Geosintetika

Geomembrane, geomreže, geotekstili... i mnogi drugi tipovi proizvoda koji se sve češće pominju i kod nas, još uvek su velika nepoznanica za ogromnu većinu naših graditelja. Nejasna je podela, razlika u karakteristikama i ulogama pojedinačnih vrsta proizvoda, međusobne kombinacije različitih tipova, uslovi i prednosti korišćenja, itd.

Ovo možda i ne bi bio preveliki problem da ništa bolja situacija nije ni među onima koji bi morali znati mnogo više – putari, projektanti u hidrogradnji i niskogradnji, prostorni planeri, izvođači radova... Za sada su možda jedino HDPE membrane stekle poverenje ovdašnjih izvođača i projektanata, ali ipak bilo je premalo ili nimalo prilika da pokažu sve svoje odlike.

Geosintetika svoj razvoj doživljava u poslednje tri decenije i svi proizvodi iz ove oblasti još uvek se mogu smatrati relativno mladim, što svakako ne znači da se nisu dokazali na mnogim zahtevnim projektima u različitim prilikama klime, konfiguracije tla, težine projektnog zadatka... Njihova mladost se prvenstveno ogleda u činjenici da skoro svakih sedam dana dolazi do novog otkrića ili zaključka, pojavljuje se novi proizvod, oprema ili know-how.

Pre svega moramo istaći dva osnovna faktora koji su uticali na razvoj geosintetike kao podgrane građevinske industrije:

• zagađenje okoline – u razvijenim zemljama Evrope još 70-ih godina došlo je do osetnog pogoršanja životne sredine (brojne deponije zatrovale su podzemne vode, kontaminirano je zemljište pored puteva i fabrika, uticaj čoveka više se nije odnosio samo na neposredno mesto zagađenja već se nekontrolisano širio u ekosisteme
• razvoj savremenih tehnologija, materijala i sistema omogućio je adekvatan odgovor i rešavanje rastućih problema zagađenja na svakom onom mestu gde za to postoji dobra volja.

Jednom kada se pojavila potreba da se sačuvaju najvažniji prirodni resursi (pre nego dobra volja i svest o njihovom značaju za naš opstanak na planeti), industrija i nauka su dobile podsticaj da udruženim snagama iskoriste sva poznata dostignuća i prilagode ih komercijalnoj i bezbednoj upotrebi.
Tako se izdvojila i jedna od osnovnih karakteristika geosintetike po kojoj se bitno razlikuje kao grupa među svim ostalim građevinskim proizvodima – zadatak koji ona mora da ispuni u skoro svim slučajevima tiče se ogromnog broja ljudi!

Ne može se govoriti o odgovornoj gradnji i dobro urađenom poslu ukoliko na čvrstom ili mekom tlu, u ravnici ili planinskom predelu, pored okeana ili reke, gradite mostove, tunele, obaloutvrde, puteve, veštačka jezera, skladišta otpada ili otpadnih voda, a sve bez upotrebe geosintetičkih proizvoda. Važnost geosintetike možda najbolje ističe podatak da se opšti zakoni EU mogu nazvati blagim u odnosu na standarde skandinavskih zemalja ili npr. Nemačke, a često su neprecizniji i od standarda izvođenja koje preporučuju i primenjuju sami proizvođači odn. izvođači radova. Samo tako i može biti garantovan kvalitet investitoru – poreskim obveznicima.

U međuvremenu se pojavilo (samo od sebe?!) sve više razloga za primenu geosintetike:

• promena klime može ugroziti i vodotokove koje smo izbegli da zagadimo direkt nim putem, te ih moramo zaštiti, i sačuvati što veće zalihe vode
• porast cene energije uslovio je da svaka prevremena intervencija na infrastrukturi košta višestruko više (bez obzira da li se mora izvesti zbog posledica habanja ili opet, promene klime koja nepredviđenim vremenskim neprilikama sve češće i surovije napada naše saobraćajnice)
• geosintetika može činiti važnu kariku zaokruživanja procesa koji ide od deponovanja otpada, njegove višedecenijske izolacije i ponovne upotrebe za proizodnju energije (kalifornijske deponije promrežene su cevima koje pod zemljom akumuliraju metan i druge gasove sprovodeći ih direktno u termoelektrane)
• ojačavanje zemljišta i sprečavanje erozije tla neće samo otkloniti opasnost za ljudske živote ili imovinu, već će omogućiti racionalnu eksploataciju poljoprivrednog, šumskog ili građevinskog zemljišta...

Sve u svemu, opravdanost primene geosintetike najbolje pokazuju upravo primeri gde je korist jednovremena i višestruka: pravilno zaštićena obaloutvrda istovremeno je pouzdana podloga za saobraćajni koridor, obezbeđivanje kosina kod saobraćajnica neće štititi samo saobraćajnicu i doprinositi bezbednosti učesnika, već će i okolinu štititi od štetnih uticaja vozila (vibracije, izlivanje ulja, nafte i naftnih derivata)...

Srbija se sada donekle nalazi u raskoraku i kada je reč o geosintetici. Uzmimo primer gde izgradnja savremene deponije postaje imperativ za mnoge lokalne vlasti. Stanovništvo oseća direktne posledice višedecenijskog nemara za okolinu, izdvajaju se sredstva (NIP pripomaže), ali tek onda se dolazi do krajnjeg problema: ne postoje standardi koji služe kao smernice izvođačima, pa ni samom investitoru (koji je u ovom slučaju i lokalno stanovništvo) kako bi mogao pravilno da odredi pobednika tendera.

Kada uzmemo u obzir da jedna deponija ne sme propustiti toksični materijal u okolinu u narednih 100 godina, i da se po pravilu radi o višemilionskim iznosima cena radova, onda je jasno koliki su rizici ovakvog stanja, i kakvo je iskustvo i strogo praćenje standarda neophodno da bi zadatak bio ispunjen kako valja (skandinavske zemlje, i naročito Nemačka, nameću projektantima, investitorima i izvođačima strožije propise od onih koje zahteva Evropska unija).

U balkanskim zemljama (u EU ili van nje) već nekoliko puta je dolazilo do ozbiljnih grešaka, nemara, prevara, kako želite. Nedavno je u Albaniji morala biti zamenjena HDPE membrana površine 8.000m2 zato što je izvođač za spojnice na dnu deponije koristio svoja iskustva sa krovopokrivačkih projekata. Cena popravke neodgovarajuće izvedenih šavova procenjena je između 30 i 40 hiljada evra, pa je jeftinije bilo kupiti nov materijal i početi sve iz početka.

Dakle, geosintetika nije novotarija, nije luksuz, nije nepouzdana... Geosintetika je neophodnost skoro svih projekata niskogradnje ili hidrogradnje. Bez nje je nemoguće postići zadovoljavajući kvalitet gradnje i, posebno naglašavamo – osnovni nivo održivog razvoja, gde budućim generacijama možemo ostaviti pouzdanu infrastrukturu, očuvane resurse i zdraviju životnu sredinu.

MATERIJALI, PODELA I TIPOVI GEOSINTETIČKIH PROIZVODA

Materijali

Pre nego što vas upoznamo sa podelom i ulogama geosintetičkih proizvoda, važno je spomenuti materijale od kojih se proizvode. Dakle, geosintetički proizvodi sastoje se od nekoliko tipova tekstilnih, gumenih i plastičnih materijala, kao i bitumensko-polimernih i specijalnog materijala bentonita.

Najvažniji tipovi polimera koji se koriste u proizvodnji geotekstila su:

• PE (polyethylene) – polietilen
• PP (polypropylene) polipropilen
• PES (polyester) – poliester
• PET (polietilen terephthalate)
• PVC (polyvinil chloride) polivinil hlorid
• PA (polyammide) poliamid
• EPDM (etylen propylene diene monomer)
• FPO ili TPO (thermoplastic flexible polyolefin kao jedna od mešavina)...

Podela geosintetike

Prema predlogu IGS (International Geosynthetics Society – Internacionalno udruženje geosintetičara) za definiciju proizvoda iz oblasti geosintetike koriste se sledeći simboli:

• GT (geotextile) – geotekstil
• GG (geogrid) – geomreže
• BT (biotextile i biomat) biotekstili i biomati
• GA geomat
• GL geocell
• GN geonet
• GCD geosintetika za drenažu
• GCL geosintetičke bentonit membrane
• GM geomembrane
• GMS sintetičke geomembrane
• GMB bitumenske geomembrane

Geotekstili se mogu podeliti u dve grupe – netkani i tkani. Netkani (non-woven) proizvodi se od sintetičkih vlakana koja se obrađuju i vezuju mehanički (spojeni probijanjem iglama – needle-punched, slika 1.) ili termički (heat-bonded, slika 2.); u zavisnosti od dužine vlakana netkani mehanički vezani geotekstil može biti od kontinualnih ili kratkih vlakana (staple type); netkani geotekstil je prvi tip materijala iz tekstilne industrije koji je korišćen za geosintetički inženjering i još uvek je najzastupljeniji u ovoj oblasti.

Tkani geotekstil proizvodi se tkanjem dva ili više sintetičkih vlakana:

• wrap yarns paralelno sa pravcem kretanja
• weft yarns vertikalno u odnosu na platno

U zavisnosti od izgleda poprečnog preseka i tipa tkanja postoje tri tipa tkanog geotekstila: monofilament tkani geotekstili (slika 3.) i tape tkani geotekstili (flattened ribbones, slika 4.), DOS geotekstili (directionaly oriented structures, slika 5.).

Geomreže mogu biti ekstrudirane, pletene i vezane. Osnovna namena im je ojačanje i poboljšanje strukture zemljišta.

Ekstrudirane se proizvode najčešće od high-density polietilena ili polipropilena koju su ekstrudirani a zatim izvlačeni u jednom pravcu (mono-directional geogrids) sa naprezanjem na zatezanje u granicama 60-200KN/m ili izvlačeni u dva pravca (bi-directional) koje imaju manju vrednost naprezanja na zatezanje (20-30KN/m) ali zato jednaku u oba pravca (slika 6.)

Pletene geomreže se proizvode najčešće od high modul poliester sintetičkih vlakana obloženih zaštitnim slojem od sintetičkog materijala koji obezbeđuje otpornost spojeva (slika 7.)

Vezane geomreže se prave od dva ili više vlakana putem vezivanja (bonding). Ove mreže su obično kompozit od centralnog jezgra napravljenog od vlakana poliestera visoke čvrstoće i istrajnosti, i zaštitnog sloja tj. obloge od polietilena. Tehničke karakteristike su različite u oba pravca i kreću se u intervalu 15-1.350KN/m. Ovi proizvodi takođe mogu biti: mono i di-directional. Osim toga postoje i proizvodi u kombinaciji sa geotekstilom.

Biotekstil (slika 8.) se proizvodi od prirodnih vlakana (juta, kokosova vlakna i sl.) sastavljenih u kompozit koji je prilagodljiv obliku tla na koje se polaže. Ovi proizvodi se koriste kao privremeno rešenje za zaštitu od erozije tla, naročito kosina, sve dok vegetacija ne izraste i preuzme tu ulogu.

Biomat se proizvodi u kombinaciji prirod nih vlakana (slama, kokosova vlakna, vlakna agave i sl.) umetnutih između mreža napravljenih od sintetičkih materijala (polipropilen ili poliamid) ili prirodnih materijala (juta). Biomat je obično debljine 10mm i isporučuje se kao i biotekstil u rolnama. Osnovna namena mu je kao i kod biotekstila.

Geomat (slika 9.) se proizvodi od sintetičkih matrijala (polietilen velike gustine, poliamid, polipropilen i drugi ) zamršen u deformabilni oblik debljine 10-20mm sa karakteristikom velike poroznosti (više od 90% u proseku). Koriste se na kosinama da poboljšaju otpornost na eroziju prouzrokovanu dejstvom kiše i vododerina. U određenim slučajevima se mogu koristiti i za zaštitu od erozije kod nasipa kanala i manjih rečnih tokova (upotreba je ograničena samo na one delove nasipa koji su suvi i izloženi jedino dejstvu kiše i površinskih voda). Kao i kod geonet-a i geomat se može koristiti kao element za drenažu kada mu je dodat geotekstil ili neka geomembrana (upotreba za ovu namenu je ograničena na projekte gde je geomat izložen manjim statičkim pritiscima).

Geocell (slika 10.) se sastoji od ćelija postavljenih jedna do druge spojene trakama od ekstrudiranih sintetičkih materijala u formu saća. Osnovna funkcija geocell-a je da zadržava zemlju ili drugi rastresiti materijal na mestu kako bi sprečio klizanje rastresitog materijala niz kosinu.

Geonet (slika 11.) je mreža izrađena od dve preklopljene serije vlakana (ukupne debljine 3-15mm) koji su ukršteni pod konstantnim uglom (između 60 i 90 stepeni) formirajući konstantne i pravilne otvore (širine 10-20mm). Ove mreže se proizvode od ekstrudiranih termoplastičnih polimera (najčešće od polietilena velike gustine). Varenje dve serije vlakana se vrši parcijalnom penetracijom na tačkama dodira dok je polimer još uvek polutečan. Geonet u kombinaciji sa geotekstilom (ima funkciju filtera) i/ili geomembrane (ima funkciju barijere) može da se koristi za drenažu.

Geosintetika za drenažu (slika 12.) može biti napravljena kako od homogenog materijala isto tako i od kompozitnih. Što se tiče homogenih materijala oni su obično formirani od sintetičkih materijala sa posebnim profilom koji dozvoljava maksimalni drenažni kapacitet kada su postavljeni u kontaktu sa nekim površinama (potporni zidovi, temelji).

Kompozitne materijale nazivamo još i geo­kompozit za drenažu koji je sastavljen od geonet ili geomat sloja umetnutog između dva sloja geotekstila. Geonet/geomat ima funkciju dreniranja dok dva sloja geotekstila imaju ulogu filtera. Postoje i GCD sastavljeni od geotekstila i jednog sloja geoneta. Za specijalne zahteve postoje i GCD sastavljeni od geotekstila kao filtera, geonet/geomat kao drenažnog sloja i geomembrane kao barijere. Ukupna debljina geokompozita varira u zavisnosti od slojevitosti u granicama 5-30mm. Za proračun drenažnog kapaciteta potrebno je imati podatke za sredinu u koju se postavljaju geokompoziti.

Glinena geosintetika (slika 13.) je proizvod napravljen od bentonita i geosintetike: tanak sloj gline koja nabubri umetnut je između dva sloja geotekstila ili je zalepljen za sintetičku membranu.

GCL delimo na tri vrste:

• sloj bentonita fiksiran između dva sloja geotekstila zašiveni ili spojeni probijanjem jedan za drugi. Ovi šavovi povećavaju otpornost na trenje u međusklopu dva materijala. U slučaju spajanja probijanjem, kada je bentonit hidratizovan, on je povezan za geotekstil i nije potrebno mehaničko prošivanje
• drugi tip se pravi od natrijumovog bentonita pomešanog sa rastvorljivim lepkom (koji drže slojeve spojene do trenutka ugradnje) i postavljanjem između dva sloja geotekstila. Donji sloj je veoma tanak i ima labavo tkanje, dozvoljavajući bentonitu da izađe kroz njega i posle hidratacije da veže preklopni sloj
• treći tip se sastoji od bentonita sa lepkom koji ga povezuje sa geomembranom (HDPE); kao i kod drugog tipa i ovaj je samovezujući

Sintetičke geomembrane mogu biti homogene i sa ojačanjem, u dve vrste: plastomerne i elastomerne geomembrane.

Plastomerne geomembrane su debljine 0,5-2,5mm proizvedene različitim metodama (calendering, extrusion ili spreading) i sa osobinom malog koeficijenta propustljivosti.

• Calendering - mešavina termoplastičnih polimera (LDPE, HDPE, PVC, PP) i nekoliko različitih aditiva rastopljenih i redukovanih do tražene debljine korišćenjem zagrejanih valjaka da bi se kao krajnji rezultat dobile trake različitih širina
• Exstrusion - mešavina termoplastičnih polimera (LDPE, HDPE, PVC, PP) i nekoliko različitih aditiva rastopljenih i ekstrudiranih u trake različitih širina.
• Spreding - mešavina PVC (u plastisol - omekšanom stanju) i aditiva - plastifikatora koja je rasprostrana u hladnom stanju a zatim livena da bi se kao krajnji rezultat dobile trake različitih širina.

Elastomerne membrane su trake debljine 0,5-2mm, sa odlikom malog koeficijenta propustljivosti a proizvode se u dve faze: u prvoj fazi se proizvodi homogenizovana mešavina koja se sastoji od nevulkanizovanog polimera (sirova guma) i nekoliko različitih aditiva. U drugoj fazi (calendering) se homogena mešavina propušta kroz zagrejane valjkove i na taj način dovodi na traženu debljinu a istovremeno se vulkanizira da bi se dobila ravna traka u širinama koje variraju u opsegu 1-2m.

Bitumenske geomembrane ugrađuju se u trakama debljine 3-6mm i širine 1-1,5m. Proizvode se pravljenjem livene mešavine koja se sastoji od bitumena, plastomernih i elastomernih polimera i mineralnih punilaca. Karakteriše ih veoma mali koeficijent propustljivosti. Sloj za ojačanje (tkani ili netkani poliesterski filc ili staklena vuna) se u kontinualnom procesu impregnira sa livenom mešavinom zatim hladi i umeće između slojeva koji sprečavaju zalepljivanje a zatim se urolavaju u rolne. Ove membrane se koriste kako za hidroizolaciju krovova tako (u širinama 4-5m) i za geotehničke i hidro projekte: kanale, brane, rezervoare...

Prateći proizvodi

Pored gorenavedenih osnovnih tipova geo­sintetike, prilikom njihove ugradnje koristimo i nekoliko dodatnih proizvoda koji zajedno sa geosintetikom čine celovit sistem spreman da ispuni sve projektom predviđene zadatke. Pre svega ovde mislimo na geocev koja je obično perforirana i koristi se za drenažu, najčešće kod deponija. Geocevi mogu biti postavljene u kombinaciji sa geotekstilom, kako bi se izbeglo začepljenje usled sleganja otpada i formiranje opasnog vodenog taloga na dnu deponije.

Osim cevi, kao dodatni proizvodi se koriste i geo-pene u blokovima, napravljenim od ekspandiranog polistirena, koji se upotrebljavaju za termičku izolaciju, kao laka ispuna ili kao kompresovani vertikalni sloj kojim se smanjuje pritisak zemlje na potporne zidove.