tej zalicza się geotkaniny, geowłókniny i geodzianiny. Geotkanina (Woven geotextile (GTX-W)), zgodnie z [4], jest to wyrób tekstylny, wytworzony z dwóch (lub więcej) układów przędz, włókien ciągłych, taśm lub innych elementów, przeplatanych zwykle pod kątem prostym (rys. 3). Wykonywana jest klasyczną techniką tkacką (osnowa ma kierunek wzdłużny do długości tkaniny, wątek tworzony jest z nici prostopadłych do osnowy). Stosowana jest głównie do wzmacniania i separacji słabego podłoża nasypów komunikacyjnych i wałów. Wykonuje się z niej warstwy rozdzielające między gruntami lub kruszywami o różnym uziarnieniu. Wzmacnia się nią górne warstwy podłoża gruntowego nawierzchni drogowych i kolejowych oraz dolne warstwy podbudowy podatnej. Wykorzystuje się ją również do zbrojenia korpusów zapór ziemnych i wysokich nasypów drogowych (wszędzie tam, gdzie niezbędna jest wysoka wytrzymałość wyrobów na rozciąganie). Rys. 2. Podział geosyntetyków 216 INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/2010

7 Rys. 3. Geotkaniny Geowłóknina (Nonwoven geotextile (GTX-N)), zgodnie z [4], jest to nietkany wyrób tekstylny (rys. 4), wytworzony z losowo rozłożonych włókien ciągłych lub ciętych, łączonych mechanicznie, chemicznie lub termicznie. Geowłókniny wykonuje się z różnych włókien polimerowych w zależności od warunków, w jakich produkt ma pracować. Ze względu na technikę wykonania geowłókniny dzielą się na: klejone chemicznie tworzywa te wykonuje się przy użyciu płynnych środków wiążących, które łatwo przenikają w głąb runa i wypełniają przestrzenie między włóknami, wiążąc je między sobą; klejone termicznie włókna w runie łączone są stałymi środkami wiążącymi, a sposób łączenia zależy od rodzaju zastosowanego środka wiążącego, który nadaje geowłókninie ostateczne właściwości; stałe środki wiążące stają się spoiwem wówczas, gdy runo poddane jest odpowiedniemu naciskowi w wysokiej temperaturze; łączone mechanicznie wykonuje się je przez igłowanie i przeszywanie. Podczas mechanicznego formowania runa można poszczególne jego warstwy układać wzdłużnie, poprzecznie lub krzyżowo, co pozwala na zróżnicowanie właściwości mechanicznych. Parametry geowłóknin są zróżnicowane i należy je dobierać w zależności od zastosowania oraz funkcji, których spełnienia oczekuje się w konkretnym zastosowaniu. Geowłókniny w budowlach ziemnych stosowane są najczęściej w funkcji: separacyjnej, filtracyjnej, drenażowej, ochronnej, przeciwerozyjnej. W nawierzchniach drogowych mogą pełnić funkcje wzmacniająco-odprężające, zapobiegając m.in. spękaniom odbitym. Niezwykle istotne jest, aby przy doborze i opisie geowłókniny posługiwać się nie tzw. gramaturą (prawidłowa nazwa cechy to masa powierzchniowa) a parametrami istotnymi (znaczącymi) może to być wodoprzepuszczalność (w płaszczyźnie lub prostopadle do płaszczyzny wyrobu), charakterystyczna wielkość porów lub też wytrzymałość na przebicie (statyczne, dynamiczne), wytrzymałość na rozciąganie (czy też wydłużalność), zależnie od pełnionej przez geowłókninę funkcji w konstrukcji. Wyroby o jednakowej masie powierzchniowej mogą mieć całkowicie różne parametry użytkowe, co związane jest m.in. ze stosowaniem różnych technologii produkcji. Geodzianina (Knitted geotextile (GTX-K)), zgodnie z [4], jest to wyrób tekstylny powstały w procesie splatania jednej lub wielu nitek przędzy, włókien ciągłych lub innych elementów. Wyroby te tworzone są przez tzw. dzianie nitek uformowanych w łączące się ze sobą oczka w odpowiednim splocie dziewiarskim (rys. 5). Dzianiny charakteryzują się dużą odkształcalnością, połączoną często z niewielką zdolnością powrotu do pierwotnego kształtu. Odmienną grupę pod względem struktury stanowią dzianiny o splotach kolumienkowych, zwane też wątkowymi, które charakteryzują się bardzo małą wytrzymałością na zrywanie wzdłuż wątków. Geodzianiny produkuje się jako płaskie, jak również w kształcie rur (rękawów), w zależności od zastosowań. Aktualnie w Polsce są one bardzo rzadko wykorzystywane. Drugą z grup wyrobów geosyntetycznych, najbardziej obszerną pod względem różnorodności produktów, tworzą wyroby pokrewne geotekstyliom. Geotekstylny wyrób pokrewny (Geotextile-related product (GTP)), zgodnie z [4], jest to płaski, przepuszczalny, polimerowy (syntetyczny lub naturalny) wyrób, który nie odpowiada definicji wyrobu geotekstylnego. Do wyrobów pokrewnych zaliczono: geosiatki (georuszty), georuszty drenażowe, geosyntetyki komórkowe, geotaśmy, geomaty i geosytetyki dystansujące. a) b) Rys. 4. Geowłókniny Rys. 5. Geodzianina a) o lewoprawym splocie oczek, b) kolumienkowa INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/

8 Rys. 6. Geosiatki (georuszty do zbrojenia) Geosiatka (georuszt) (Geogrid (GGR)) jest to płaski wyrób polimerowy, stanowiący regularny układ o otwartej strukturze, z trwale połączonych elementów rozciąganych, które mogą być łączone w procesie wytłaczania, spajania lub przeplatania, w którym otwory są większe od elementów nośnych (tzw. żeber). Geosiatki (rys. 6) wykonuje się najczęściej z polipropylenu, poliestru lub polietylenu, a także z włókien poliwinyloalkoholowych, szklanych, węglowych, bazaltowych. Węzły geosiatek (miejsca skrzyżowań pasm żeber) mogą być sztywne (tego rodzaju siatki są również znane jako georuszty) lub elastyczne. Strukturę rusztu (sztywne węzły) uzyskuje się przez odpowiednie wytłaczanie z arkusza, a następnie wyciąganie (naprężanie) w odpowiednio dobranej temperaturze, dla nadania wyrobowi polimerowemu pożądanych cech wytrzymałościowych. Inną metodą wytwarzania siatek jest termiczne łączenie pasm (żeber) w miejscach ich skrzyżowań. Geosiatki stosuje się w budowlach ziemnych głównie w funkcji zbrojenia (wzmocnienia). Uaktywnienie funkcji wzmacniającej grunt w przypadku geosiatek polega w głównej mierze na wykorzystaniu sił wynikających z zazębienia żeber siatki i kruszywa, stąd bardzo istotny jest właściwy dobór uziarnienia gruntu współpracującego w odniesieniu do wielkości oczek siatki. Do wzmacniania podłoża gruntowego pod drogi, podtorza, nasypy stosuje się siatki dwukierunkowe (z reguły otwory w nich, tzw. oczka, mają kształt zbliżony do kwadratowego), natomiast siatki jednokierunkowe (o oczku podłużnym) wykorzystuje się w sytuacjach gdy siły działają w jednym kierunku, np. przy zbrojeniu stromych zboczy lub skarp nasypów drogowych. W przypadku konieczności zapewnienia funkcji separujących lub/i filtracyjno-drenażowych, geosiatki należy stosować w połączeniu z geowłókninami, ewentualnie geotkaninami. Georuszt drenażowy (Geonet (GNT)), zgodnie z [4], jest to geosyntetyk składający się z układu równoległych żeber, ułożonego na podobnym układzie żeber, przy czym oba te układy przecinają się pod dowolnym kątem i są ze sobą trwale połączone (rys. 7). Na polskim rynku czasami funkcjonuje jeszcze stara nazwa tych wyrobów wg PN-ISO 10318;1993, tj. geosieci, która zdecydowanie nie oddaje znaczenia angielskiego słowa geonet. Dzięki temu, że żebra w georusztach drenażowych są ułożone w dwóch lub trzech płaszczyznach, możliwy jest transport wody i gazów. Wyroby te rzadko stosowane są samodzielnie. W połączeniu najczęściej z geowłókninami stanowią geokompozyty drenażowe. Zdecydowanie nie są to wyroby nadające się do pełnienia funkcji zbrojenia. Geomata (Geomat (GMA)), zgodnie z [4], jest to wyrób o przestrzennej, przepuszczalnej strukturze, wytworzony z polimerowych jednolitych włókien ciągłych i/lub innych elementów (syntetycznych lub naturalnych), łączonych mechanicznie i /lub termicznie i /lub chemicznie lub w inny sposób. Geomaty (rys. 8) przeznaczone są głównie do ochrony skarp (do czasu ukorzenienia się roślinności) przed erozją powierzchniową, powodowaną przez wiatr, deszcz i wody płynące oraz wzmacniania systemu korzeniowego roślinności. Stosuje się je również jako elementy kompozytów drenażowych, najczęściej w kombinacjach gdy z jednej bądź z dwóch stron geomaty występuje geowłóknina. Geosyntetyk komórkowy (Geocell (GCE)), zgodnie z [4], jest to polimerowy (syntetyczny lub naturalny) wyrób o przestrzennej, przepuszczalnej strukturze w formie plastra miodu lub podobnej strukturze komórkowej, wytworzony z połączonych ze Rys. 7. Georuszt drenażowy Rys. 8. Geomata Rys. 9. Geosyntetyk komórkowy 218 INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/2010

9 Rys. 10. Przykłady geokompozytów GTX GBR GGR GCO GNT GBR-C GCE GMA Tabl. 1. Symbole graficzne Wyrób geotekstylny Bariera geosyntetyczna Geosiatka (Georuszt) Geokompozyt Georuszt drenażowy Geosyntetyczna bariera iłowa Geosyntetyk komórkowy Geomata sobą taśm geosyntetyków (rys. 9). W dostępnej literaturze, katalogach producentów, specyfikacjach itp. ta prawidłowa, zgodna z normą nazwa w ogóle nie funkcjonuje. Tego rodzaju wyroby zwane są geokratami (to chyba najbardziej popularna nazwa handlowa geosyntetyków komórkowych), czy też geosiatkami komórkowymi. Geosyntetyki komórkowe stosuje się głównie do umocnienia przeciwerozyjnego powierzchni stromo nachylonych skarp i zboczy oraz skarp kanałów, cieków i zbiorników. Pełnią również funkcję wzmocnienia słabego podłoża gruntowego, szczególnie w konstrukcji dróg tymczasowych w trudnych warunkach gruntowo-wodnych. Czasami wykorzystując tego rodzaju wyroby konstruuje się podatne konstrukcje oporowe. Do mniej rozpowszechnionych wyrobów z grupy wyrobów pokrewnych geotekstyliom należą geotaśmy i geosyntetyki dystansujące. Geotaśma (Geostrip (GST)), zgodnie z [4], jest to polimerowy wyrób w formie paska o szerokości nie większej niż 200 mm, stosowany w kontakcie z gruntem i/lub innymi materiałami w geotechnice i budownictwie, natomiast geosyntetyk dystansujący (przestrzenny) (Geospacer (GSP)) jest to polimerowy wyrób o przestrzennej strukturze, zaprojektowany w celu wytworzenia w gruncie (lub innym materiale) wolnej przestrzeni, stosowany w geotechnice i budownictwie. Oddzielną grupę wyrobów geosyntetycznych o bardzo zróżnicowanych właściwościach stanowią geokompozyty (rys. 10). Geokompozyt (Geocomposite (GCO)), zgodnie z [4], jest to wyrób łączony w zakładzie produkcyjnym, którego przynajmniej jeden składnik stanowi wyrób geosyntetyczny. Wyroby tego rodzaju łączone mogą być w procesie wiązania, sklejania, zszywania, zgrzewania lub tkania. Mogą być również zbudowane z wykorzystaniem jako rdzenia materiałów mineralnych, np. żwiru. W zależności od struktury geokompozytu mogą one spełniać różne role, np. rozdzielającą, drenażową, wzmacniającą. Ostatnią grupę geosyntetyków stanowią bariery, czyli wyroby nieprzepuszczalne. W [4] pod nazwą bariera geosyntetyczna zdefiniowano wyrób geosyntetyczny o małej przepuszczalności, stosowany w geotechnice i budownictwie, w celu uniemożliwienia lub zmniejszenia swobodnego przepływu płynów lub gazów przez konstrukcję. Wyróżniono trzy rodzaje barier: geosyntetyczna bariera polimerowa (GBR-P), w której funkcję bariery pełni wyrób polimerowy; pod tą nazwą ukryto popularne w Polsce, szczególnie w konstrukcji składowisk odpadów i w budownictwie hydrotechnicznym, geomembrany; geosyntetyczna bariera iłowa (GBR-C), w której funkcję bariery zasadniczo pełni materiał iłowy; w Polsce wyroby te znane są jako maty bentonitowe, bentomaty itd.; są to fabrycznie montowane geokompozyty o bardzo niskiej przepuszczalności w postaci zmielonego bentonitu sodowego (rzadziej wapniowego) wprowadzonego między geotekstylia przepuszczalne (geowłókniny, geotkaniny), stosowane, w związku z właściwościami samouszczelniającymi bentonitu, jako bariery dla płynów głównie w składowiskach odpadów komunalnych i przemysłowych; geosyntetyczna bariera bitumiczna (GBR-B), w której funkcję bariery zasadniczo pełni wyrób bitumiczny. W [4] zdefiniowano również symbole graficzne i piktogramy, jakie należy stosować na schematach i rysunkach technicznych. Zestawiono je w tabl. 1. Czas więc skończyć z dowolnością i niekonsekwencją w tym zakresie. STOSOWANIE GEOSYNTETYKÓW W PRAKTYCE INŻYNIERSKIEJ Podsumowując podstawowe informacje o geosyntetykach, chcę przekazać jeszcze trochę luźnych, ale niezmiernie ważnych uwag na temat projektowania i wykonawstwa konstrukcji z zastosowaniem geosyntetyków, wynikających w dużej mierze z doświadczeń własnych. 1. Projektant, oceniając, czy dany wyrób geosyntetyczny nadaje się do zastosowania w danym rodzaju konstrukcji, musi wziąć pod uwagę to, że wyrób: nie może ulec uszkodzeniu podczas wbudowywania (czynniki mechaniczne), INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/

10 powinien być odporny na czynniki zewnętrzne (czynniki chemiczne, fizyczne i biologiczne), powinien wykazywać wystarczającą szczelność (w przypadku barier geosyntetycznych) lub odpowiednią wodoprzepuszczalność oraz zdolność zatrzymywania cząstek gruntu (w przypadku geotekstyliów i wyrobów pokrewnych) (czynniki hydrauliczne), powinien charakteryzować się stabilnością w czasie i wysoką jakością (czynniki jakościowe). 2. Trwałość geosyntetyków zależy od ich zdolności do przeciwstawiania się różnym mechanizmom powodującym redukcję właściwości mechanicznych materiałów wchodzących w ich skład. Do mechanizmów tych zalicza się: oddziaływanie czynników atmosferycznych, utlenianie (przyspieszone przez podwyższoną temperaturę, wystawienie na działanie promieniowania UV lub cykliczne), hydrolizę, obciążenia mechaniczne, solwatację, korozję naprężeniową wskutek oddziaływań środowiska, oddziaływanie biologiczne (obejmujące działanie bakterii, grzybów oraz penetrację przez korzenie roślin), wypłukiwanie rozpuszczalnych składników barier geosyntetycznych oraz oddziaływania kwasów, zasad i odcieków ze składowisk. Oprócz wyżej wymienionych oddziaływań na trwałość bariery geosyntetycznej istotny wpływ ma również czynnik ludzki i obciążenia przekazywane na materiał podczas wbudowywania i eksploatacji. 3. Budowle ziemne z zastosowaniem geosyntetyków są zwykle podobne do konwencjonalnych zarówno pod względem sposobu wykonawstwa, jak i stosowanego sprzętu. Dodatkowe wymagania związane z wykonawstwem konstrukcji z zastosowaniem geosyntetyków obejmują: ostrożne manipulowanie i właściwe składowanie materiałów w celu uniknięcia uszkodzeń, odpowiednie oznaczenie materiału, z precyzyjnym wskazaniem właściwego kierunku układania, specjalne przygotowanie podłoża tam, gdzie nierówności mogą grozić przebiciem geosyntetyku; przy wykonywaniu konstrukcji na ekstremalnie słabym podłożu niezbędne może okazać się korzystanie z maszyn przekazujących mały nacisk na grunt, odpowiednią kontrolę wznoszenia nasypu; geosyntetyki muszą być ułożone na właściwym poziomie konstrukcji i nie mogą być uszkodzone przy układaniu i zagęszczaniu warstw nasypu (zakaz ruchu maszyn budowlanych bezpośrednio po powierzchni geosyntetyku nadal jeszcze dziwi co niektórych wykonawców). 4. Wykonywanie konstrukcji z zastosowaniem geosyntetyków jest niemniej elastyczne niż konwencjonalne roboty ziemne (procedury kontroli jakości geosyntetyków można łatwo dostosować do praktyki budowlanej), pozwala na szybsze wykonywanie nasypu oraz redukcję ilości gruntu zasypowego. Oprócz korzyści wynikających z prostego wykonawstwa, niższych kosztów transportu w stosunku do materiałów tradycyjnych, mniejszego zużycia materiałów, łatwiejszego montażu, należy także zwrócić uwagę na walory estetyczne budowli wykonanych z zastosowaniem geosyntetyków. Konstrukcje z gruntu zbrojonego mogą być obudowane (wykończone) różnymi materiałami od trawy po dowolnych rozmiarów prefabrykaty. Zastosowanie zbrojenia z materiałów geosyntetycznych w ostatnich latach jest dużo większe niż łatwo ulegających korozji, sztywnych materiałów metalowych. 5. Projektowanie konstrukcji ziemnych z geosyntetykami napotyka w Polsce zasadniczo na brak norm, przepisów czy też zaleceń technicznych. Te, które można odnaleźć w literaturze, są niespójne i często wykluczają się nawzajem. Stąd też projekty wykonywane są z pominięciem wielu zasadniczych aspektów. 6. Od dłuższego czasu w Polsce można zauważyć tendencję do przerzucania odpowiedzialności za właściwe zaprojektowanie zastosowania danego geosyntetyku na barki producenta lub częściej dystrybutora tego wyrobu na rynku polskim. Dotyczy to szczególnie osób nie zajmujących się na co dzień budownictwem. Nie stanowi to problemu, jeżeli w sprawę są zaangażowani konstruktorzy budowlani o dużym doświadczeniu w stosowaniu geosyntetyków. Znacznie niebezpieczniej wygląda sprawa, gdy za podstawę doboru wyrobu przyjmuje się tylko informacje zaczerpnięte z materiałów reklamowych producentów i uproszczone metody obliczeniowe, dające złudne wrażenie łatwości projektowania. Niestety, taki sposób pseudoprojektowania może doprowadzić do szybkiej utraty zakładanych właściwości funkcjonalnych lub skutkować niedostateczną trwałością obiektu. Lepiej już ze względów bezpieczeństwa, jeśli wynikiem takiego sposobu projektowania będzie przewymiarowanie konstrukcji. 7. Skupiając się na prawidłowym zaprojektowaniu konstrukcji z zastosowaniem geosyntetyków, rozważa się zwykle statykę konstrukcji i parametry wytrzymałościowe lub hydrauliczne (w zależności od zastosowania) materiałów. Należy jednak pamiętać, że w przypadku stosowania geosyntetyków w konstrukcjach inżynierskich zapewnienie i kontrola jakości powinny być traktowane na równi z prawidłowymi obliczeniami. 8. Nawiązując do stanu normalizacji w zakresie projektowania konstrukcji z gruntu zbrojonego geotekstyliami i wyrobami pokrewnymi, w fazie koegzystencji dwóch systemów normowych, obliczenia statyczne można wykonywać zgodnie z jednym z wymienionych systemów, ale oczywiście konsekwentnie, tzn. począwszy od przyjmowania wielkości obciążeń, metod obliczeniowych, a skończywszy na doborze współczynników bezpieczeństwa, należy opierać się na jednym i tym samym systemie norm. Ważne jest również, aby w każdym projekcie widniała deklaracja co do systemu normowego, w jakim została zaprojektowana dana konstrukcja z gruntu zbrojonego. Zapis ten powinien też znaleźć się w specyfikacjach, aby uczestnicy przetargu mogli oferować, uwzględniając w analizach stateczności, ten sam system normowy. 9. W pełni zgadzam się z Autorami artykułu [5] w kwestii potrzeby stworzenia norm i wytycznych projektowych, które powinny być oparte zarówno na praktycznym doświadczeniu z istniejących konstrukcji, jak i racjonalnych metodach obliczeniowych. 220 INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/2010

11 10. Często projekty wykonywane są z pominięciem wielu ważnych aspektów, na przykład dowodów na spełnienie drugiego stanu granicznego. W specyfikacjach technicznych bardzo często nie podaje się warunku na dopuszczalne wydłużenie zbrojenia, co w niektórych przypadkach można uznać za poważny mankament. W przypadku wysokich nasypów w warunkach dużych przemieszczeń (na przykład tereny szkód górniczych) mogą wystąpić trudności z dotrzymaniem warunków wytrzymałościowych przy utrzymaniu wymagań stanu odkształcalności, szczególnie w przypadku znacznych rozstawów wkładek zbrojących. 11. W projektach nasypów drogowych niestety bardzo często podaje się rozwiązanie typowe i przykładowy rysunek, podając szereg wytrzymałości (określających dany rodzaj geosyntetyku zbrojącego), a nie definiując w sposób jednoznaczny miejsc, w których należy zastosować odpowiednie wkładki. Daje to potencjalnemu wykonawcy niebezpiecznie szeroki zakres możliwości doboru i stosowania wyrobów zbrojących. W projekcie wykonawczym należy jednoznacznie określić położenie warstw zbrojenia, podać dokładną ich technologię zabudowy oraz w określonych rejonach dokładnie wyspecyfikować poszczególne geosyntetyki pod względem minimalnych parametrów, które muszą być spełnione przy doborze konkretnych wyrobów. 12. Należy zwrócić uwagę na znaczącą różnicę między zbrojeniem stromej skarpy a zastosowaniem zbrojenia pod nasypem na słabym podłożu. W pierwszym przypadku zbrojenie musi zapewnić stateczność przez cały okres użytkowania konstrukcji. Natomiast w nasypie na słabym podłożu zbrojenie wymagane jest tylko w celu zwiększenia stateczności podczas krytycznego okresu wykony- wania konstrukcji i późniejszej konsolidacji podłoża. Po zwiększeniu wytrzymałości gruntu w podstawie, zbrojenie nie jest dłużej potrzebne do zapewnienia stateczności. Różnicę tę zilustrowano na rys. 11 poprzez zmianę w czasie współczynnika bezpieczeństwa, w przypadku bez i ze zbrojeniem oraz zmianę wymaganej siły w zbrojeniu. Zilustrowana na rys. 11 zmiana w czasie wymaganej siły w zbrojeniu jest parametrem w dużym stopniu decydującym o doborze odpowiedniego geosyntetyku. W przypadku gdy wymagane jest utrzymywanie w miarę jednakowej siły w zbrojeniu przez długi okres, tak jak w przypadku zboczy, na wybór zbrojenia istotny wpływ ma charakterystyka pełzania materiału zbrojącego. W przypadku nasypów na słabym podłożu siła w zbrojeniu wymagana jest przez ograniczony okres (podczas budowy i konsolidacji), tak więc długoterminowe właściwości mechaniczne geosyntetyków nie są tak istotne. Obciążenie powtarzalne dróg sprawia, że głównym parametrem w tym przypadku jest reakcja geotekstyliów na obciążenie cykliczne. 13. Geosyntetyki przepuszczalne w budowlach ziemnych pełnią również inne funkcje niż tylko zbrojenie. Często wyroby te stosuje się jako separatory, filtry i elementy drenażu. Wielokrotnie zdarza się, że geosyntetyk pełni jednocześnie więcej niż jedną funkcję. Każdorazowo należy rozważnie dobrać wyrób odpowiedni do funkcji nadrzędnej. Jeżeli np. geosyntetyk w podstawie nasypu ma w zamyśle pełnić funkcję separacyjno-filtracyjną, to geowłóknina jest wyrobem odpowiednim, jednakże w miejscach, gdzie wyrób ma pełnić funkcję wzmacniająco-separacyjną właściwszym rozwiązaniem jest zastosowanie geotkaniny wyrobu o odpowiedniejszych parametrach wytrzymałościowych (rozciągnie i odkształcalność). Rys. 11. Zmiana wymaganej siły w zbrojeniu w czasie a) strome zbocza i ściany, b) nasyp na słabym podłożu, c) droga INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/

12 14. W zależności od zastosowania, geotekstylia powinny spełniać odpowiednie kryteria dotyczące właściwości hydraulicznych i mechanicznych. Kryterium dotyczące właściwości hydraulicznych gwarantuje, że geotekstylia są zdolne do pełnienia funkcji drenażowych lub filtracyjnych w trakcie projektowanego okresu eksploatacji. Można tu wyróżnić kryteria: zatrzymywania cząstek gruntu, przepuszczalności i odporności na kolmatację. Natomiast kryterium dotyczące właściwości mechanicznych gwarantuje, że trwałość struktury geotekstyliów jest zachowana zarówno podczas instalacji, jak i w całym projektowanym okresie eksploatacji. Kryterium to obejmuje wytrzymałość mechaniczną z uwagi na rozciąganie i przebicie. 15. Dobierając geosyntetyk na warstwę separacyjną, czy filtracyjną można wykorzystać jeden z systemów zagranicznych (najbardziej rozpowszechnione są zalecenia angielskie i niemieckie) pozwalających na dokonywanie odpowiednich ocen przydatności poszczególnych wyrobów w konkretnych sytuacjach projektowych. Dużą pomoc przy projektowaniu warstw filtracyjnych i separacyjnych z wyrobów geotekstylnych stanowią schematy klasyfikacyjne, uwzględniające parametry mechaniczne geosyntetyków (wytrzymałość na rozciąganie, odporność na przebicie, odkształcalność, masa powierzchniowa) oraz ich właściwości hydrauliczne (wodoprzepuszczalność, charakterystyczna wielkość porów). Dobrze byłoby gdyby klasy właściwości mechanicznych i hydraulicznych geotekstyliów potwierdzane były w badaniach kontrolnych na próbkach pobranych z obiektów bezpośrednio po wbudowaniu materiału (w celu sprawdzenia, czy w czasie instalacji nie uległy zmianie parametry materiału) oraz badaniach okresowych (proces starzenia się materiału). 16. Starannej analizy wymagają również rozwiązania zabezpieczenia antyerozyjnego skarp. Przyjęcie w projekcie wyrobu geosyntetycznego tylko na podstawie masy powierzchniowej i czasami dodatkowo wytrzymałości na rozciąganie to za mało. W takich przypadkach niezwykle istotna jest zdolność zatrzymywania materiału i współpraca wyrobów przeciwerozyjnych z gruntem zabezpieczanej powierzchniowo skarpy. Na pewno przedstawione wyżej uwagi nie wyczerpują tematu odpowiedniego stosowania geosyntetyków w budowlach ziemnych. Mam jednak nadzieję, że będą stanowiły przyczynek do kolejnych dyskusji (m.in. na łamach Inżynierii Morskiej i Geotechniki) i opracowania wyczerpujących zaleceń dotyczących projektowania i wykonawstwa konstrukcji z zastosowaniem geosyntetyków. PODSUMOWANIE Geosyntetyki obejmują szeroki zakres wyrobów, funkcji i zastosowań. Współdziałają z ośrodkiem gruntowym, tak więc konstruowanie obiektów budowlanych z ich zastosowaniem wymaga wiedzy zarówno z inżynierii materiałowej, jak i klasycznej geotechniki. Błędy, czy też ewentualne awarie konstrukcji z zastosowaniem geosyntetyków nie są zwykle wynikiem wad technologii. Często zarówno projektanci, jak i wykonawcy nie posiadają dostatecznej wiedzy o tej technologii, która jest wrażliwa na wszelkie niedociągnięcia i błędy. Dlatego nadal istotny jest proces badań służący tworzeniu teoretycznej podbudowy dla ich praktycznych aplikacji. Korzystanie z danych katalogowych producentów nie wystarcza do prawidłowego zaprojektowania konstrukcji z zastosowaniem geosyntetyków. Istnieje konieczność znajomości zmian parametrów fizycznych, wytrzymałościowych i hydraulicznych geosyntetyków w czasie i pod wpływem oddziaływań środowiskowych, aby zapewnić odpowiedni poziom niezawodności projektowanej konstrukcji zarówno w trakcie wykonywania konstrukcji, jak i podczas eksploatacji w projektowanym okresie użytkowania. Projektowaniem konstrukcji budowlanych z zastosowaniem geosyntetyków, a szczególnie sprawdzaniem poprawności przyjętych rozwiązań, powinny zajmować się osoby odpowiednio przygotowane. Jest szansa, że będzie ich coraz więcej, jako że na przykład w Politechnice Gdańskiej na kierunkach budownictwa i inżynierii materiałowej realizowany jest przedmiot Geosyntetyki, w ramach którego studenci przyszli projektanci, wykonawcy itd. szczegółowo zostają zapoznani z metodami projektowania konstrukcji z zastosowaniem geosyntetyków, procedurami przeprowadzania badań wyrobów, zapewnienia jakości i długookresowego bezpieczeństwa konstrukcji. LITERATURA 1. Bolt A. F., Duszyńska A.: Badania cech i trwałość geotekstyliów w przepisach CEN. Inżynieria Morska i Geotechnika, nr 3/ Bolt A. F., Duszyńska A.: Badania projektowe i odbiorcze geosyntetyków stosowanych w budownictwie hydrotechnicznym. Pięćdziesiąta druga Konferencja Naukowa Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN i Komitetu Nauki PZITB, Krynica Cichy W., Dembicki E.: Normalizacja w dziedzinie geosyntetyków. Konferencja Naukowo-Techniczna Harmonizacja polskich norm geotechnicznych z systemem norm europejskich, Pułtusk PN-EN ISO 10318:2007 Geosyntetyki. Terminy i definicje. 5. Sawicki A., Kazimierowicz-Frankowska K.: Racjonalne projektowanie konstrukcji ziemnych z zastosowaniem geosyntetyków oraz technologia zbrojenia gruntów. Inżynieria Morska i Geotechnika, nr 6/2009; 6. Sobolewski J.: Wymiarowanie zbrojeń geosyntetycznych w konstrukcjach z gruntu zbrojonego w myśl przepisów Eurokodu. Edroga.pl, grudzień Wysokiński L., Kotlicki W.: Projektowanie konstrukcji oporowych, stromych skarp i nasypów z gruntu zbrojonego. Seria Instrukcje, Wytyczne, Poradniki ITB nr 429/2007, Warszawa. STRESZCZENIE: Podstawowe definicje, klasyfikacja i stan uregulowań prawnych (polskich, CEN i ISO) w dziedzinie geosyntetyków. Stosowanie geosyntetyków w praktyce inżynierskiej. Podsumowanie polskiego wkładu w rozwój geosyntetyków. What is worth to know about geosynthetics. Basic definitions, classification and state of regulations (Polish, CEN and ISO) in the field of geosynthetics. Application of geosynthetics in the engineering practice. Summary of Polish contribution to the development of geosynthetics. 222 INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 2/2010