Προστασία Γεωμεμβρανών έναντι Φθοράς από Κρούση. Geomembrane Protection Against Impact Damage ΧΡΥΣΙΚΟΣ, Α.Δ.

Transcript

1 Προστασία Γεωμεμβρανών έναντι Φθοράς από Κρούση Geomembrane Protection Against Impact Damage ΑΤΜΑΤΖΙΔΗΣ, Δ.Κ. ΧΡΥΣΙΚΟΣ, Α.Δ. ΘΩΜΑΣ, Κ.Ν. Πολιτικός Μηχανικός, Καθηγητής, Παν/μιο Πατρών Πολιτικός Μηχανικός, Λέκτορας, Παν/μιο Πατρών Πολιτικός Μηχανικός, Μ.Δ.Ε., Παν/μιο Πατρών ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Το Ευρωπαϊκό Πρότυπο EN ISO εφαρμόστηκε για την ποσοτικοποίηση του δείκτη προστασίας που παρέχουν γεωυφάσματα σε γεωμεμβράνες έναντι φθοράς από κρούση. Ελέγχθηκαν 7 μη υφασμένα γεωυφάσματα από ίνες πολυπροπυλενίου και διερευνήθηκε η επίδραση της ενέργειας κρούσης. Επιπλέον, εκτελέστηκαν ειδικές δοκιμές με 1 διαφορετικές γεωμεμβράνες. Διαπιστώθηκε άριστη γραμμική συσχέτιση (R 2 =,95) μεταξύ του δείκτη προστασίας και της μάζας ανά μονάδα επιφάνειας των γεωυφασμάτων. Ο βαθμός προστασίας των γεωμεμβρανών εξαρτάται τόσο από την ενέργεια κρούσης όσο και από τον τύπο και το πάχος της γεωμεμβράνης. ABSTRACT : European Standard EN ISO was applied to quantify the protection offered to geomembranes by a geotextile against impact loads. Tests were conducted with 7 nonwoven polypropylene geotextiles. The effect of impact energy was evaluated. Special tests were also conducted using ten different geomembranes. An excellent linear correlation (R 2 =.95) was obtained between protection index and geotextile mass per unit area. Geomembrane protection depends on impact energy as well as on geomembrane type and thickness. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Για τη διαχρονική διασφάλιση της καλής λειτουργίας των γεωμεμβρανών που χρησιμοποιούνται ως φραγμοί σε γεωτεχνικές κατάσκευές, απαιτείται κατάλληλη προστασία κατά τη διάρκεια της κατασκευής, κατά την επιβολή των φορτίων και κατά τη λειτουργία ενός έργου. Το επίπεδο προστασίας που προσφέρει ένα γεωύφασμα σε μία γεωμεμβράνη έχει διερευνηθεί στο παρελθόν με έλεγχο διαφόρων συνδυασμών γεωυφάσματος-γεωμεμβράνης (α) με βάση πρότυπες δοκιμές ελέγχου μηχανικών ιδιοτήτων, όπως εφελκυστικής αντοχής, αντοχής σε διάτρηση ή αντοχής σε κρούση (π.χ. Koerner et al. 1986, Lafleur et al. 1986, Puhringer 199) και (β) με χρήση ειδικά κατασκευασμένου εξοπλισμού επιβολής στατικών σημειακών φορτίων μέσω φυσικών αδρανών ή μέσω τεχνητών στοιχείων συγκεκριμένης γεωμετρίας (π.χ. Brummermann et al. 1994, Zanzinger 1996, Gallagher et al. 1999). Ως αποτέλεσμα των διερευνήσεων αυτών, διαμορφώθηκε η κοινή πρακτική της τοποθέτησης ενός μη υφασμένου γεωυφάσματος σε επαφή με τη γεωμεμβράνη προς την πλευρά επιβολής των φορτίων. Κάποια εθνικά πρότυπα απαιτούν τη χρήση γεωυφασμάτων πολύ υψηλής μάζας ανά μονάδα επιφάνειας της τάξης των g/m 2 έως g/m 2 (Heerten 1993, Seeger and Muller 1996) ενώ άλλα πρότυπα προτείνουν χαμηλότερες τιμές, της τάξης των 35g/m 2 έως 5g/m 2 (Corbet and Peters 1998). Επίσης έχει προταθεί μια εμπειρική σχέση για την επιλογή της μάζας ανά μονάδα επιφάνειας γεωυφάσματος προστασίας έναντι διάτρησης συγκεκριμένων γεωμεμβρανών (Koerner 5). Κατά τη διάρκεια της κατασκευής, οι γεωμεμβράνες θα πρέπει να προστατεύονται από πιθανή φθορά λόγω κρουστικών φορτίων από πτώση αδρανών, άλλων αντικειμένων ή εργαλείων. Η πιο δυσμενής περίπτωση είναι όταν η γεωμεμβράνη έχει τοποθετηθεί πάνω 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 1, Βόλος 1

2 σε σκληρό, απαραμόρφωτο υπόβαθρο. Εντούτοις, δεν υπάρχουν οδηγίες για την επιλογή της μάζας ανά μονάδα επιφάνειας γεωυφάσματος προστασίας μιας γεωμεμβράνης έναντι φθοράς από κρούση. Το Ευρωπαϊκό Πρότυπο EN καθορίζει μια δοκιμή δείκτη για τον προσδιορισμό του βαθμού προστασίας που προσφέρει ένα γεωύφασμα σε γεωμεμβράνη η οποία στηρίζεται σε σκληρή επιφάνεια και εκτίθεται σε κρουστικό φορτίο. Η εργαστηριακή διερεύνηση που παρουσιάζεται στη συνέχεια, βασίζεται στον έλεγχο, με βάση τις πρότυπες διαδικασίες, ενός μεγάλου αριθμού μη υφασμένων γεωυφασμάτων με στόχο την τεκμηρίωση της συσχέτισης μεταξύ του παρεχόμενου βαθμού προστασίας και των φυσικών ιδιοτήτων των γεωυφασμάτων. Επιπλέον, διερευνήθηκαν (α) η επίδραση της ενέργειας κρούσης στα αποτελέσματα της πρότυπης διαδικασίας και (β) η παρεχόμενη προστασία σε δέκα διαφορετικές γεωμεμβράνες. 2. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ Σύμφωνα με το πρότυπο EN ISO 13428, η δοκιμή δείκτη για τον ποσοτικό προσδιορισμό του βαθμού προστασίας που παρέχει ένα γεωύφασμα έναντι φθοράς από κρούση εκτελείται υποβάλλοντας ένα δοκίμιο σε κρουστικό φορτίο που προκαλείται από την πτώση βολίδας με ημισφαιρική κεφαλή (διαμέτρου mm). To ύψος πτώσης είναι 1±,1m και η μάζα της βολίδας 1±2g. To δοκίμιο τοποθετείται επάνω σε άκαμπτη βάση που είναι μία χαλύβδινη πλάκα πάχους mm. Ανάμεσα στη χαλύβδινη πλάκα και το δοκίμιο τοποθετείται πλάκα από μόλυβδο ονομαστικού πάχους 1,8±,2mm. Το απομένον πάχος της μολύβδινης πλάκας στα σημεία κρούσης, εκφρασμένο ως ποσοστό του αρχικού πάχους της, είναι ο δείκτης του βαθμού προστασίας που παρέχεται από το γεωύφασμα. Στο Σχήμα 1 φαίνεται το εργαστηριακό πλαίσιο που χρησιμοποιήθηκε για την εκτέλεση των δοκιμών. Στο Σχήμα 2 φαίνονται τόσο η πρότυπη όσο και τροποποιημένες βολίδες με μάζα 1g, g και 3g, αντίστοιχα, που χρησιμοποιήθηκαν σε συνδυασμό με διάφορα ύψη πτώσης για τη διενέργεια δοκιμών με ενέργεια κρούσης από 2Νm έως Nm (η τυπική ενέργεια κρούσης είναι 1Nm). Στο Σχήμα 3 φαίνεται η διάταξη έδρασης με την άκαμπτη βάση, τη μολύβδινη πλάκα και το γεωύφασμα στην κορυφή. Στο πλαίσιο αυτής της διερεύνησης χρησιμοποιήθηκαν δοκίμια γεωυφασμάτων από Σχήμα 1. Πλαίσιο εργαστηριακών δοκιμών Figure 1. Laboratory testing frame δείγματα μεγάλου μεγέθους, προερχόμενα από 11 διαφορετικούς κατασκευαστές. Το μέγεθος των δειγμάτων κυμάνθηκε από 4m 2 έως 12m 2 και το πλάτος ήταν ίσο με το τυπικό πλάτος των ρολών που παράγει κάθε Σχήμα 2. Βολίδες με μάζα 1g, g και 3g Figure 2. Rigid probes, 1g, g and 3g mass 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 1, Βόλος 2

3 Πίνακας 1. Φυσικές ιδιότητες των γεωυφασμάτων Table 1. Physical properties of geotextiles Σχήμα 3. Διάταξη έδρασης με χαλύβδινη πλάκα Figure 3. Steel plate support configurations κατασκευαστής. Ορισμένοι κατασκευαστές διέθεσαν δείγματα από δύο διαφορετικές σειρές προϊόντων τους. Ο αριθμός διαφορετικών γεωυφασμάτων ανά σειρά προϊόντων που ελέγχθηκαν, κυμάνθηκε από 3 έως 8, δίνοντας ένα σύνολο 7 δειγμάτων από 13 διαφορετικές σειρές προϊόντων. Ελέγχθηκαν μόνο μη υφασμένα γεωυφάσματα από ίνες πολύπροπυλενίου. Το σύνολο περιλάμβανε μη υφασμένα προϊόντα με μηχανική εμπλοκή των ινών κατασκευασμένα με ίνες μικρού μήκους (6%), με ίνες μεγάλου μήκουςσυνεχείς (16%), με ίνες μικρού μήκους και θερμικά μετεπεξεργασμένα (12%) και μη υφασμένα θερμικά συγκολλημένα (12%). Για να αποφευχθεί η χρήση εμπορικών ονομασιών χρησιμοποιούνται γενικοί συμβολισμοί (π.χ.μ1) για τον προσδιορισμό του κατασκευαστή και της σειράς προϊόντων. Οι αριθμοί σε παρένθεση δίπλα στους γενικούς συμβολισμούς, π.χ. Μ1(6), δείχνουν τον αριθμό των διαφορετικών γεωυφασμάτων που ελέγχθηκαν από μία συγκεκριμένη σειρά. Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται οι ονομαστικές τιμές των φυσικών ιδιοτήτων των γεωυφασμάτων που ελέγχθηκαν. Ολα τα γεωυφάσματα ελέγχθηκαν σύμφωνα με το πρότυπο EN ISO και, μετά από κάθε κρούση, καταγραφόταν το απομένον πάχος της μολύβδινης πλάκας. Για να αποκτηθούν τιμές αναφοράς, εκτελέστηκαν δοκιμές χωρίς να τοποθετηθεί γεωύφασμα πάνω από τη μολύβδινη πλάκα. Στο Σχήμα 4 φαίνεται μια τυπική πλάκα μολύβδου που έχει υποστεί κρούση. Στο παράρτημα Α του πρότυπου EN ISO περιγράφονται τροποποιήσεις της πρότυπης διαδικασίας, που περιλαμβάνουν διαφοροποίηση της ενέργειας κρούσης και χρήση γεωμεμβράνης αντί της πλάκας μολύβδου, με Σειρά Γεωυφασμάτων μ Α (g/m 2 ) t (mm) M2 (7) 1-5 1, 4, M4 (6) ,2 3,1 M6 (6) ,7 9,3 M7 (7) 3 1 3,2 8, M1 (4) 3 4,3 9,7 M11 (3) 5 1 4,1 1, M12 (4) ,3 2,2 M13 (8) , 2,9 M14 (5) 6 1 4,5 8,3 M15 (6) ,47,85 M16 (4) ,85 1,5 M17 (6) 1 5 1, 3,3 M18 (4) ,7 8,5 Μ19 (1) 1 6 1, 3,9 μ Α : μάζα ανά μονάδα επιφάνειας t: πάχος στόχο την προσομοίωση των πραγματικών συνθηκών πεδίου. Για τη διερεύνηση της επίδρασης του μεγέθους της ενέργειας κρούσης και του τύπου και του πάχους της γεωμεμβράνης επιλέχτηκαν εννέα γεωυφάσματα με τιμές της μάζας ανά μονάδα επιφάνειας που καλύπτει το εύρος τιμών του συνόλου των εβδομήντα γεωυφασμάτων. Εκτελέστηκαν δύο τύποι δοκιμών: (α) με χρήση μολύβδινης πλάκας και διαφοροποίηση της ενέργειας κρούσης και (β) με χρήση γεωμεμβράνης και αύξηση της ενέργειας κρούσης μέχρι να προκληθεί διάτρηση της γεωμεμβράνης. Ελέγχθηκαν τέσσερις γεωμεμβράνες HDPE πάχους 1, έως 2,5mm, τέσσερις γεωμεμβράνες PVC Σχήμα 4. Τυπική πλάκα μολύβδου μετά την κρούση Figure 4. Typical impacted lead plate 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 1, Βόλος 3

4 πάχους 1,2 ως 2,5mm και δύο γεωμεμβράνες FDA πάχους 1,2 και 1,5mm. Η πιστοποίηση της διάτρησης γίνονταν με χρήση πηγής φωτός ή/και έλεγχο με σύρμα διαμέτρου,1mm. 3. ΔΕΙΚΤΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ Τα αποτελέσματα που προέκυψαν για κάθε μια από τις σειρές γεωυφασμάτων που ελέγχθηκαν, χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία συσχετισμών μεταξύ του απομένοντος πάχους της πλάκας μολύβδου, S r (%), και των φυσικών ιδιοτήτων των γεωυφασμάτων (μάζα ανά μονάδα επιφάνειας, μ Α, και πάχος, t). Οι τιμές που χρησιμοποιήθηκαν για τις φυσικές ιδιότητες προέκυψαν κατά τη διάρκεια των δοκιμών, σύμφωνα με τα προβλεπόμενα στο Πρότυπο EN ISO 13428, και μπορεί να διαφέρουν από τις ονομαστικές τιμές που παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Ως μια πρώτη προσέγγιση, χρησιμοποιήθηκε γραμμική συσχέτιση. Ομοίως, προσδιορίστηκαν γραμμικές συσχετίσεις τόσο για το σύνολο των δεδομένων όσο και για ομάδες δεδομένων που αφορούν προϊόντα (α) από ίνες μικρού μήκους, (β) από ίνες μεγάλου μήκους, (γ) από ίνες μήκους με θερμική μετεπεξεργασία και στις δύο επιφάνειες τους και (δ) θερμικά συγκολλημένα. Η γραμμική συσχέτιση μεταξύ του απόμένοντος πάχους, S r (%), και της μάζας ανά μονάδα επιφάνειας, μ Α, φαίνεται να είναι πολύ καλή για τις περισσότερες από τις σειρές γεωυφασμάτων που ελέγχθηκαν. Για μια από τις σειρές προέκυψε χαμηλή τιμή του συντελεστή συσχέτισης (R 2 =,514) ενώ για έντεκα από τις δεκατέσσερις σειρές οι τιμές του συντελεστή συσχέτισης ήταν μεγαλύτερες από,9 με ανώτερη το,997. Η συσχέτιση μεταξύ του απομένοντος πάχους, S r (%), και του πάχους του γεωυφάσματος δεν ήταν τόσο καλή. Μόνο για εφτά από τις δεκατέσσερις σειρές προέκυψαν τιμές του συντελεστή συσχέτισης μεγαλύτερες από,9 ενώ για δύο σειρές η τιμή προέκυψε μικρότερη από,3. Κατά συνέπεια, στον Πίνακα 2 συνοψίζονται μόνο συσχετίσεις μεταξύ του απομένοντος πάχους, S r (%), και της μάζας ανά μονάδα επιφάνειας, μ Α, και στο Σχήμα 5 παρουσιάζονται τυπικές συσχετίσεις. Στο Σχήμα 6 παρουσιάζονται οι συσχετίσεις του απομένοντος πάχους, S r (%), με τη μάζα ανά μονάδα επιφάνειας, μ Α, για το σύνολο των δεδομένων. Επιβεβαιώνεται ότι η συσχέτιση με τη μάζα ανά μονάδα επιφάνειας των γεωυφασμάτων είναι ποιοτικά ανώτερη από τη συσχέτιση με το πάχος των γεωυφασμάτων. Πίνακας 2. Συσχετίσεις μεταξύ απομένοντος πάχους, S r (%), και μάζας ανά μονάδα επιφάνειας, μ Α, των γεωυφασμάτων. Table 2. Correlations between residual thickness, S r (%), and geotextile mass per unit area, μ Α Σειρά S r (%)=A μ Α +Β Γεωυφασμάτων A B R 2 M2 (7),297 17,1,8 M4 (6),442 12,41,725 M6 (6),317 16,46,985 M7 (7),346 17,38,947 M1 (4),31 11,73,994 M11 (3),348 13,8,997 M12 (4),267 15,57,987 M13 (8),348 13,24,957 M14 (5),474 11,22,986 M15 (6),34 15,27,898 M16 (4),258 15,89,514 M17 (6),283 18,49,913 M18 (4),323 18,77,989 Μ19 (1),379 16,25,978 R 2 : συντελεστής συσχέτισης Για κάθε γεωύφασμα υπολογίστηκε, με βάση τη συνολική συσχέτιση με τη μάζα ανά μονάδα επιφάνειας το αναμενόμενο απομένον πάχος, και το αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τις τιμές που μετρήθηκαν. Το σφάλμα που προέκυψε κυμάνθηκε μεταξύ ±5%, ±1% και ±% για το 3%, το 72% και το το 97% των γεωυφασμάτων, αντίστοιχα. Κατά συνέπεια, η γραμμική συσχέτιση που προσδιορίστηκε παρέχει συνολικά πολύ ικανοποιητικές προβλέψεις. 3.1 Τιμές αναφοράς Το απομένον πάχος της μολύβδινης πλάκας που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση των δοκιμών σύμφωνα με το Πρότυπο ΕΝ ΙSΟ 13428, όταν δεν τοποθετείται γεωύφασμα επάνω της, θα πρέπει να θεωρείται ως η τιμή αναφοράς. Κατά τη διάρκεια αυτής της διερεύνησης, η βολίδα αφέθηκε να πέσει μία επιπλέον φορά, μετά την απομάκρυνση του δοκιμίου του γεωυφάσματος, σε 45 διαφορετικές μολύβδινες πλάκες. Το μέσο απομένον πάχος των μολύβδινων πλακών, χωρίς γεωύφασμα, υπολογίστηκε ίσο με 15,%. Η τιμή αυτή βρίσκεται σε πολύ καλή συμφωνία με την τιμή του 15,41% που προκύπτει από τη γραμμική συσχέτιση που φαίνεται στο Σχήμα 6. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 1, Βόλος 4

5 Σειρά γεωυφασμάτων M 6 (6) S r (%) =.317 μ Α R 2 = Όλα τα γεωυφάσματα S r (%)=.34 μ Α R 2 = Σειρά γεωυφασμάτων M 6 (6) S r (%) = t R 2 = Πάχος, t (mm) Σχήμα 5. Τυπικές συσχετίσεις απομένοντος πάχους και φυσικών ιδιοτήτων των γεωυφασμάτων Figure 5. Typical correlations of residual thickness with geotextile physical properties Εντούτοις, τα αποτελέσματα των συσχετίσεων ανά σειρά γεωυφασμάτων, όπως παρουσιάζονται στον Πίνακα 2, δείχνουν μία απόκλιση της τιμής αναφοράς μεταξύ 11,22% και 18,77%. Το γεγονός αυτό υποδεικνύει μία διαφοροποίηση στη συμπεριφορά μεταξύ διαφορετικών σειρών γεωυφασμάτων που μπορεί να αποδοθεί στη χρήση διαφορετικών πρώτων υλών και διαδικασιών παραγωγής. 3.2 Υλικά και διαδικασίες παραγωγής Σε μια προσπάθεια να αξιολογηθεί η επίδραση των διαφορών ανάμεσα στις πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται και τις διαδικασίες παραγωγής που εφαρμόζονται, τα διαθέσιμα δεδομένα χωρίστηκαν σε τέσσερις ομάδες και προέκυψαν νέες συσχετίσεις του απομένοντος πάχους με τη μάζα ανά μονάδα επιφάνειας. Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται στο Σχήμα 7 δείχνουν καλές έως άριστες συσχετίσεις και για τις τέσσερις ομάδες προϊόντων. Μπορεί να παρατηρηθεί ότι: (α) τα θερμικά συγκολλημένα προϊόντα έδωσαν μικρότερες τιμές απομένοντος πάχους (παρέχοντας χαμη- 8 6 Όλα τα γεωυφάσματα S r (%) = t R 2 = Πάχος, t (mm) Σχήμα 6. Γενικές συσχετίσεις απομένοντος πάχους και φυσικών ιδιοτήτων των γεωυφασμάτων Figure 6. Overall correlations of residual thickness with geotextile physical properties λότερο βαθμό προστασίας) σε σύγκριση με τους άλλους τρεις τύπους γεωυφασμάτων, (β) η θερμική μετεπεξεργασία της επιφάνειας προσδίδει ένα μικρό πλεονέκτημα, έναντι των θερμικά συγκολλημένων προϊόντων, αλλά όχι και έναντι των άλλων δύο τύπων προϊόντων, (γ) εάν πρόκειται να χρησιμοποιηθεί ένα προϊόν με σχετικά μικρή μάζα ανά μονάδα επιφάνειας (μικρότερη από g/m 2 ), θα πρέπει να προτιμηθούν μη υφασμένα γεωυφάσματα από ίνες μικρού μήκους και (δ) εάν για ειδικούς λόγους, όπως μακροχρόνια προστασία, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένα βαρύ γεωύφασμα, τα προϊόντα από ίνες μεγάλου μήκους μπορούν να προσφέρουν την πιο υψηλή προστασία έναντι φθοράς από κρούση. 3.3 Ενέργεια κρούσης Στο Σχήμα 8 φαίνεται η επίδραση της ενέργειας κρούσης στο απομένον πάχος, S r (%). Μπορεί να παρατηρηθεί ότι αύξηση ή μείωση της ενέργειας κρούσης έχει σημαντική επίδραση, ιδιαίτερα για γεωυφάσματα με χαμηλότερες τιμές μάζας ανά μονάδα επιφάνειας. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 1, Βόλος 5

6 Τύπος γεωυφάσματος : Μηχανική εμπλοκή Κοντές ίνες S r (%) =.319 μ Α R 2 = Τύπος γεωυφάσματος : Μηχανική εμπλοκή Συνεχείς ίνες S r (%) =.48 μ Α R 2 = Τύπος γεωυφάσματος : Μηχανική εμπλοκή Θερμική μετεπεξεργασία S r (%) =.275 μ Α R 2 = Τύπος γεωυφάσματος : Θερμική συγκόληση S r (%) =.291 μ Α R 2 = Σχήμα 7. Συσχετίσεις απομένοντος πάχους και μάζας ανά μονάδα επιφάνειας για διάφορους τύπους γεωυφασμάτων Figure 7. Correlations of residual thickness with mass per unit area of geotextile groups Ενέργεια κρούσης 5 Nm 1 Nm 15 Nm Nm Σχήμα 8. Επίδραση της ενέργειας κρούσης Figure 8. Effect of impact energy Αν χρησιμοποιηθεί ενέργεια κρούσης ίση προς τη μισή της πρότυπης (5Νm) βελτιώνεται ο παρεχόμενος βαθμός προστασίας κατά 1% έως 15% για γεωυφάσματα με μάζα ανά μονάδα επιφάνειας έως 5g/m 2. Aν αυξηθεί περαιτέρω η μάζα ανά μονάδα επιφάνειας η επίδραση αυτή σταδιακά μειώνεται (1% ή λιγότερο για μάζα ανά μονάδα επιφάνειας περίπου g/m 2 ). Aν χρησιμοποιηθεί ενέργεια κρούσης διπλάσια της πρότυπης (Νm), μόνο γεωυφάσματα με μάζα ανά μονάδα επιφάνειας 8g/m 2 ή μεγαλύτερη μπορούν να προσφέρουν προστασία έναντι φθοράς από κρούση. Για μικρότερη αύξηση της ενέργειας κρούσης, όπως κατά 5% που διερευνήθηκε, μειώνεται σημαντικά ο παρεχόμενος βαθμός προστασίας, ιδιαίτερα από γεωυφάσματα με σχετικά μικρή μάζα ανά μονάδα επιφάνειας (έως 5g/m 2 ). 4. ΕΛΕΓΧΟΣ ΓΕΩΜΕΜΒΡΑΝΩΝ Στο Σχήμα 9 συνοψίζονται οι τιμές της ενέργειας κρούσης που προκάλεσε διάτρηση των γεωμεμβρανών που ελέγχθηκαν. Διαπιστώνεται εύκολα ότι η επίδραση της ενέργειας κρούσης διαφοροποιείται ανάλογα με τον τύπο της γεωμεμβράνης (πολυμερές) και το πάχος της γεωμεμβράνης. Γενικά, οι γεωμεμβράνες HDPE παρουσιάζουν ουσιωδώς αυξημένη αντίσταση έναντι διάτρησης από κρουστικό φορτίο σε σχέση με τις γεωμεμβράνες PVC και FPA που φαίνεται να συμπεριφέρονται με παρόμοιο τρόπο. Εφαρμογή της πρότυπης ενέργειας κρούσης (1Νm) σε γεωμεμβράνες HDPE (α) δεν προκαλεί διάτρηση των γεωμεμβρανών με πάχος 2, και 2,5mm ακόμη και όταν αυτές δεν προστατεύονται με γεωύφασμα και (β) απαιτεί γεωύφασμα με μάζα ανά μονάδα επιφάνειας μεγαλύτερη των g/m 2 και 8g/m 2 για να μη διατρηθούν 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 1, Βόλος 6

7 Ενέργεια κρούσης (Ν m ) 3 1 Γεωμεβράνες HDPE Πάχος 1. mm Πάχος 1.5 mm Πάχος 2. mm Πάχος 2.5 mm Γεωμεβράνες PVC Πάχος 1.2 mm Πάχος 1.5 mm Πάχος 2. mm Πάχος 2.5 mm Γεωμεβράνες FPA Πάχος 1.2 mm Πάχος 1.5 mm Μάζα ανά μονάδα επιφάνειας, μ A (g/m ) Σχήμα 9. Προστασία γεωμεμβρανών Figure 9. Geomembrane protection γεωμεμβράνες με πάχος ίσο προς 1,5mm και 1,mm, αντίστοιχα. Ελέγχος των γεωμεμβρανών PVC με την πρότυπη ενέργεια κρούσης (α) οριακά δεν προκαλεί διάτρηση της γεωμεμβράνης πάχους 2,5mm όταν δεν προστατεύονται με γεωύφασμα και (β) απαιτεί γεωύφασμα με μάζα ανά μονάδα επιφάνειας μεγαλύτερη των 5g/m 2, 8g/m 2 και 1g/m 2 για να μη διατρηθούν οι γεωμεμβράνες πάχους 2,mm, 1,5mm και 1,2mm, αντίστοιχα. Όπως και οι γεωμεμβράνες PVC, οι γεωμεμβράνες FPA πάχους 1,2mm και 1,5mm χρειάζονται προστασία με γεωύφασμα των 8g/m 2 έως 1g/m 2 για να μη διατρηθούν από κρούση με την πρότυπη ενέργεια κρούσης. Εάν για λόγους ασφάλειας η γεωμεμβράνη πρέπει να προστατεύεται έναντι κρουστικών φορτίων με ενέργεια διπλάσια της πρότυπης (Nm), τότε (α) γεωμεμβράνες HDPE πάχους 2,5mm δεν απαιτούν προστασία ενώ γεωμεμβράνες PVC ίδιου πάχους απαιτούν προστασία με γεωύφασμα περίπου των 1g/m 2, (β) γεωμεμβράνες HDPE και PVC πάχους 2,mm απαιτούν προστασία με γεωύφασμα τουλάχιστον των 8g/m 2 και 13g/m 2, αντίστοιχα και (γ) γεωμεμβράνες HDPE, PVC και FPA πάχους 1,5mm απαιτούν προστασία με γεωύφασμα τουλάχιστον των 1g/m 2, 17g/m 2 και 17g/m 2, αντίστοιχα. Επιπλέον, πρέπει να σημειωθεί ότι οι σχετικά λεπτές γεωμεμβράνες, με πάχος έως 1,5mm, είναι πολύ ευαίσθητες και είναι απαραίτητη η προστασία τους έναντι ακόμη και μικρών κρουστικών φορτίων. Πράγματι, για κρουστικό φορτίο ίσο προς το μισό του πρότυπου (5Nm), απαιτείται γεωύφασμα με μάζα ανά μονάδα επιφάνειας περίπου g/m 2 για να μη διατρηθούν γεωμεμβράνες PVC και FPA πάχους 1,2mm και 1,5mm και γεωμεμβράνη HDPE πάχους 1,mm. Τέλος, πρέπει να τονιστεί ότι η εφαρμογή των πρότυπων διαδικασιών κατά EN ISO έχει ως σκοπό τη συγκριτική αξιολόγηση μεταξύ γεωυφασμάτων και ότι αποκλίσεις από τις πρότυπες διαδικασίες μπορεί να οδηγήσουν σε εσφαλμένα συμπεράσματα. Η παρατήρηση αυτή τεκμηριώνεται και από τη θεώρηση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με χρήση της πρότυπης μολύβδινης πλάκας (Σχήμα 8) και πραγματικών γεωμεμβρανών (Σχήμα 9). Αναφέρθηκε προηγουμένως ότι οι δοκιμές με ενέργεια κρούσης ίση προς το διπλάσιο της πρότυπης (Νm αντί 1Νm) κατέληξαν σε μηδενικό απομένον πάχος, δηλαδή σε διάτρηση, του μολύβδινου φύλλου για γεωυφάσματα με μάζα ανά μονάδα επιφάνειας έως 8g/m 2. Τα αποτελέσματα των δοκιμών με γεωμεμβράνες υποδεικνύουν ότι η παρατήρηση αυτή δεν έχει απαραιτήτως γενική ισχύ αφού (α) γεωμεμβράνες HDPE πάχους 2,5mm δεν υφίστανται διάτρηση ακόμη και όταν ελέγχονται χωρίς γεωύφασμα, (β) γεωμεμβράνες HDPE πάχους 2,mm, 1,5mm και 1,mm απαιτούν γεωυφάσματα τουλάχιστον των 8g/m 2, 1g/m 2 και 15g/m 2, αντίστοιχα για να μην υποστούν διάτρηση και (γ) γεωμεμβράνες PVC πάχους 2,5mm έως 1,2mm απαιτούν γεωυφάσματα τουλάχιστον των 9g/m 2 έως 17g/m 2 για να μη διατρηθούν. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Με βάση τα αποτελέσματα που προέκυψαν και τις παρατηρήσεις που έγιναν κατά τη διάρκεια 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 1, Βόλος 7

8 αυτής της πειραματικής διερεύνησης, μπορούν να εξαχθούν τα ακόλουθα συμπεράσματα σχετικά με το βαθμό προστασίας που προσφέρουν μη υφασμένα γεωυφάσματα πολυπροπυλενίου έναντι φθοράς από κρούση: 1. Υπάρχει πολύ καλή έως άριστη γραμμική συσχέτιση μεταξύ της μάζας ανά μονάδα επιφάνειας των γεωυφασμάτων και του βαθμού προστασίας που παρέχουν σε άλλα γεωσυνθετικά (π.χ. γεωμεμβράνες) έναντι φθοράς από κρούση, όπως προσδιορίζεται από το δείκτη απομένοντος πάχους του Προτύπου EN ISO Θα πρέπει να προτιμούνται μη υφασμένα γεωυφάσματα με μηχανική εμπλοκή των ινών. Προϊόντα κατασκευασμένα με ίνες μεγάλου μήκους πλεονεκτούν έναντι των κατασκευασμένων με ίνες μικρού μήκους, ιδιαίτερα για γεωυφάσματα με υψηλότερη μάζα ανά μονάδα επιφάνειας. 3. Οι πρότυπες διαδικασίες κατά EN ISO θα πρέπει να χρησιμοποιούνται μόνο για συγκριτική αξιολόγηση μεταξύ γεωυφασμάτων. 4. Γεωμεμβράνες ίδιου πάχους αλλά από διαφορετικά πολυμερή παρουσιάζουν διαφορετική αντίσταση σε φθορά από κρούση. Την υψηλότερη αντίσταση παρουσιάζουν οι γεωμεμβράνες HDPE. 6. ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΕΙΣ Οι συγγραφείς αναγνωρίζουν τη συμβολή της κας Β. Αλεξοπούλου, του κ. Γ. Παπαδημητράτου και της κας Α. Καρβέλα στην εκτέλεση των εργαστηριακών δοκιμών. Οι παρακάτω κατασκευαστές πρόσφεραν μεγάλου μεγέθους δείγματα γεωυφασμάτων: Bondofibra, Bonar, DuPont, Fibertex, Geofabrics, Naue Fasertechnik, Polyfelt, Synthetic Industries, Terram, TC Mirafi, Thrace Plastics. 7. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Heerten, G., (1994), Geotextile and/or GCL protection systems for geomembranes, Geosynthetic Liner Systems: Innovations, Concerns and Designs, R.M. Koerner and R.F. Wilson-Fahmy, Editors, IFAI, Philadelphia, PA, USA, pp Gallagher, E.M., Darbyshire, W. and Warwick, R.G. (1999), Performance testing of landfill geoprotectors: background, critique, development, and current UK practice, Geosynthetics International, Vol.6, No.4, pp Koerner, R.M., (5), Designing with geosynthetics, Fifth Edition, Pearson Prentice Hall, NJ, USA. Koerner, R.M., Monteleone, M.J., Schmidt, J.R. and Roethe, A.T. (1986), Puncture and impact resistance of geosynthetics, Proc. 3 rd International Conference on Geotextiles, Vienna, Austria, Vol. III, pp Lafleur, J., Akber, S.Z. and Hammamji, Y. (1986), Influence of geotextile on the behavior of geotextile-geomembrane composites, Proc. 3 rd International Conference on Geotextiles, Vienna, Austria, Vol. III, pp Puhringer, G. (199), Pyramid puncture test for evaluating the protection function of geotextiles, Geosynthetic Testing for Waste Containment Applications, R.M.Koerner, Editor, STP181, ASTM, Philadelphia, PA, USA, pp Seeger, S. and Muller, W. (1996), Requirements and testing of protective layer systems for geomembranes, Geotextiles and Geomembranes, Vol.14, No.7/8, pp Zanzinger, H. (1996), Efficiency of geosynthetic protection layers for geomembrane liners: performance in a large-scale model test, Geosynthetics International, Vol.6, No.4, pp Brummermann, K., Blumel, W. and Stoewahse, C. (1994), Protection layers for geomembranes: effectiveness and testing procedures, Proc. 5 th International Conference on Geotextiles, Geomembranes and Related Products, Singapore, Vol.3, pp Corbet, S.P. and Peters, M. (1996), First Germany/USA geomembrane workshop, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 14, No. 12, pp ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/9 1/1 1, Βόλος 8