Geocompozitele cu bentonita (Geosynthetic Clay Liners, GCL) au fost folosite ca elemente pentru impermeabilizare in constructia de diguri si cai navigabile, ca alternativa la metodele „clasice“ de impermeabilizare, doar in ultimii ani. Ca urmare, pana acum, formularea unor cerinte in aceasta privinta a fost posibila doar pana la un anumit punct. Cele mai bune informatii cu privire la comportamentul noilor materiale de constructii se obtin din experienta castigata prin punerea acestora in opera. Din acest motiv, geocompozitele cu bentonita folosite de cativa ani in constructia de diguri si constructiile hidrotehnice au fost excavate si analizate pentru a le putea observa comportamentul si orice modificari ce ar fi putut surveni in ceea ce priveste proprietatile materialului, cu scopul de a obtine informatii cu privire la randamentul si limitarile materialului de constructie „GCL“, precum si detalii ce tin de aplicatiile viitoare ale acestui material.
Folosirea geocompozitelor cu bentonita la constructia de diguri Si baraje din pamant
In conformitate cu EAG-GCL (2002), domeniile de aplicare a geocompozitelor cu bentonita se impart in: constructia depozitelor ecologice de deseuri, constructii hidrotehnice si constructia de drumuri. Cerinte suplimentare si fise tehnice exista pentru oricare dintre aceste domenii de aplicare, dar nu si pentru utilizarea GCLs in constructia de diguri. Aceasta duce la aparitia unor diferente majore atunci cand se prezinta proiecte pentru astfel de aplicatii, in functie de care a fost domeniul de aplicare a geocompozitelor bentonitice folosit la intocmirea proiectului.
Modul de aplicare a geocompozitelor bentonitice in constructia de baraje de pamant si in constructia de diguri este caracterizat de diferente majore. In contrast cu barajele de pamant, la care etansarea este solicitata in mod constant, in cazul digurilor, aceasta este solicitata doar temporar, in cazul inundatiilor. Totodata, si modul de instalare a geocompozitelor bentonitice este diferit in cazul barajelor de pamant fata de diguri: in cazul barajelor de pamant, ele se instaleaza, de obicei, prin asternere in apa, fara intreruperea navigatiei, iar stratul de protectie constituit din blocuri folosite la constructiile hidrotehnice este instalat deasupra stratului de etansare. In cazul digurilor, ele se instaleaza pe uscat, iar stratul de protectie este compus, in principal, din nisip sau pietris.
Cerinte Si teste
Permeabilitatea hidraulica
Valoarea maxima admisa pentru permeabilitatea hidraulica a unui geocompozit bentonitic in constructia de cai navigabile, de k = 5 x 10-11 m/s (corespunzatoare unei grosimi de 1 cm), este determinata de cerinta impusa stratelor de impermeabilizare constituite din soluri coezive a caror grosime este, in mod normal, de cel putin 20 cm. In constructia de diguri insa, nu poate fi determinata o valoare limita universal valabila. Aceasta este specificata in fiecare proiect in parte.
Conditiile speciale de testare in laborator a permeabilitatii hidraulice a geocompozitelor bentonitice excavate sunt descrise in RPW (2006). Starea in situ – in special orice modificari ce pot aparea in grosimea stratului de bentonita – trebuie mentinuta cat mai fidel posibil. Cum ajustarea suprapunerilor in timpul instalarii subacvatice a geocompozitelor bentonitice nu este posibila, acestea trebuie sa fie suficient de impermeabile de la inceput. Din acest motiv, trebuie facute si experimente pe sectiuni mari pentru determinarea permeabilitatii hidraulice intr-un anumit punct al zonei de suprapunere (RPW 2006). In cazul digurilor la care se folosesc saltele bentonitice ca elemente etanse, chiar daca datorita metodei de lucru „la uscat“ ar fi posibila tratarea suprapunerilor intre fasiile alaturate cu pasta de bentonita, acest lucru nu este necesar.
Robustete (rezistenta la eforturile din timpul instalarii)
In proiectele pentru caile navigabile, geocompozitele bentonitice sunt acoperite cu straturi de protectie, de obicei blocuri de piatra, astfel incat sa se previna degradarea lor din cauza impactului cu diversi plutitori (test de perforare prin impact conform RPG 1997). Rezistenta la impact trebuie coroborata cu rezistente minime la tractiune, astfel incat materialul sa fie suficient de rezistent in timpul instalarii. Trebuie avut in vedere si faptul ca, in cazul instalarii subacvatice, bentonita se va umfla inainte de instalarea stratului de protectie. De aceea, trebuie acordata o atentie sporita la instalarea acestuia, astfel incat sa nu se produca deplasarea necontrolata a bentonitei datorita presiunii create de caderea pietrelor din stratul de protectie. In experimentele desfasurate in conformitate cu RPW (2006), se simuleaza efectul lovirii geocompozitului bentonitic de catre un bloc de piatra ca cele folosite in stratul de protectie, dupa care se masoara permeabilitatea materialului in zona de impact.
In constructia de diguri, sarcinile suportate de geocompozitele bentonitice in timpul instalarii in uscat sunt, de obicei, mai mici. In acest sens, spre exemplu, pot fi folosite cerintele din constructia de drumuri in locul testelor mentionate mai sus (FGSV 2002). Totusi, masa unitara specificata acolo nu poate fi folosita in cazul unor compozite cum sunt geocompozitele bentonitice. In testele specifice, trebuie luate in considerare toate geotextilele componente ale geocompozitului bentonitic deoarece, odata pus in opera, atat geotextilul suport, cat si cel superior functioneaza impreuna. Cu toate acestea, bentonita trebuie inlaturata intrucat aceasta umplutura afecteaza rezultatele obtinute.
Durabilitate (rezistenta in exploatare)
Abraziunea/rezistenta suprafetei. In constructia cailor de navigatie, blocurile de piatra folosite cu rol de protectie sunt deplasate usor prin impact hidrodinamic, daca nu sunt fixate prin cimentare. Aceasta inseamna ca geocompozitele bentonitice aflate sub aceste blocuri sunt supuse abraziunii, comportament simulat printr-un experiment standard in conformitate cu RPG (1997). In constructia de diguri, nu exista un astfel de fenomen de abraziune, ceea ce inseamna ca acest experiment ar putea fi realizat doar pentru a demonstra o robustete deosebita a materialului.
Eroziunea. In cazul barajelor din pamant, este necesar ca bentonita sa fie retinuta intre geotextile si in conditiile unui impact hidrodinamic pe termen lung. Pentru aceasta, testul de turbulenta conform RPW (2006) este folosit pentru a masura migrarea bentonitei prin geotextil in timpul impactului hidraulic intermitent. Testele de permeabilitate hidraulica sunt efectuate inainte si dupa testul de turbulenta. In constructia de diguri, impactul hidrodinamic este cu siguranta mai mic si are un caracter temporar. Pe baza experientei din trecut, conform careia toate produsele testate anterior nu au prezentat nicio reducere semnificativa a permeabilitatii hidraulice dupa testul de turbulenta, acest test poate fi recomandat si pentru un nivel mai redus al impactului, in conformitate cu RPW (2006).
Ciclurile inghet-dezghet/penetrarea radacinilor. Ciclurile inghet-dezghet cresc permeabilitatea hidraulica a geocompozitelor bentonitice. Stratul de acoperire constituit din blocuri de piatra, cu grosimea minima ceruta in constructia barajelor din pamant, nu asigura o protectie adecvata impotriva inghetului intre nivelul minim si cel maxim al apei, ceea ce face necesara existenta unui strat aditional de protectie de pietris sau nisip. Se asigura astfel in acelasi timp si o mai buna protectie impotriva penetrarii radacinilor, deoarece geocompozitele bentonitice nu blocheaza trecerea acestora prin material.
Conform DWA-Thema (2005), in cazul digurilor este recomandata o inaltime a stratului de acoperire de deasupra geocompozitelor bentonitice de cel putin 80 cm. Se poate presupune ca aceste materiale nu vor fi supuse fenomenelor de inghet. Aceasta inaltime a stratului de acoperire asigura, totodata, si o buna protectie impotriva penetrarii radacinilor, mai ales ca, in cazul digurilor, nu ar trebui sa existe vreo alta forma de vegetatie in afara de iarba.
Fluxul uscat-ud. In cazul cailor de navigatie, geocompozitele bentonitice sunt umede si in zona de deasupra apei datorita fenomenului de capilaritate, ceea ce face sa nu fie necesara a fi luata in considerare uscarea temporara. In cazul impermeabilizarii bazinelor cu fluctuatii ale nivelului de apa si a digurilor, trebuie studiat impactul ciclurilor uscat-ud. De obicei, protectia este asigurata printr-un strat de acoperire suficient de gros (DWA-Arbeitsthema 2005).
Schimbul de ioni. In cazul majoritatii geocompozitelor bentonitice, este folosita bentonita sodica naturala sau cea activata. In stadiul initial, bentonitele sodice contin aproximativ 50 pana la 90% ioni de sodiu si 5 pana la 25% ioni de calciu. Concentratiile mici de ioni de calciu din apa din pori sunt suficiente pentru a transforma aproape complet bentonita sodica in bentonita calcica, pe termen lung. Aceste conditii sunt, in general, intalnite in cazul cailor de navigatie si al digurilor. Egloffstein (2000) demonstreaza ca schimbul de ioni este asociat cu o crestere a valorii permeabilitatii hidraulice „k“ cu un ordin de marime de 1/2 pana la 1.
Excavatii la barajele din pamant
Sectiuni pilot cu geocompozite bentonitice in canale
Pentru a putea castiga experienta in ceea ce priveste geocompozitele bentonitice folosite pentru impermeabilizarea cailor de navigatie, s-au instalat si monitorizat astfel de materiale in doua sectiuni pilot in anii 1997/98 si 2000/01. Prima sectiune a fost instalata pe calea de navigatie Havel-Oder (HOW), intre km 65,9 si km 66,9 (Fleischer, Schreier 1998). Impermeabilizarea a fost necesara deoarece apa freatica se afla la circa 3 m sub canal. A fost instalat geocompozitul bentonitic „Bentofix BFG 5000“ produs de compania NAUE, iar deasupra au fost amplasate saltele de nisip de 8.000 g/m2 si 70 cm de anrocamente de categoria III cu rol de protectie (in conformitate cu TLW 1997). A doua sectiune pilot cu geocompozite bentonitice a fost realizata pe Canalul Dortmund-Ems (DEC), intre km 84,3 si km 84,8. In aceasta sectiune, nivelul apei din canal se afla la maximum 2 m deasupra terenului invecinat. A fost instalat geocompozitul bentonitic „BZ 13-B“ produs de firma NAUE, o saltea compusa din straturi de bentonita si nisip, ferm legate intre ele. Totodata, deasupra saltelei au fost instalati 60 cm de anrocamente categoria III. In plus, exista un strat de pietris de protectie impotriva inghetului, cu o grosime de 40 cm, in zona cuprinsa intre nivelul minim si cel maxim de apa.
De-a lungul monitorizarii sectiunilor pilot, nivelul apei freatice din zonele imediat adiacente a fost masurat la intervale regulate. In plus, temperatura solului pe ambele maluri ale canalului si, in cazul celei de-a doua sectiuni pilot, si dedesubtul impermeabilizarii, a fost masurata la diferite intervale de timp, cu aparatura specifica, pentru a determina orice scurgere ce s-ar fi putut produce prin stratul de impermeabilizare (Fleischer, Schreier 2001). Rezultatele obtinute in aceste doua sectiuni pilot nu au evidentiat nicio deficienta locala a functiei de etansare a geocompozitelor bentonitice.
(Continuare in numarul 41, septembrie 2008)
…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 35 – martie 2008
Autori:
dipl. ing. Petra FLESICHER,
dipl. ing. Roland HAARER (Federal Waterways Engineering and Research Insistute, Karlsruhe),
dr. ing. Michael HEIBAUM (ICG Leonhardt-Veith GmbH & Co. KG, Düsseldorf)
Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Lasă un răspuns