ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΓΕΩΜΕΜΒΡΑΝΩΝ ΜΕ ΓΕΩΥΦΑΣΜΑΤΑ: ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΤΑ ΕΝ 13719

Επιβλέπων : Δ. Κ. Ατματζίδης, Καθηγητής ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΓΕΩΜΕΜΒΡΑΝΩΝ ΜΕ ΓΕΩΥΦΑΣΜΑΤΑ: ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΤΑ ΕΝ 13719 ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΓΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΔΙΠΛΩΜΑ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΘΕΟΦΑΝΗΣ Ν. ΜΠΛΑΝΤΖΟΥΚΑΣ Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός ΠΑΤΡΑ, ΜΑΙΟΣ 26

Επιβλέπων : Δ. Κ. Ατματζίδης, Καθηγητής ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΓΕΩΜΕΜΒΡΑΝΩΝ ΜΕ ΓΕΩΥΦΑΣΜΑΤΑ: ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΤΑ ΕΝ 13719 ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΓΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΔΙΠΛΩΜΑ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΘΕΟΦΑΝΗΣ Ν. ΜΠΛΑΝΤΖΟΥΚΑΣ Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός ΠΑΤΡΑ, ΜΑΙΟΣ 26

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείμενο της Διατριβής αυτής είναι η εργαστηριακή διερεύνηση της εφαρμογής του πρότυπου ΕΝ 13719 με το οποίο εκτιμάται η προστασία που παρέχουν γεωυφάσματα σε γεωμεμβράνες έναντι αστοχίας λόγω μηχανικών καταπονήσεων. Για την εκτέλεση των εργαστηριακών δοκιμών σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε κατάλληλη εργαστηριακή διάταξη καθώς και σύστημα μέτρησης παραμορφώσεων σύμφωνα με τις προβλέψεις του πρότυπου ΕΝ 13719. Ελέγχθηκαν συνολικά 16 μη υφασμένα γεωυφάσματα από ίνες πολυπροπυλενίου. Τα γεωυφάσματα προέρχονται από έξι διαφορετικούς κατασκευαστές και επιλέχτηκαν έτσι ώστε να καλύπτεται ικανό εύρος τιμών για τις φυσικές και μηχανικές ιδιότητές τους (μάζα ανά μονάδα επιφάνειας από 186 g/m 2 έως 147 g/m 2, πάχος 1.6 mm έως 1.1 mm, αντοχή σε εφελκυσμό 11.5 kν/m έως 13.4 kn/m και αντοχή σε διάτρηση 2.1 kn έως 16.4 kn). Οι τιμές του δείκτη προστασίας που προσδιορίστηκαν σύμφωνα με το πρότυπο ΕΝ 13719, κυμαίνονται μεταξύ 22.6x1 3 kpa έως 59.5x1 3 kpa. Στο πλαίσιο της διερεύνησης, έγιναν παρατηρήσεις σχετικά με την ανισοκατανομή του εφαρμοζόμενου φορτίου στη βάση του προσομοιωμένου αδρανούς με βάση το μέγεθος και την κατανομή των παραμορφώσεων που αποτυπώνονται σε φύλλο μολύβδου. Η ανομοιομορφία των παραμορφώσεων ή των βυθίσεων του φύλλου μολύβδου είναι έντονη για την ονομαστική τάση των 3 kpa και μειώνεται όσο αυξάνεται η ονομαστική τάση (σε 6 kpa και 11 kpa). Επιπλέον, διερευνήθηκε η εξέλιξη με το χρόνο της συμπίεσης του συνόλου των υλικών που συνθέτουν την εργαστηριακή διάταξη καθώς και η επίδραση του περιορισμού της χρονικής διάρκειας της δοκιμής (από 1 hr σε 25 hr) τόσο στις μετρούμενες παραμορφώσεις όσο και στον υπολογιζόμενο δείκτη προστασίας. Τέλος, διερευνήθηκε η δυνατότητα αντικατάστασης της προτεινόμενης από το πρότυπο διαδικασίας με άλλη απλούστερη και ταχύτερη στην εκτέλεσή της. Για το λόγο αυτό σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε κατάλληλη διάταξη, εκτελέστηκαν αντίστοιχες δοκιμές και τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με αυτά που προκύπτουν από δοκιμές που εκτελούνται εφαρμόζοντας το πρότυπο ΕΝ 13719. - iii -

Κατά την διάρκεια εκτέλεσης δοκιμής κατά ΕΝ 13719, η συνολική συμπίεση της εργαστηριακής διάταξης στο στάδιο σταθερού φορτίου οφείλεται πιθανότατα στη συμπίεση των υπόλοιπων υλικών της εργαστηριακής διάταξης και όχι στο ίδιο το γεωύφασμα. Το γεωύφασμα αναμένεται να έχει εξαντλήσει τη συμπιεστότητά του κατά το αρχικό στάδιο της δοκιμής, δηλαδή κατά την πρώτη ώρα, όπου το φορτίο αυξάνεται με σταθερό φορτίο έως ότου φτάσει τη μέγιστη προβλεπόμενη τιμή του. Τα πειραματικά δεδομένα χρόνου συμπίεσης δοκιμών διάρκειας 25 hr προσαρμόζονται εξαιρετικά με καμπύλες της μορφής y = A ln x+ B, επιτρέποντας την προεκβολή τους για χρονικό διάστημα 1 hr. Η πρόσθετη αναμενόμενη συμπίεση της εργαστηριακής διάταξης για το διάστημα 25 hr έως 1 hr δε σχετίζεται με το μέγεθος του εξωτερικά ασκούμενου φορτίου, δηλαδή προκύπτουν περίπου ίδιες μετακινήσεις για διαφορετικά φορτία. Οι δείκτες προστασίας που υπολογίζονται με τη δυσμενή υπόθεση ότι η πρόσθετη συμπίεση οφείλεται αποκλειστικά στη συμπίεση του ελαστικού υποστρώματος, διαφέρουν από % έως 1.4%, με μέσο όρο.6%, από τους δείκτες που υπολογίζονται από δοκιμές διάρκειας 25hr. Κατά συνέπεια, τα αποτελέσματα των δοκιμών με διάρκεια 25 hr είναι αντιπροσωπευτικά των αποτελεσμάτων που θα λαμβάνονταν εάν οι δοκιμές διαρκούσαν 1hr και δίνουν μια πολύ καλή εκτίμηση του δείκτη προστασίας των γεωυφασμάτων. Για το σύνολο των γεωυφασμάτων που ελέγχθηκαν, οι τιμές του δείκτη προστασίας παρουσιάζουν αυξητική τάση με την αύξηση των τιμών των φυσικών ή/και των μηχανικών ιδιοτήτων των γεωυφασμάτων. Η συσχέτιση του δείκτη προστασίας με φυσικές ή/και μηχανικές ιδιότητες μπορεί, ποιοτικά, να είναι από πολύ καλή έως και αδύνατη. Οι τιμές του δείκτη προστασίας που προέκυψαν από δοκιμές που εκτελέστηκαν με απλοποιημένη διάταξη και διαδικασίες (μηδενικός χρόνος διατήρησης σταθερού φορτίου, μια στρώση σφαιρών, διπλάσια ονομαστική τάση) διαφέρουν από 1% έως 24%, με μέσο όρο 1%, από τις τιμές που υπολογίζονται κατά ΕΝ 13719. Κατά συνέπεια, ενισχύεται η άποψη ότι η πρότυπη δοκιμή μπορεί να προσομοιωθεί πολύ ικανοποιητικά με χρήση απλούστερης εργαστηριακής διάταξης πετυχαίνοντας σημαντική μείωση του απαιτούμενου χρόνου για την εκτέλεσή της. - iv -

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ..... ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ..... iii v vii ix x ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ... 4 2.1 Γεωυφάσματα..... 5 2.2 Λειτουργίες, ιδιότητες και εφαρμογές των γεωυφασμάτων.... 7 2.3 Προστασία γεωμεμβρανών 1 2.3.1 Εργαστηριακές διερευνήσεις με βάση πρότυπες δοκιμές ελέγχου μηχανικών ιδιοτήτων. 12 2.3.2 Εργαστηριακές διερευνήσεις με βάση ειδικές δοκιμές. 14 2.4 Το πρότυπο ΕΝ 13719... 2 2.3 Περίληψη.. 26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ.. 27 3.1 Στόχοι της εργαστηριακής διερεύνησης... 27 3.2 Γεωυφάσματα για εργαστηριακές δοκιμές... 29 3.3 Εργαστηριακά όργανα και διατάξεις.... 32 3.3.1 Πλαίσιο εφελκυσμού-θλίψης MTS-Adamel Lhomargy 2/M... 33 3.3.2 Διάταξη εκτέλεσης δοκιμής κατά ΕΝ 13719... 37 3.3.3 Βαθμονόμηση εργαστηριακής διάταξης.. 41 3.3.4 Μέτρηση παραμορφώσεων... 42 3.4 Διαδικασία εκτέλεσης δοκιμής.. 44 3.5 Πρωτογενή δεδομένα και επεξεργασία.. 46 3.6 Περίληψη.. 49 - v -

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ, ΣΥΓΚΡΙΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ.. 5 4.1 Μέγεθος και κατανομή παραμορφώσεων.. 5 4.2 Καμπύλες συμπίεσης χρόνου... 58 4.3 Δείκτης προστασίας... 68 4.4 Απλοποίηση δοκιμής..... 72 4.5 Περίληψη. 79 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ. 8 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ. 83 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ... 86 - vi -

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 2.1 Eργαστηριακές διατάξεις για διατάξεις για ειδικές δοκιμές της προστασίας γεωμεμβράνης με γεωύφασμα (Brummermann et al. 1994). 15 Σχήμα 2.2 Θάλαμος ελέγχου προστασίας γεωμεμβρανών (Motan et al. 1993)...... 16 Σχήμα 2.3 Εργαστηριακή διάταξη για έλεγχο προστασίας γεωμεμβρανών (Saathoff et al. 1994)........ 17 Σχήμα 2.4 Προστασία γεωμεμβρανών (Brummermann et al. 1994) (α) διαταξη υλικών. 18 (β) στοιχεία διάτρησης. 18 Σχήμα 2.5 Εργαστηριακή συσκευή και διάταξη υλικών για έλεγχο προστασίας γεωμεμβρανών (Zanzinger 1996).. 18 Σχήμα 2.6 Σχηματική απεικόνιση διάταξης ελέγχου προστασίας γεωμεμβρανών (Gallagher 1999)... 21 Σχήμα 2.7 Εργαστηριακή διάταξη ελέγχου προστασίας γεωμεμβρανών κατά ΕΝ 13719..... 23 Σχήμα 2.8 Εκτίμηση παραμόρφωσης κατά ΕΝ 13719..... 25 Σχήμα 2.9 Προσδιορισμός δείκτη προστασίας κατά ΕΝ 13719. 26 Σχήμα 3.1 Πλαίσιο εφελκυσμού-θλίψης MTS-Adamel Lhomargy 2/M.... 34 Σχήμα 3.2 Το πλαίσιο φόρτισης κατά τη διάρκεια της δοκιμής.... 36 Σχήμα 3.3 Πειραματική διάταξη.... 37 Σχήμα 3.4 Χαλύβδινος κύλινδρος.... 38 Σχήμα 3.5 Έλεγχος σκληρότητας ελαστικού υποστρώματος (α) Shore Durometer HPSA-Μ...... 38 (β) τρόπος ελέγχου..... 38 Σχήμα 3.6 Διαδικασία ελέγχου καταλληλότητας πλάκας μολύβδου... 39 Σχήμα 3.7 Τυπικό δοκίμιο μολύβδινου δίσκου από έλεγχο καταλληλότητας....... 4 Σχήμα 3.8 Χαλύβδινες σφαίρες (προσομοίωμα αδρανούς)... 4 - vii -

Σχήμα 3.9 Πλάκες έδρασης φόρτισης.... 41 Σχήμα 3.1 Βαθμονόμηση εργαστηριακής διάταξης (α) κυψέλη φορτίου........ 42 (β) προσαρμογή της κυψέλης φορτίου στο πλαίσιο εφελκυσμού θλίψης....... 42 Σχήμα 3.11 Βαθμονόμηση εργαστηριακής διάταξης.... 42 Σχήμα 3.12 Διάταξη μέτρησης παραμορφώσεων..... 43 Σχήμα 3.13 Τυπική καμπύλη χρόνου συμπίεσης για το γεωύφασμα Geofabrics HPS3 σε τάση 3 kpa..... 46 Σχήμα 3.14 Υπολογισμός παραμόρφωσης....... 48 Σχήμα 3.15 Διάγραμμα τάσεων παραμορφώσεων για το γεωύφασμα Geofabrics HPS3....... 49 Σχήμα 4.1 Μηχανισμός μεταφοράς του φορτίου ( Oda and Konishi 1974).. 54 Σχήμα 4.2 Κατανομή βυθίσεων για δοκιμές χωρίς γεωύφασμα.. 55 Σχήμα 4.3 Κατανομή βυθίσεων για δοκιμές με γεωύφασμα Geofabrics HPS7.... 56 Σχήμα 4.4 Κατανομή βυθίσεων για δοκιμές με γεωύφασμα Bonar 3/3... 57 Σχήμα 4.5 Καμπύλες συμπίεσης χρόνου για το διάστημα από 1hr έως 25hr... 63 Σχήμα 4.6 Καμπύλες συμπίεσης χρόνου για το διάστημα από 2hr έως 25hr... 64 Σχήμα 4.7 Διαδικασία υπολογισμού παραμόρφωσης για διάρκεια δοκιμής 1hr... 67 Σχήμα 4.8 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης... 71 Σχήμα 4.9 Σχηματική παράσταση απλοποιημένης διάταξης για δοκιμές δείκτη προστασίας..... 74 Σχήμα 4.1 Απλοποιημένη διάταξη για δοκιμές δείκτη προστασίας... 74 Σχήμα 4.11 Διάγραμμα τάσης-παραμόρφωσης....... 77 Σχήμα 4.12 Συσχέτιση των δεικτών προστασίας που υπολογίζονται κατά ΕΝ13719 (P.I. EN ) και με την απλοποιημένη διαδικασία (P.I. simp. ) 78 - viii -

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 3.1 Προέλευση και αριθμός εργαστηριακών δειγμάτων.... 31 Πίνακας 3.2 Χαρακτηριστικά των γεωυφασμάτων που ελέγχθηκαν.. 32 Πίνακας 3.3 Φορτία δοκιμών.. 44 Πίνακας 3.4 Τυπικές μετρήσεις παραμορφώσεων για το γεωύφασμα Geofabrics HPS3 σε τάση 3 kpa. 47 Πίνακας 4.1 Μέγιστες παραμορφώσεις από δοκιμές με τάση 3 kpa.. 51 Πίνακας 4.2 Μέγιστες παραμορφώσεις από δοκιμές με τάση 6 kpa.. 51 Πίνακας 4.3 Μέγιστες παραμορφώσεις από δοκιμές με τάση 11 kpa... 52 Πίνακας 4.4 Ολική συμπίεση για τάση 3 kpa..... 6 Πίνακας 4.5 Ολική συμπίεση για τάση 6 kpa..... 6 Πίνακας 4.6 Ολική συμπίεση για τάση 11 kpa...... 61 Πίνακας 4.7 Προσαρμογή πειραματικών δεδομένων- Φορτίο 3 kpa... 65 Πίνακας 4.8 Προσαρμογή πειραματικών δεδομένων- Φορτίο 6 kpa... 65 Πίνακας 4.9 Προσαρμογή πειραματικών δεδομένων- Φορτίο 11 kpa... 66 Πίνακας 4.1 Εκτίμηση παραμόρφωσης και δείκτη προστασίας για διάρκεια δοκιμής 1hr... 67 Πίνακας 4.11 Τιμές παραμορφώσεων και δείκτη προστασίας 7 Πίνακας 4.12 Δείκτες προστασίας κατά ΕΝ 13719 και σύμφωνα με την απλοποιημένη διαδικασία.. 7 - ix -

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΕΙΣ Θερμές ευχαριστίες θα ήθελα να εκφράσω στον καθηγητή κ. Δημήτριο Ατματζίδη για τη συστηματική καθοδήγηση, την υποστήριξη και το διαρκές και αδιάκοπο ενδιαφέρον του που συνέβαλαν καθοριστικά στη διαμόρφωση και την οριστικοποίηση της παρούσας Διατριβής. Ευχαριστώ την κα. Αφροδίτη Κονδύλη για την άψογη συνεργασία μας, τη συνεχή βοήθεια και τη στήριξη της. Ευχαριστώ επίσης τον κ. Κωνσταντίνο Παπαντωνόπουλο και τον κ. Γιώργο Μυλωνάκη για τις υποδείξεις τους, τον κ. Δημήτρη Χρυσικό, την κα. Κορίνα Παπανικολάου και όλο το προσωπικό του Εργαστηρίου Γεωτεχνικής Μηχανικής για τη βοήθεια που προσέφεραν. Τέλος, με την ευκαιρία της ολοκλήρωσης αυτού του σταδίου των σπουδών μου, θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά την οικογένειά μου για τη στήριξη, τη συμπαράσταση και τη βοήθεια, ηθική και υλική, που μου παρείχε έως τώρα. - x -

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η χρήση των γεωσυνθετικών υλικών σε γεωτεχνικές κατασκευές και, πιο γενικά, σε έργα ευθύνης Πολιτικού Μηχανικού, εμφανίζει αλματώδη ανάπτυξη κατά την τελευταία τριακονταετία. Δύο από τις μεγάλες ομάδες γεωσυνθετικών υλικών είναι τα γεωυφάσματα και οι γεωμεμβράνες. Οι γεωμεμβράνες χρησιμοποιούνται ευρέως ως φραγμός υγρασίας σε έργα όπως χώροι υγειονομικής ταφής απορριμμάτων, λιμνοδεξαμενές, υπόγειες δεξαμενές, φράγματα και σήραγγες κυρίως. Η σπουδαιότητα και η απαιτούμενη ασφάλεια αυτών των κατασκευών, καθιστούν απαραίτητη την προστασία των γεωμεμβρανών επειδή οι μηχανικές καταπονήσεις που μπορεί να ασκηθούν κατά την κατασκευή και λειτουργία του έργου είναι δυνατό να οδηγήσουν στην αστοχία τους. Συνήθως η προστασία αυτή παρέχεται με την τοποθέτηση λεπτής στρώσης άμμου πάνω από τη γεωμεμβράνη ή με τη χρήση γεωυφασμάτων. Ο βαθμός προστασίας που παρέχει ένα γεωύφασμα στη γεωμεμβράνη έχει διερευνηθεί στο παρελθόν εφαρμόζοντας πρότυπες εργαστηριακές δοκιμές ελέγχου αντοχών σε διάτρηση, κρούση και σχίσιμο. Τα αποτελέσματα τεκμηρίωσαν την ευεργετική δράση του γεωυφάσματος στην προστασία της γεωμεμβράνης και προέκυψε η ανάγκη ποσοτικοποίησης του βαθμού προστασίας που παρέχει ένα γεωύφασμα. Για το σκοπό αυτό έχουν εκτελεστεί στο παρελθόν ειδικές εργαστηριακές διερευνήσεις με δοκίμια σχετικά μεγάλου μεγέθους. Καρπός αυτών των διερευνήσεων ήταν η προτυποποίηση των εργαστηριακών διαδικασιών προσδιορισμού του παρεχόμενου βαθμού προστασίας, ώστε να είναι δυνατή τόσο η συγκριτική αξιολόγηση μεταξύ γεωυφασμάτων, όσο και ο έλεγχος συγκεκριμένων συνδυασμών γεωυφάσματος-γεωμεμβράνης υπό συνθήκες πεδίου (πρότυπο ΕΝ 13719). - 1 -

Στο πλαίσιο εκπόνησης της παρούσας διατριβής, σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν οι απαραίτητες εργαστηριακές διατάξεις και συσκευές για προσδιορισμό του δείκτη προστασίας γεωυφασμάτων σύμφωνα με το πρότυπο ΕΝ 13719. Για το σκοπό ελέγχθηκε ικανός αριθμός γεωυφασμάτων ώστε να υπάρξει η δυνατότητα κάλυψης σημαντικού εύρους τιμών φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων. Η έρευνα επεκτάθηκε στη διερεύνηση της επίδρασης της διάρκειας της δοκιμής επί του υπολογιζόμενου βαθμού προστασίας. Τέλος διερευνήθηκε η δυνατότητα απλοποίησης της δοκιμής, ιδιαίτερα ως προς την πολυπλοκότητα της εργαστηριακής διάταξης και ως προς τη χρονική διάρκεια. Στο Κεφάλαιο 2 αρχικά συνοψίζονται πληροφορίες που αφορούν τα γεωυφάσματα, απαριθμούνται οι ιδιότητές τους, περιγράφονται οι λειτουργίες και συσχετίζονται οι ιδιότητες, οι λειτουργίες και οι εφαρμογές τους. Ακολούθως, συνοψίζονται πληροφορίες που είναι διαθέσιμες στη διεθνή βιβλιογραφία και αναφέρονται σε μεθόδους εκτίμησης της προστασίας που παρέχουν γεωυφάσματα σε γεωμεμβράνες βάσει (α) πρότυπων εργαστηριακών δοκιμών αντοχής, όπως η αντοχή σε στατική διάτρηση και η αντοχή σε κρούση και (β) δοκιμών προσομοίωσης συνθηκών πεδίου, ορισμένες από τις οποίες έχουν προτυποποιηθεί. Τέλος, παρουσιάζονται τα κύρια σημεία του πρότυπου ΕΝ 13719 που συντάχθηκε προκειμένου να προτυποποιηθούν διαδικασίες εργαστηριακού ελέγχου με προσομοίωση συνθηκών πεδίου. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται η εργαστηριακή διάταξη καθώς και το σύστημα μέτρησης παραμορφώσεων σύμφωνα με τις προβλέψεις του πρότυπου ΕΝ13719 που σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν στο πλαίσιο της παρούσης διατριβής για την διεκπεραίωση των εργαστηριακών δοκιμών. Επίσης, περιγράφονται τα γεωυφάσματα που ελέγχθηκαν, οι διαδικασίες εκτέλεσης των δοκιμών και οι διαδικασίες επεξεργασίας των πρωτογενών δεδομένων. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται, συγκρίνονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα όλων των εργαστηριακών δοκιμών που εκτελέστηκαν στο πλαίσιο αυτής της διατριβής. Αρχικά, παρουσιάζονται και σχολιάζονται τόσο το μέγεθος όσο και η κατανομή των παραμορφώσεων των φύλλων μολύβδου που προέκυψαν από τις δοκιμές. Ακολούθως, διερευνάται η εξέλιξη με το χρόνο της συμπίεσης του - 2 -

συνόλου των υλικών που συνθέτουν την εργαστηριακή διάταξη. Με βάση τις μέγιστες παραμορφώσεις του φύλλου μολύβδου, υπολογίζεται ο δείκτης προστασίας για κάθε γεωύφασμα, σύμφωνα με το πρότυπο ΕΝ 13719. Στη συνέχεια, διερευνάται η δυνατότητα απλοποίησης της εργαστηριακής διάταξης και των διαδικασιών που ορίζει το πρότυπο ΕΝ 13719. Τέλος, στο Κεφάλαιο 5 συνοψίζονται τα κυριότερα συμπεράσματα που προέκυψαν στο πλαίσιο αυτής της εργαστηριακής διερεύνησης. - 3 -

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Τα γεωσυνθετικά υλικά είναι κατασκευαστικά υλικά που άρχισαν να χρησιμοποιούνται σε έργα Πολιτικού Μηχανικού από τις αρχές της δεκαετίας του 197 και μέχρι σήμερα έχουν αναπτυχθεί ραγδαία. Η ονομασία τους οφείλεται στις πρώτες ύλες κατασκευής τους, οι οποίες προέρχονται από την βιομηχανία των πλαστικών (συνθετικά υλικά) και στο γεγονός ότι στις εφαρμογές τους συνδυάζονται με γεωυλικά. Τα γεωυφάσματα αποτελούν τη μεγαλύτερη κατηγορία γεωσυνθετικών υλικών και χρησιμοποιούνται ευρύτατα σε πολλές εφαρμογές της γεωτεχνικής μηχανικής όπου επιτελούν λειτουργίες φίλτρου, στράγγισης, διαχωρισμού εδαφών, ενίσχυσης ή οπλισμού εδαφών και προστασίας γεωσυνθετικών διαφραγμάτων (γεωμεμβρανών). Ο σχεδιασμός έργων, όπου το γεωύφασμα λειτουργεί ως προστατευτική στρώση για μια γεωμεμβράνη, απαιτεί την έκφραση της παρεχόμενης προστασίας με ποσοτικό τρόπο. Η ποσοτικοποίηση της ικανότητας ενός γεωυφάσματος να προστατέψει μία γεωμεμβράνη από μηχανικές καταπονήσεις που οδηγούν σε αστοχία της (διάτρηση, σχίσιμο) μπορεί να γίνει είτε βάσει δοκιμών τύπου δείκτη, είτε βάσει δοκιμών που προσομοιώνουν τις συνθήκες πεδίου. Στο πρώτο μέρος αυτού του κεφαλαίου συνοψίζονται γενικές πληροφορίες που αφορούν τα γεωυφάσματα (πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τους, μέθοδοι κατασκευής και τύποι γεωυφασμάτων), απαριθμούνται οι ιδιότητές τους (φυσικές, υδραυλικές, μηχανικές, αποδόμησης, ανθεκτικότητας στο χρόνο), περιγράφονται οι λειτουργίες και συσχετίζονται οι ιδιότητες, οι λειτουργίες και οι εφαρμογές τους. Ακολούθως, συνοψίζονται πληροφορίες που είναι διαθέσιμες στη διεθνή βιβλιογραφία και αναφέρονται σε μεθόδους εκτίμησης της προστασίας που παρέχουν γεωυφάσματα σε γεωμεμβράνες βάσει (α) πρότυπων εργαστηριακών δοκιμών αντοχής, όπως η αντοχή σε στατική διάτρηση και η αντοχή σε κρούση και - 4 -

(β) δοκιμών προσομοίωσης συνθηκών πεδίου, ορισμένες από τις οποίες έχουν προτυποποιηθεί. Τέλος, παρουσιάζονται τα κύρια σημεία του πρότυπου ΕΝ 13719 που συντάχθηκε προκειμένου να προτυποποιηθούν διαδικασίες εργαστηριακού ελέγχου με προσομοίωση συνθηκών πεδίου. 2.1 Γεωυφάσματα Σύμφωνα με το πρότυπο ASTM D4439 (ASTM 21) και τον Koerner (25), τα γεωυφάσματα ορίζονται ως διαπερατά, συνήθως συνθετικά, υλικά που μοιάζουν με υφάσματα και ενσωματώνονται σε μια κατασκευή σε συνδυασμό με γεωυλικά, με στόχο τη βελτίωση της συμπεριφοράς και/ή τη μείωση του κόστους της κατασκευής. Η μεγάλη ποικιλία γεωυφασμάτων που διατίθενται σήμερα στο εμπόριο οφείλεται στις διαφορές που υπάρχουν μεταξύ των χρησιμοποιούμενων πρώτων υλών, τύπων νημάτων και μεθόδων κατασκευής του τελικού προϊόντος. Γενικά, κάθε κατασκευαστής παράγει είτε ένα μόνο τύπο γεωυφάσματος (που διατίθεται σε διαφορετικά πάχη ή μάζα ανά μονάδα επιφάνειας) είτε μια ποικιλία τύπων γεωυφασμάτων, που ο καθένας προορίζεται για μια συγκεκριμένη εφαρμογή. Οι πρώτες ύλες (πολυμερή) που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των γεωυφασμάτων είναι το πολυπροπυλένιο, ο πολυεστέρας, το πολυαμίδιο (νάυλον) και το πολυαιθυλένιο. Στοιχεία για τις ποσότητες των χρησιμοποιούμενων πρώτων υλών (Jagielski 1991a, Shukla 22, GFR 22) δείχνουν ότι το πολυπροπυλένιο κυριαρχεί (περίπου 8% του χρησιμοποιούμενου όγκου) ενώ έπεται ο πολυεστέρας με περίπου 15%. Οι πρώτες ύλες είναι συνήθως σε στερεά, κοκκώδη κατάσταση και για να πάρουν τη μορφή ίνας τήκονται, υποβάλλονται σε διέλαση μέσω ειδικής διάτρητης κεφαλής που μοιάζει με καταιονιστήρα και ακολούθως σκληρύνονται με ψύξη. Ταυτόχρονα με την ψύξη ή μετά την ψύξη, οι ίνες εφελκύονται ώστε να μειωθεί η διάμετρός τους και να γίνει πιο ομοιόμορφη η διάταξη των μακρομορίων του πολυμερούς. Έτσι επιτυγχάνεται αύξηση της αντοχής των ινών, μείωση της επιμήκυνσης στην αστοχία και αύξηση του μέτρου ελαστικότητας. Αυτές οι μεγάλου μήκους ίνες χρησιμοποιούνται, σαν μονόκλωνο νήμα, για την κατασκευή γεωυφασμάτων. Τα μονόκλωνα νήματα μπορούν επίσης - 5 -

να συνδυαστούν ώστε να κατασκευαστεί ένα πολύκλωνο νήμα. Κάπως διαφορετικής μορφής είναι τα νήματα που κατασκευάζονται από λεπτές ίνες μικρού μήκους (25mm ως 1mm) και που μπορούν να ονομαστούν κλωστές. Οι αρχικές μεγάλου μήκους ίνες κόβονται σε μικρά μήκη και ακολούθως συστρίβονται ή κλώθονται σε μεγάλα μήκη (κλωστές). Επιπλέον, οι τεμαχισμένες ίνες χρησιμοποιούνται ως έχουν για την κατασκευή των γεωυφασμάτων. Ο τελευταίος τύπος νήματος που χρησιμοποιείται για την κατασκευή γεωυφασμάτων ονομάζεται ταινία και έχει διατομή ορθογωνική. Παράγεται από ένα συνεχές λεπτό φύλλο πολυμερούς που κόβεται σε νήματα (ταινίες) με κατάλληλα μαχαίρια ή φλέβες πεπιεσμένου αέρα. Ο τύπος του γεωυφάσματος καθορίζεται από την μέθοδο που χρησιμοποιείται έτσι ώστε να δημιουργηθεί μια επίπεδη κατασκευή από νήματα ή ταινίες. Οι τρεις κατηγορίες γεωυφασμάτων είναι τα υφασμένα, τα μη υφασμένα και τα πλεκτά γεωυφάσματα. Στοιχεία για τους τύπους των διακινούμενων γεωυφασμάτων (Jagielski 1991a και 1991b, Shukla 22, GFR 22) δείχνουν ότι τα μη υφασμένα αντιστοιχούν αριθμητικά στο 6% των παραγόμενων προϊόντων αλλά καλύπτουν σημαντικά υψηλότερο ποσοστό (8%) των ετήσιων πωλήσεων. Τα υφασμένα προϊόντα αποτελούνται από δύο κάθετες μεταξύ τους σειρές νημάτων, που συνδέονται μεταξύ τους συστηματικά με μηχανικό τρόπο. Κατασκευάζονται με τις συνήθεις υφαντουργικές μηχανές σε μεγάλη ποικιλία μορφών ή τύπων ύφανσης. Τα πλεκτά προϊόντα αποτελούνται από ένα μόνο νήμα που πλέκεται συστηματικά. Αυτή η μέθοδος παραγωγής χρησιμοποιείται πλέον σπάνια για την κατασκευή γεωυφασμάτων. Τα στάδια κατασκευής των μη υφασμένων προϊόντων περιλαμβάνουν τη διαμόρφωση του ιστού και τη σύνδεση ή συγκόλληση των ινών. Αποτελούνται από ίνες ή νήματα που έχουν τυχαίο προσανατολισμό και κατά το δυνατό ομοιόμορφη κατανομή. Στη μεγάλη πλειοψηφία των μη υφασμένων γεωυφασμάτων οι ίνες που χρησιμοποιούνται είναι ίνες πολυπροπυλενίου. Η σύνδεση των ινών γίνεται είτε μηχανικά είτε θερμικά είτε χημικά. Στα θερμικά συγκολλημένα μη υφασμένα γεωυφάσματα οι ίνες συγκολλούνται στις θέσεις διασταύρωσης τους με τήξη καθώς ο ιστός περνά μέσα από φούρνο ή ανάμεσα από δύο θερμαινόμενους κυλίνδρους που περιστρέφονται αντίθετα ο ένας ως προς τον άλλον. Η χημική - 6 -

επεξεργασία περιλαμβάνει ψεκασμό της επιφάνειας ή εμποτισμό του ιστού συνήθως με ακρυλική ρητίνη και πιθανώς κυλινδρισμό. Συχνά χρησιμοποιείται φλέβα ξηρού αέρα για να στεγνώσει το προϊόν και να διανοιχτούν οι πόροι του. Τα προϊόντα που παράγονται με διαδικασία μηχανικής εμπλοκής των ινών (βελονοδιάτρητα), διαμορφώνονται διοχετεύοντας το χαλαρό ιστό κάτω από μια ομάδα αγκαθωτών βελονών που εκτελούν παλινδρομική κίνηση κάθετα προς τον ιστό και διαπερνούν τον ιστό. Η πυκνότητα και το πάχος του τελικού προϊόντος εξαρτάται από την πυκνότητα των βελονών και από την ταχύτητα της μεταφορικής ταινίας ή της κίνησης του ιστού. 2.2 Λειτουργίες, ιδιότητες και εφαρμογές των γεωυφασμάτων Ο σχεδιασμός έργων με γεωυφάσματα βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στη σωστή επιλογή γεωυφάσματος ώστε αυτό να είναι ικανό να λειτουργήσει αποτελεσματικά ανάλογα με τις απαιτήσεις του έργου και τις συνθήκες του πεδίου. Οι πέντε κύριες λειτουργίες των γεωυφασμάτων είναι οι εξής: διαχωρισμός, ενίσχυση - οπλισμός, φιλτράρισμα, στράγγιση και προστασία. Η λειτουργία του διαχωρισμού έχει την έννοια της εισαγωγής ενός γεωυφάσματος μεταξύ δύο ανόμοιων εδαφικών στρώσεων ώστε να εξασφαλίζεται η ακεραιότητα τους και να βελτιώνεται η λειτουργικότητα των υλικών αυτών. Σε πολλές περιπτώσεις απαιτείται η διάστρωση χονδρόκοκκου υλικού πάνω σε σχετικά λεπτόκοκκο έδαφος. Η κατάσταση αυτή μπορεί να οδηγήσει στην ταυτόχρονη εμφάνιση δύο προβλημάτων. Κόκκοι του λεπτόκοκκου εδάφους μπορεί να εισχωρήσουν στα κενά του χονδρόκοκκου υλικού με αποτέλεσμα τη μείωση της διαπερατότητάς του και τον περιορισμό της ικανότητάς του να λειτουργήσει σαν μέσο στράγγισης. Ακόμα, κόκκοι του χονδρόκοκκου υλικού μπορεί να βυθιστούν στο λεπτόκοκκο έδαφος και έτσι να μειωθεί το ενεργό πάχος της χονδρόκοκκης στρώσης των αδρανών. Τα προβλήματα αυτά αποφεύγονται με την τοποθέτηση μεταξύ των δύο στρώσεων ενός σωστά επιλεγμένου γεωυφάσματος. Η λειτουργία της ενίσχυσης ή του οπλισμού εδαφικού υλικού υλοποιείται με την ενσωμάτωση του γεωυφάσματος στη μάζα του εδάφους και είναι αποτέλεσμα της - 7 -

συνεργασίας ή της αλληλεπίδρασης του γεωυφάσματος με το έδαφος. Πιο συγκεκριμένα, μπορεί να αναπτυχθούν τρεις διαφορετικοί μηχανισμοί: ο μηχανισμός μεμβράνης, ο μηχανισμός διάτμησης και ο μηχανισμός αγκύρωσης. Το γεωύφασμα λειτουργεί σαν μεμβράνη όταν εδράζεται πάνω σε παραμορφώσιμο έδαφος και φορτίζεται κάθετα προς την επιφάνεια του. Το αποτέλεσμα αυτής της φόρτισης είναι η ανάπτυξη εφελκυστικών τάσεων στο γεωύφασμα. Διατμητικές τάσεις αναπτύσσονται στη διεπιφάνεια εδάφουςγεωυφάσματος όταν το σύνθετο υλικό φορτίζεται και παραμορφώνεται. Τέλος, το γεωύφασμα μπορεί να λειτουργήσει σαν αγκύριο όταν αναπτύσσονται φορτία που τείνουν να το εξολκεύσουν από το έδαφος που το περιβάλλει. Το γεωύφασμα λειτουργεί σαν φίλτρο όταν επιτρέπει την ελεύθερη κίνηση νερού, αλλά όχι και εδαφικών κόκκων, κάθετα στο επίπεδο του για απροσδιόριστα μακρό χρονικό διάστημα. Από αυτή την άποψη, το γεωύφασμα λειτουργεί ακριβώς όπως τα κλασικά γεωτεχνικά φίλτρα από κοκκώδη υλικά. Όμοια, το γεωύφασμα εκτελεί λειτουργία στράγγισης όταν επιτρέπει την ελεύθερη κίνηση νερού, αλλά όχι και εδαφικών κόκκων, στο εσωτερικό του (παράλληλα προς την επιφάνειά του) για απροσδιόριστα μακρό χρονικό διάστημα. Γενικά, τα περισσότερα γεωυφάσματα μπορούν να επιτελέσουν αυτή τη λειτουργία αλλά είναι προφανές ότι πλεονεκτούν σημαντικά τα μη υφασμένα γεωυφάσματα με μηχανική εμπλοκή των ινών επειδή έχουν μεγαλύτερο πάχος. Το γεωύφασμα προσφέρει προστασία σε μία γεωμεμβράνη όταν βρίσκεται σε επαφή με αυτήν και προς την πλευρά από όπου μπορεί να ασκηθούν μηχανικές καταπονήσεις που μπορεί να οδηγήσουν σε αστοχία της γεωμεμβράνης λόγω υπέρβασης της αντοχής της σε εφελκυσμό, σχίσιμο, διάτρηση ή κρούση. Ένα τέτοιο προστατευτικό στρώμα προστατεύει τη γεωμεμβράνη από πέτρες ή άλλα αιχμηρά αντικείμενα που βρίσκονται στο έδαφος έδρασης της γεωμεμβράνης ή στο υλικό επικάλυψης της γεωμεμβράνης τόσο κατά την τοποθέτησή της όσο και την περίοδο λειτουργίας του έργου. Οι ιδιότητες των γεωυφασμάτων διακρίνονται σε φυσικές, υδραυλικές, μηχανικές, ανθεκτικότητας στο χρόνο και αποδόμησης. Οι φυσικές ιδιότητες αφορούν τη γεωμετρία και το βάρος των υλικών όπως παράγονται ή όπως παραλαμβάνονται - 8 -

στο πεδίο. Οι πιο χαρακτηριστικές φυσικές ιδιότητες είναι μάζα ανά μονάδα επιφάνειας και το πάχος. Οι υδραυλικές ιδιότητες των γεωυφασμάτων έχουν σχέση με το μέγεθος και την κατανομή των κενών στον όγκο του, δηλαδή με την ικανότητα του να επιτρέπει στο νερό να περνά από τη μάζα του, εμποδίζοντας να περάσουν και κόκκοι γειτονικού εδάφους. Οι υδραυλικές ιδιότητες μπορεί να επηρεαστούν από τη συμπιεστότητα του γεωυφάσματος και από τη συσσώρευση υλικών (εδαφικοί κόκκοι, αποθέσεις από χημικές ή βιολογικές διεργασίες) στα κενά του. Οι συνήθως αναφερόμενες υδραυλικές ιδιότητες είναι το φαινόμενο (ή χαρακτηριστικό) μέγεθος κενών, η υδραυλική επιτρεπτότητα, η υδραυλική μεταβιβασιμότητα, η διαπερατότητα, το ποσοστό ελεύθερης επιφάνειας και το πορώδες. Οι μηχανικές ιδιότητες είναι ενδεικτικές της αντίστασης που παρουσιάζει το υλικό σε μηχανική καταπόνηση από επιβαλλόμενα φορτία και περιλαμβάνουν τη συμπιεστότητα, το μονοαξονικό εφελκυσμό, την αντοχή συρραφής, την κόπωση, την αντοχή σε διάρρηξη, την αντοχή σε σχίσιμο, την αντοχή σε δυναμική διάτρηση, την αντοχή σε διάτρηση και την αλληλεπίδραση γεωυφάσματος-άλλου υλικού. Μεγάλος όγκος εφαρμογών απαιτεί για το σχεδιασμό τη γνώση των τιμών της αντοχής σε εφελκυσμό. Σε αντίθεση με τις προηγούμενες κατηγορίες ιδιοτήτων που αφορούν ιδιότητες του υλικού όπως παράγεται ή όπως παραλαμβάνεται, οι ιδιότητες ανθεκτικότητας στο χρόνο αφορούν τη συμπεριφορά του υλικού σαν συνάρτηση του χρόνου, δηλαδή κατά το χρόνο λειτουργίας του στο πεδίο και αναφέρονται κυρίως σε ερπυσμό, αντίσταση σε απόξεση και φραγή. Τέλος, οι ιδιότητες αποδόμησης αναφέρονται στην επίδραση που έχουν διάφοροι παράγοντες του περιβάλλοντος στη δομή των πολυμερών και συνεπώς στις ιδιότητες των γεωυφασμάτων και περιλαμβάνουν κυρίως την αντίσταση σε χημικά, την αντίσταση σε θερμότητα και την αντίσταση σε υπεριώδη ακτινοβολία και καιρικές συνθήκες. Ο αριθμός των εφαρμογών όπου είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν γεωυφάσματα είναι εντυπωσιακός. Οι εφαρμογές αυτές μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με τις βασικές λειτουργίες του γεωυφάσματος. Ο Koerner (25) αναφέρει περίπου εκατό χαρακτηριστικές εφαρμογές χωρίς αυτό να σημαίνει ότι ο κατάλογος είναι - 9 -

πλήρης ή ότι δεν έχει ήδη διευρυνθεί. Οι λειτουργίες που επιτελούν τα γεωυφάσματα, ο μεγάλος αριθμός εφαρμογών και η κατηγοριοποίηση του πλήθους των ιδιοτήτων τους, υποδεικνύουν συσχετισμούς μεταξύ των λειτουργιών, των ιδιοτήτων και των εφαρμογών των γεωυφασμάτων. 2.3 Προστασία γεωμεμβρανών Η προστασία των γεωμεβρανών είναι μεγάλης σημασίας επειδή οι μηχανικές καταπονήσεις που μπορεί να ασκηθούν κατά την κατασκευή ή τη λειτουργία ενός έργου είναι δυνατόν να οδηγήσουν σε αστοχία (π.χ. διάτρηση ή σχίσιμο) της γεωμεμβράνης. Αν αυτό γίνει αντιληπτό αφού έχει προχωρήσει η κατασκευή του έργου, (π.χ. από ύπαρξη διαρροών), το κόστος επιδιόρθωσης είναι μεγάλο. Στις εφαρμογές όπου χρησιμοποιούνται γεωμεμβράνες περιλαμβάνονται χώροι υγειονομικής ταφής απορριμμάτων ή, γενικά, απόρριψης στερεών αποβλήτων, λιμνοδεξαμενές, υπόγειες δεξαμενές, φράγματα, σήραγγες και ανοικτοί αγωγοί νερού. Φθορές μπορεί να προκληθούν κατά τη συσκευασία, τη μεταφορά, την ανάπτυξη στο πεδίο και την τοποθέτησή των γεωμεμβρανών στο έργο, είτε εξαιτίας τυχαίων γεγονότων είτε εξαιτίας κακής ποιότητας εργασιών. Συνήθεις καταστάσεις είναι η πτώση εργαλείων πάνω στη γεωμεμβράνη όσο αυτή είναι εκτεθειμένη, η κίνηση οχημάτων πάνω στη γεωμεμβράνη και αδέξιοι χειρισμοί κατά την τοποθέτηση μεγάλων φύλλων στη σωστή τους θέση στο έργο. Φθορές μπορούν επίσης να προκληθούν κατά τη διάρκεια επιβολής των φορτίων ή κατά την περίοδο λειτουργίας του έργου, ιδιαίτερα όταν η γεωμεμβράνη βρίσκεται στη βάση επιχωμάτων σημαντικού ύψους. Για την προστασία της γεωμεμβράνης έναντι μηχανικών καταπονήσεων χρησιμοποιείται πολύ συχνά γεωύφασμα σε επαφή με τη γεωμεμβράνη προς την πλευρά από την οποία αναμένεται η καταπόνηση. Παρατηρήσεις και έλεγχοι πεδίου έχουν τεκμηριώσει αυτήν την ευεργετική δράση των γεωυφασμάτων. Για παράδειγμα, οι Reddy et al. (1996) και Reddy and Saichek (1998) διαπίστωσαν ότι γεωμεμβράνες HDPE πάχους 1.5 mm που καλύπτονται στο πεδίο με στρώμα - 1 -

χαλικιών χρησιμοποιώντας χωματουργικά μηχανήματα, προστατεύονται αποτελεσματικά αν παρεμβληθεί μη υφασμένο βελονοδιάτρητο γεωύφασμα βάρους τουλάχιστον 27 g/m 2. Με δεδομένη αυτήν την ευεργετική δράση, αναπτύχθηκαν και εθνικοί κανονισμοί σχετικά με την προστασία των γεωμεμβρανών. O Heerten (1993) παρουσιάζει ανασκόπηση των συστημάτων προστασίας γεωμεβρανών που απαιτούνται βάσει κανονισμών στη Γερμανία για ΧΥΤΑ ή άλλες περιοχές αποθήκευσης αποβλήτων. Ο συνδυασμός της αποκλειστικής χρήσης γεωμεμβράνης HDPE πάχους τουλάχιστον 2.5 mm με την απαίτηση για περιορισμό των μακροπρόθεσμων παραμορφώσεων σε έως 2% οδηγεί στη χρήση μη υφασμένων γεωυφασμάτων πολύ μεγάλου βάρους (έως 4 g/m 2 ) που καθιστά την κατασκευή εξαιρετικά δαπανηρή. Οι Seeger and Muller (1996) παρουσιάζουν τους τύπους προστατευτικών στρώσεων σύμφωνα με τους Γερμανικούς κανονισμούς. Απαιτείται γεωύφασμα κατ ελάχιστο 12 g/m 2, όταν συνδυάζεται με στρώση χονδρόκοκκου υλικού (πάχους τουλάχιστον 15 cm και διαμέτρου κόκκων έως 8 mm), ή άνω των 2 g/m 2 όταν χρησιμοποιείται μόνο του. Οι Corbet and Peters (1998) αναφέρονται σε επενδύσεις πυθμένος και πρανών και σε επικαλύψεις περιοχών αποθήκευσης στερεών αποβλήτων και παρουσιάζουν την πρακτική που ακολουθείται ή εφαρμόζεται στις ΗΠΑ και στη Γερμανία. Για προστασία γεωμεμβρανών προτείνεται η χρήση μη υφασμένων βελονοδιάτρητων γεωυφασμάτων με ίνες πολυπροπυλενίου (PP) ή πολυεστέρα (PET) και μάζα ανά μονάδα επιφάνειας 35 g/m 2 έως 55 g/m 2. Ο βαθμός προστασίας που παρέχει το γεωύφασμα στη γεωμεμβράνη έχει διερευνηθεί στο παρελθόν εφαρμόζοντας πρότυπες εργαστηριακές δοκιμές ελέγχου αντοχών σε διάτρηση, κρούση και σχίσιμο. Τα αποτελέσματα τεκμηρίωσαν την ευεργετική δράση του γεωυφάσματος στην προστασία της γεωμεμβράνης και προέκυψε η ανάγκη ποσοτικοποίησης του βαθμού προστασίας που παρέχει ένα γεωύφασμα. Η προτυποποίηση εργαστηριακών διαδικασιών προσδιορισμού του παρεχόμενου βαθμού προστασίας έχει στόχο τη συγκριτική - 11 -

αξιολόγηση μεταξύ γεωυφασμάτων καθώς και την αξιολόγηση δεδομένου γεωυφάσματος υπό συνθήκες συγκεκριμένου έργου. 2.3.1 Εργαστηριακές διερευνήσεις με βάση πρότυπες δοκιμές ελέγχου μηχανικών ιδιοτήτων Οι μηχανικές ιδιότητες των γεωμεμβρανών, όπως η αντοχή σε εφελκυσμό, σε διάτρηση ή σε κρούση, προσδιορίζονται σύμφωνα με πρότυπες εργαστηριακές μεθόδους. Οι ίδιες μέθοδοι έχουν εφαρμοστεί για τη μέτρηση της βελτίωσης αυτών των μηχανικών ιδιοτήτων όταν η γεωμεμβράνη καλύπτεται με ένα γεωύφασμα με ή χωρίς συγκόλληση των δύο. Στα επόμενα γίνεται σύντομη ανασκόπηση επιλεγμένης βιβλιογραφίας σχετικά με αυτό το θέμα. Οι Koerner et al. (1986) παρουσίασαν αποτελέσματα δοκιμών διάτρησης (κατά ASTM D3738) και κρούσης (κατά ASTM E23) σε γεωμεμβράνες και συστήματα γεωυφάσματος γεωμεμβράνης σε επάλληλη διάταξη. Χρησιμοποίησαν τέσσερις διαφορετικές γεωμεμβράνες (PVC, HDPE, CPE, EPDM) και έναν τύπο μη υφασμένου βελονοδιάτρητου γεωυφάσματος με τρία διαφορετικά βάρη (2 g/m 2, 4 g/m 2, 6 g/m 2 ). Σύμφωνα με τις παρατηρήσεις τους, (α) γεωύφασμα πάνω ή κάτω από τη γεωμεμβράνη αυξάνει σημαντικά την αντοχή σε διάτρηση (από 1.6 έως 6.3 φορές) και την αντοχή σε κρούση (από 1.1 έως 3.7 φορές) σε σχέση με τις αντίστοιχες αντοχές της γεωμεμβράνης, (β) γεωύφασμα και πάνω και κάτω από τη γεωμεμβράνη αυξάνει ακόμη περισσότερο την αντοχή σε διάτρηση (από 2.4 έως 8.7 φορές) και την αντοχή σε κρούση (από 1.8 έως 4 φορές) και (γ) η ευεργετική επίδραση του γεωυφάσματος αυξάνει με την αύξηση του βάρους του, δηλαδή του πάχους του. Οι Lafleur et al. (1986) μελέτησαν εργαστηριακά τη βελτίωση της αντοχής σε εφελκυσμό και διάρρηξη πέντε διαφορετικών τύπων γεωμεμβρανών (EPDM, butyle, CSPE, PVC, CIM) πάχους από 1.4 mm έως 1.8 mm που είχαν μη υφασμένο γεωύφασμα βάρους 24 g/m 2 έως 8 g/m 2 συγκολλημένο και στις δύο πλευρές τους. Διαπίστωσαν αύξηση των αντοχών κατά 1 έως 2 φορές. - 12 -

Οι Saathoff et al. (1994) παρουσίασαν αποτελέσματα ειδικών δοκιμών διάτρησης όπου το φορτίο ήταν σταθερό και παρέμενε στο σύστημα γεωυφάσματος γεωμεμβράνης για μακρύ χρονικό διάστημα (πάνω από 1 μήνα). Ελέγχθηκαν κυρίως γεωμεμβράνες HDPE και μη υφασμένα γεωυφάσματα βάρους 28 g/m 2 έως 24 g/m 2. Χρησιμοποιήθηκαν έμβολα διάτρησης με ημισφαιρική, κωνική και κολουροκωνική μορφή. Προτάθηκαν κατηγορίες φθοράς για την εκτίμηση της επίδρασης του διατρητικού φορτίου και διαπιστώθηκε, γενικά, η υψηλή προστασία που προσφέρουν τα μη υφασμένα γεωυφάσματα. Ο Puhringer (199) παρουσίασε αποτελέσματα δοκιμών διάτρησης (κατά ASTM D5494) σε γεωμεμβράνες HDPE πάχους από.5 mm έως 2.5 mm που προστατεύονταν με μη υφασμένο βελονοδιάτρητο γεωύφασμα βάρους από 2 g/m 2 έως 2 g/m 2. Παρατήρησε γενικά, ότι η δομή, το πάχος και το βάρος του γεωυφάσματος ρυθμίζουν το βαθμό της προσφερόμενης προστασίας. Ειδικότερα, η αντοχή σε διάτρηση αυξήθηκε από δύο έως δεκαοκτώ φορές ανάλογα με το συνδυασμό γεωμεμβράνης γεωυφάσματος. Σε μια σειρά δημοσιεύσεων οι Koerner, Wilson Fahmy and Narejo (1996) παρουσίασαν τα αποτελέσματα θεωρητικής και πειραματικής διερεύνησης της προστασίας γεωμεμβρανών (HDPE) έναντι διάτρησης με χρήση μη υφασμένων βελονοδιάτρητων γεωυφασμάτων βάρους από 13 g/m 2 έως 135 g/m 2. Κατά την εργαστηριακή διερεύνηση εφαρμόστηκαν οι διαδικασίες του προτύπου ASTM D5514 (τρία μεταλλικά στοιχεία διάτρησης κολουροκωνικής μορφής και παραλλαγές). Μεταξύ άλλων κατέληξαν ότι είναι ασύμφορο να επιδιώκεται η βελτίωση της αντοχής σε διάτρηση μιας γεωμεμβράνης με αύξηση του πάχους της (π.χ. για αύξηση πάχους γεωμεμβράνης HDPE από 1.5 mm σε 2.5 mm η αντοχή σε διάτρηση αυξάνεται κατά 7 %). Αντίθετα η χρήση γεωυφάσματος 27 g/m 2 μπορεί να αυξήσει την αντοχή σε διάτρηση κατά 4 έως 1 φορές. Οι Ατματζίδης κ.α. (21) διερεύνησαν εργαστηριακά την προστασία που παρέχει ένα γεωύφασμα σε γεωμεμβράνη, στην περίπτωση ενός γεωσύνθετου υλικού με συγκόλληση μη υφασμένων βελονοδιάτρητων γεωυφασμάτων βάρους 2 g/m 2 έως 4 g/m 2 επί γεωμεμβρανών πολυβυνιλοχλωριδίου (PVC) με ή χωρίς εσωτερική ενίσχυση και πάχους 1.2 mm έως 1.5 mm. Τα αποτελέσματα των - 13 -

δοκιμών αντοχής σε διάτρηση κατά ASTM D4833 και ASTM D5494-Β υποδεικνύουν ότι η αντοχή των γεωσύνθετων σε σχέση με την αντοχή των γεωμεμβρανών είναι αυξημένη κατά 25% έως 31%. Η βελτίωση αυτή αυξάνει με την αύξηση της μάζας ανά μονάδα επιφάνειας των γεωυφασμάτων και είναι πιο έντονη στις γεωμεμβράνες με τη μικρότερη αντοχή σε διάτρηση. Τα αποτελέσματα δοκιμών αντοχής σε δυναμική διάτρηση (κρούση) κατά ΕΝ 918 υποδεικνύουν βελτίωση της αντοχής των γεωμεμβρανών μεταξύ 2% και 29%. Παρατηρήθηκε η ίδια συμπεριφορά όπως και για τις αντοχές σε στατικές δοκιμές διάτρησης αφού τα καλύτερα αποτελέσματα προέκυψαν για τις ασθενέστερες γεωμεμβράνες. 2.3.2 Εργαστηριακές διερευνήσεις με βάση ειδικές δοκιμές Οι δοκιμές ελέγχου μηχανικών ιδιοτήτων, όπως αυτές που βασίστηκαν οι διερευνήσεις που αναφέρθηκαν περιληπτικά στην προηγούμενη παράγραφο, θεωρούνται γενικά δοκιμές δείκτη. Η ανάγκη για πιο ικανοποιητική προσομοίωση των συνθηκών πεδίου, οδήγησε στην εκτέλεση ειδικών δοκιμών εκτίμησης της προστασίας που παρέχουν γεωυφάσματα σε γεωμεμβράνες. Αυτές οι ειδικές δοκιμές, βασίζονται σε εργαστηριακές διατάξεις οι οποίες διακρίνονται σε δύο κατηγορίες (Brummermann et al. 1994). Στην πρώτη κατηγορία δοκιμών γίνεται χρήση φυσικού αδρανούς και το φορτίο ασκείται είτε πάνω στο υπερκείμενο της γεωμεμβράνης αδρανές, είτε απευθείας πάνω στη γεωμεμβράνη η οποία υπέρκειται του αδρανούς (Σχήματα 2.1α και 2.1β, αντίστοιχα). Στη δεύτερη κατηγορία δοκιμών γίνεται χρήση γεωμετρικά ορισμένων στοιχείων διάτρησης και το φορτίο επιβάλλεται είτε πάνω στην προστατευτική στρώση, είτε απευθείας πάνω στη γεωμεμβράνη (Σχήματα 2.1γ και 2.1δ, αντίστοιχα). Οι Laine et al. (1989) έκαναν δοκιμές διάτρησης, με ειδική συσκευή και σύστημα διάτρησης, σε συνδυασμούς τριών γεωμεμβρανών (CSPE, PVC, HDPE) με ένα μη υφασμένο γεωύφασμα πάχους 1.5 mm, 3.8 mm και 5.8 mm. Οι γεωμεμβράνες εδράζονταν σε στρώμα άμμου το οποίο περιλάμβανε ειδικά μεταλλικά στοιχεία διάτρησης κολουροκωνικής μορφής. Διαπίστωσαν σημαντική βελτίωση στη συμπεριφορά των προστατευμένων γεωμεμβρανών. - 14 -

(α) (γ) (β) (δ) Σχήμα 2.1 Εργαστηριακές διατάξεις για ειδικές δοκιμές της προστασίας γεωμεμβράνης με γεωύφασμα (Brummemann et al. 1994) Οι Motan et al (1993) πραγματοποίησαν δοκιμές χρησιμοποιώντας τη διάταξη που φαίνεται στο Σχήμα 2.2. Χρησιμοποιήθηκε ειδικός θάλαμος στο εσωτερικό του οποίου τοποθετούνταν υπόστρωμα εδαφικού υλικού AASHTO # 57 (αμμοχάλικο), γεωύφασμα πάνω στο υπόστρωμα και γεωμεμβράνη HDPE πάχους 1.5 mm πάνω από το γεωύφασμα. Χρησιμοποιήθηκαν μη υφασμένα γεωυφάσματα πολυπροπυλενίου και πολυεστέρα τεσσάρων διαφορετικών βαρών, από 3 g/m 2 έως 6 g/m 2. Η φόρτιση γινόταν με πεπιεσμένο αέρα (25 kn/m 2 επί μία ώρα). Ακολούθως τα δοκίμια των γεωμεμβρανών ελέγχονταν σε συνθήκες αντοχής σε διάρρηξη για έλεγχο της απομείωσης της αντοχής σε εφελκυσμό λόγω πιθανών φθορών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η παρεμβολή γεωυφάσματος αποτρέπει σε σημαντικό βαθμό την φθορά της γεωμεμβράνης και την μείωση της αντοχής της. Όμως, η προστασία που παρέχει το γεωύφασμα δεν φαίνεται να εξαρτάται από τον τύπο του και δεν κατέστη δυνατό να προκύψουν συσχετίσεις με τα φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά των γεωυφασμάτων. Παρόμοια διερεύνηση έγινε από τους Tao et al (199), για συγκεκριμένη εφαρμογή στην στεγανοποίηση φράγματος, και από τους Pape and Huang (199) και Steffen (199) με εξίσου θετικά αποτελέσματα. Γενικά, διαπιστώθηκε ότι η προστασία που - 15 -

προσφέρει το γεωύφασμα εξαρτάται από το βάρος του (μάζα ανά μονάδα επιφάνειας), το πάχος του, το είδος της πρώτης ύλης που χρησιμοποιείται για την κατασκευή του και τα μηχανικά χαρακτηριστικά του. Πεπιεσμένος αέρας Γεωμεμβράνη Γεωύφασμα Αδρανές Σχήμα 2.2 Θάλαμος ελέγχου προστασίας γεωμεμβρανών (Motan et al. 1993) Οι Saathoff et al (1994) χρησιμοποίησαν την διάταξη που φαίνεται στο Σχήμα 2.3. Αναλυτικά τοποθετήθηκαν από πάνω προς τα κάτω: μεταλλική πλάκα φόρτισης διαμέτρου 3 cm, μια στρώση άμμου, υλικό πλήρωσης πάχους 2 cm (χαλίκια 16/32 mm), η υπό εξέταση προστατευτική στρώση, η γεωμεμβράνη (συνήθως HDPE πάχους 2.5 mm), ένα μαλακό μεταλλικό φύλλο και ελαστομερές υπόβαθρο πάχους 2. cm και σκληρότητας Shore A ίσης προς 5. Ως προστατευτικές στρώσεις χρησιμοποιήθηκαν βελονοδιάτρητα μη υφασμένα γεωυφάσματα διαφορετικού βάρους και πάχους. Η διάρκεια φόρτισης ήταν 1 ώρες για τις δοκιμές με την χρήση της μεταλλικής πλάκας υποστήριξης και 48 για τις δοκιμές με την χρήση της ελαστομερούς πλάκας υποστήριξης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βάρος του γεωυφάσματος δεν επηρεάζει την παραμόρφωση. Αντίθετα, το υπόστρωμα που τοποθετείται κάτω από την γεωμεμβράνη φαίνεται να επιδρά στην παραμόρφωση. Οι συνδυασμοί μη υφασμένο γεωύφασμα/μεταλλική πλάκα υποστήριξης έδειξαν 29 φορές μικρότερες παραμορφώσεις από αυτούς όπου τοποθετήθηκε ελαστομερές υπόστρωμα ως στρώση υποστήριξης της γεωμεμβράνης. - 16 -

Άμμος Γεωύφασμα Χονδρόκοκκο αδρανές Γεωύφασμα προστασίας Γεωμεμβράνη Φύλλο από μαλακό μέταλλο Υλικό έδρασης (ελαστομερές ή μεταλλικό) Μεταλλική πλάκα Κυψέλες φορτίου Σχήμα 2.3 Εργαστηριακή διάταξη για έλεγχο προστασίας γεωμεμβρανών (Saathoff et al. 1994) Οι Brummermann et al. (1994) διερεύνησαν την επίδραση διαφόρων παραμέτρων στην αποτελεσματικότητα της προστασίας των γεωμεμβρανών. Η διάταξη των υλικών που χρησιμοποίησαν φαίνεται στο Σχήμα 2.4α. Η φόρτιση επιβάλλονταν τόσο μέσω αδρανούς (χαλίκια), όσο και μέσα ειδικών στοιχείων διάτρησης που είχαν μορφή όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.4β. Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές με σταθερές όλες τις παραμέτρους και μεταβαλλόμενο μόνο το εφαρμοζόμενο φορτίο. Οι παραμορφώσεις που προέκυψαν με χρήση αδρανούς έχουν μεγαλύτερη διασπορά, όμως οι μέγιστες τιμές των παραμορφώσεων που έδωσαν οι δοκιμές τόσο με αδρανές όσο και με τα στοιχεία διάτρησης, είναι της ίδιας τάξης και φανερώνουν παρόμοια γραμμική αύξηση των παραμορφώσεων σε σχέση με το φορτίο. Προκειμένου να συγκριθεί η αποτελεσματικότητα των γεωυφασμάτων σε σχέση με στρώσεις από άμμο, ελέγχθηκε μία στρώση άμμου πάχους 5 mm και ένα βελονοδιάτρητο, μη υφασμένο γεωύφασμα βάρους 3 g/m 2. Η μέγιστη κατακόρυφη παραμόρφωση και η συγκέντρωση των παραμορφώσεων κάτω από το γεωύφασμα ήταν πολύ μεγαλύτερες σε σχέση με τις αντίστοιχες κάτω από την στρώση άμμου. Συνεπώς, γεωσύνθετα τύπου σάντουιτς που αποτελούνται από δύο στρώσεις γεωυφάσματος και μία λεπτή στρώση εδαφικού υλικού, συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα και των δύο υλικών. - 17 -

Χαλίκι /στοιχείο διάτρησης Γεωύφασμα Γεωμεμβράνη Φύλλο μαλακού μετάλλου Υλικό έδρασης Σχήμα 2.4 Προστασία γεωμεβρανών (α) διάταξη υλικών και (β) στοιχεία διάτρησης (Brummermann et al. 1994) O Zanzinger (1996) καθώς και οι Zanzinger and Gartung (1998) εκτέλεσαν εργαστηριακές δοκιμές χρησιμοποιώντας διάταξη που φαίνεται στο Σχήμα. 2.5. Σύστημα φόρτισης Άμμος Γεωύφασμα Χαλίκι 16/32 Γεωσυνθετικό προστασίας Γεωμεμβράνη Φύλλο μαλακού μετάλλου Ελαστικό υπόστρωμα Κυψέλη φορτίου Σχήμα 2.5 Εργαστηριακή συσκευή και διάταξη υλικών για έλεγχο προστασίας γεωμεμβρανών (Zanzinger 1996) Χρησιμοποιήθηκαν μη υφασμένα βελονοδιάτρητα γεωυφάσματα με βάρη 214 g/m 2 και 427 g/m 2 και πάχη 13.4 mm και 26.8 mm, αντίστοιχα. Το κυλινδρικό δοχείο που χρησιμοποιήθηκε είχε εσωτερική διάμετρο 5 mm. Το ελαστικό υπόστρωμα είχε σκληρότητα 5 Shore Α (ISO 7619). Το μαλακό μεταλλικό φύλλο είχε πάχος.5 mm, ήταν κράμα μολυβιού και τσίγκου (4% μολύβι, 6% τσίγκος) και τοποθετούνταν κάνω από την γεωμεμβράνη για να - 18 -

καταγραφούν οι παραμορφώσεις της. Το υλικό πλήρωσης ήταν χαλίκια διαμέτρου 16 έως 32 mm. Η διάρκεια φόρτισης ήταν 1 hr και το φορτίο ισοδυναμούσε με 135 kρα. Οι βυθίσεις μετρήθηκαν με κατάλληλο σύστημα laser. Επιπλέον, ο Zanzinger 1996 αναφέρει δοκιμές μεγάλης κλίμακας που εκτελέστηκαν με τα ίδια υλικά όπως οι δοκιμές εργαστηρίου αλλά μπορούν να θεωρηθούν ως δοκιμές πεδίου. Οι δοκιμές αυτές προσομοίωναν σύστημα στράγγισης στη βάση επιχώματος μήκους 5.4 m, πλάτους 4.4 m και ύψους 5.2 m. Κατά την διάρκεια των δοκιμών δεν υπήρξε σχίσιμο, διάτρηση, ή οποιαδήποτε ζημιά στις γεωμεμβράνες. Στις δοκιμές πεδίου μετρήθηκαν παραμορφώσεις των γεωμεμβρανών πάνω από.15% με μέγιστες τιμές έως και 1.%. Αυτές οι τιμές δείχνουν ότι τα συγκεκριμένα γεωυφάσματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ικανοποιητική απόδοση. Η τιμή της μέσης παραμόρφωσης που μετρήθηκε στις δοκιμές εργαστηρίου ήταν της ίδιας κλίμακας με αυτήν που μετρήθηκε στις δοκιμές πεδίου. Αυτό επιβεβαιώνει το γεγονός ότι αυτού του τύπου δοκιμές εργαστηρίου είναι έγκυρες και παρέχουν απλοποιημένη διαδικασία για την εκτίμηση του βαθμού προστασίας των γεωμεμβρανών. Βέβαια οι τιμές των μέγιστων παραμορφώσεων στις δοκιμές πεδίου ήταν 3.5 φορές μεγαλύτερες από τις τιμές στις δοκιμές εργαστηρίου, γεγονός που οφείλεται στην μεγαλύτερη διάρκεια επιβολής του φορτίου και στην τοποθέτηση, ως υποβάθρου μιας λεπτής στρώσης αργίλου στις δοκιμές πεδίου αντί του ελαστομερούς που χρησιμοποιήθηκε στις δοκιμές εργαστηρίου. Τέλος, παρατηρήθηκε ότι ο διπλασιασμός της μάζας του γεωυφάσματος προκαλεί μείωση της μέγιστης παραμόρφωσης κατά 35% και στις δύο περιπτώσεις δοκιμών και μείωση της μέσης παραμόρφωσης κατά 1% και 34% για τις δοκιμές πεδίου και εργαστηρίου, αντίστοιχα. Οι Jones et al. (1999) εστίασαν τη διερεύνηση τους στην επίδραση του βάρους μη υφασμένου βελονοδιάτρητου γεωυφάσματος στον παρεχόμενο βαθμό προστασίας. Ελέγχθηκαν τρία γεωυφάσματα με όμοιο βάρος (1 g/m 2 ). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι κάθε ένα από τα τρία γεωυφάσματα είχε διαφορετική απόδοση. Οι τιμές των παραμορφώσεων κυμάνθηκαν από.1 % έως.58 %. Κατά συνέπεια, γεωυφάσματα με το ίδιο βάρος μπορούν να έχουν σημαντικά διαφορετική απόδοση προστασίας. Αντίθετα, το γεωύφασμα με την μεγαλύτερη αντοχή σε διάτρηση (έμβολο CBR) και εφελκυσμό παρουσίαζε την μικρότερη - 19 -

παραμόρφωση. Επίσης, άλλοι παράγοντες όπως ο τύπος των ινών και η ποιότητα τους καθώς και η μέθοδος κατασκευής φάνηκε να έχουν μια επιρροή στον βαθμό προστασίας που μπορεί να παρέχει ένα γεωύφασμα. Η χρήση ενός γεωυφάσματος με χαμηλής ποιότητας ίνες σε συνδυασμό με αραιή πλέξη είχε σαν ως αποτέλεσμα μεγάλες παραμορφώσεις στην γεωμεμβράνη. Οι Gallagher et al. (1999) εκτέλεσαν δοκιμές με χρήση τεσσάρων μη υφασμένων βελονοδιάτρητων γεωυφασμάτων από πολυπροπυλένιο και πολυαιθυλένιο με βάρη που κυμαίνονταν από 75 g/m 2 έως 12 g/m 2 και αντοχή σε διάτρηση (έμβολο CBR) που κυμαίνονταν από 55 N έως 85 Ν. Η εργαστηριακή διάταξη που χρησιμοποιήθηκε φαίνεται στο Σχήμα 2.6. Χρησιμοποίησαν γεωμεμβράνη HDPE πάχους 2 mm, φύλλο μολυβιού πάχους 1.3 mm και υλικό πλήρωσης αποτελούμενο από γωνιώδεις χάλικες μεγέθους μεταξύ 1 mm και 2 mm. Τα υλικά τοποθετούνταν σε μεταλλικό κύλινδρο διαμέτρου >3mm και στο σύστημα ασκούνταν τάση 15 kn/m 2 για 1 ώρες ώστε να προσομοιωθούν οι συνθήκες πεδίου. Οι παραμορφώσεις της γεωμεμβράνης αποτυπώνονταν στο λεπτό μαλακό φύλλο μολυβιού που τοποθετούνταν ακριβώς κάτω από την γεωμεμβράνη. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι το βάρος του γεωυφάσματος δε σχετίζεται με την προστασία που αυτό παρέχει, αφού γεωυφάσματα των οποίων το βάρος διέφερε κατά 1% παρείχαν την ίδια προστασία. Αντίθετα, αύξηση της αντοχής σε διάτρηση των γεωυφασμάτων φαίνεται να οδηγεί σε αντίστοιχη αύξηση της παρεχόμενης προστασίας. 2.4 Το πρότυπο ΕΝ 13719 Οι εργαστηριακές διερευνήσεις της προστασίας γεωμεμβρανών που εκτελέστηκαν με ειδικές εργαστηριακές διατάξεις τεκμηριώνουν την σημαντική ωφέλεια που προκύπτει από την χρήση γεωυφασμάτων προστασίας. Όμως, τα αποτελέσματά τους δεν είναι άμεσα συγκρίσιμα μεταξύ τους λόγω των διαφορετικών υλικών και των διαφορών στις διαδικασίες ελέγχου. Οι διατάξεις που χρησιμοποιήθηκαν, συγκλίνουν προς δοκιμή με σχετικά μεγάλο δοκίμιο και χρήση πρότυπων αδρανών. Οι διαδικασίες προτυποποιήθηκαν σχετικά πρόσφατα με το πρότυπο ΕΝ 13719. - 2 -

Φορτίο Μετρητής μετακίνησης Πλάκα φόρτισης Άμμος Γεωύφασμα Κυλινδρικό δοχείο Αδρανές Γεωσυνθετικό προστασίας Κυψέλες φορτίου Γεωμεμβράνη Μαλακό φύλλο μετάλλου Ελαστομερές υπόστρωμα Σχήμα 2.6 Σχηματική απεικόνιση διάταξης ελέγχου προστασίας γεωμεμβρανών (Gallagher 1999) Το πρότυπο ΕΝ 13719 εγκρίθηκε από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή Τυποποίησης (European Committee for Standardization CEN) τον Ιούλιο του 22. Μετά την επικύρωσή του ως Ελληνικού Προτύπου από τον Ελληνικό Οργανισμό Τυποποίησης (ΕΛΟΤ) φέρει τον κωδικό ΕΛΟΤ ΕΝ 13719 και τον τίτλο: Γεωυφάσματα και σχετικά προϊόντα Προσδιορισμός της μακροχρόνιας αποτελεσματικότητας της προστασίας γεωυφασμάτων που βρίσκονται σε επαφή με γεωσυνθετικά διαφράγματα. Με το πρότυπο αυτό καθορίζεται εργαστηριακή διαδικασία για την ποσοτικοποίηση της αποτελεσματικότητας με την οποία ένα γεωύφασμα προστατεύει ένα γεωσυνθετικό διάφραγμα έναντι μηχανικών καταπονήσεων από συγκεντρωμένα στατικά φορτία που δρουν για μακρό χρονικό διάστημα. Το γεωύφασμα ελέγχεται σε συνθήκες απομόνωσης δηλαδή δεν εγκιβωτίζεται σε εδαφικό υλικό. Η δοκιμή βασίζεται στο εξής: Μέσω πρότυπου κοκκώδους υλικού, που προσομοιώνει ένα στρώμα αδρανούς, εφαρμόζεται φορτίο στο δοκίμιο ενός γεωυφάσματος που εδράζεται πλήρως σε προσομοιωμένο τυπικό υπόβαθρο. Η εφαρμογή του φορτίου γίνεται για συγκεκριμένη χρονική διάρκεια. Κατόπιν μετριέται η τοπική παραμόρφωση στην κάτω επιφάνεια του γεωυφάσματος και προσδιορίζεται η ικανότητα προστασίας που διαθέτει. Στο Σχήμα 2.7 φαίνεται, σε κατακόρυφη τομή, η συσκευή που χρησιμοποιείται για την - 21 -

εκτέλεση της δοκιμής. Ειδικότερα, η εργαστηριακή διάταξη αποτελείται από τα εξής (η αρίθμηση όπως στο Σχήμα 2.7): 1. Σύστημα φόρτισης που αποδίδει σταθερό, ομοιόμορφα κατανεμημένο φορτίο ως 14 kpa στην άνω επιφάνεια του προσομοιωμένου τυπικού αδρανούς για χρονικό διάστημα ως 1 hr. 2. Χαλύβδινος κύλινδρος με λεία τοιχώματα και με εσωτερική διάμετρο μεταξύ 3 mm και 5 mm. 3. Γεωύφασμα διαχωρισμού. 4. Πρότυπο προσομοίωμα του αδρανούς υλικού που αποτελείται από μεταλλικές σφαίρες διαμέτρου 2 mm τοποθετημένες σε στρώση πάχους τουλάχιστον 15 mm. 5. Υπό έλεγχο δοκίμιο γεωυφάσματος. 6. Μεταλλικός δίσκος πάχους 1.3 mm από μόλυβδο κατηγορίας 3 (grade 3) κατά EN 12588 ή παρόμοιος με χαρακτηριστικά παραμόρφωσης και πάχους σύμφωνα με τις απαιτήσεις που ορίζονται στο παράρτημα Α του προτύπου και διαμέτρου ίδιας με αυτήν της κατώτερης χαλύβδινης πλάκας. Πριν τη χρήση του, ο μεταλλικός δίσκος πρέπει να είναι τόσο επίπεδος ώστε κατά μήκος οποιασδήποτε διαμέτρου του να εμφανίζει υψομετρικές διαφορές μικρότερες των.5 mm. 7. Τρεις κυψέλες φορτίου στο κάτω μέρος της συσκευής που καταγράφουν το εφαρμοζόμενο φορτίο με απόκλιση έως 1%. 8. Άνω και κάτω χαλύβδινες πλάκες ελάχιστου πάχους 2 mm και διαμέτρου κατά 4 mm μικρότερης της διαμέτρου του κυλίνδρου (ανοχή ±1 mm) προκειμένου να μπορούν να μετακινούνται ελεύθερα και κατακόρυφα μέσα στον κύλινδρο. 9. Ελαστικό υπόστρωμα πάχους (25 ± 1) mm, διαμέτρου ίδιας με αυτήν της κατώτερης χαλύβδινης πλάκας και σκληρότητας (5 ± 5) Shore A, προσδιορισμένη σύμφωνα με το ISO 7619. Το υπόστρωμα θα πρέπει να ελέγχεται ως προς τη σκληρότητα σε κάνναβο όχι μεγαλύτερο από 2 mm ανά χρονικά διαστήματα που δεν ξεπερνούν τους τρεις μήνες. Αν η σκληρότητα του υποστρώματος βρίσκεται εκτός των ανοχών σε οποιοδήποτε σημείο του, ή εάν παρουσιάζει σημάδια μόνιμης μηχανικής βλάβης δεν πρέπει να χρησιμοποιείται. - 22 -