geomembrane (4)

1

GEOSINTETICE

Geomembrane

CURS ANUL II MASTER INGINERIE GEOTEHNICA

Prof. Loretta Batali

Geomembrane - definitie

Geomembranele produse polimerice plane, subţiri, sub formă de folii, cu permeabilitate foarte scăzută, utilizate pentru etanşare (impermeabilizare), în contact cu pământuri sau alte materiale, în domeniul construcţiilor. Functie: etansare

2

Geomembrane - utilizariEtanşări de rezervoare sau bazine pentru lichide (apă, hidrocarburi, solvenţi);Etanşări la canale de transport pentru lichide;Etanşări pe paramente sau în alte zone ale digurilor sau barajelor;Etanşări la tuneluri sau galerii;Etanşări de bază şi suprafaţă la depozite de deşeuri menajere sau industriale;Etanşări verticale la depozite de deşeuri pentru controlul contaminării laterale a terenului cu diverşi poluanţi (ecrane de etanşare);Etanşări la drumuri sub îmbrăcăminţi asfaltice;Etanşări pentru evitarea infiltraţiilor în pământuri argiloase cu umflări şi contracţii mari, pământuri sensibile la umezire, gelive.

Geomembrane - utilizari

Diverse tipuri de etanşări pentru bazine de lichidea – sistem simplu de etanşare, fără protecţie, b – etanşare cu protecţie

minerală, c – etanşare cu geotextil dedesubt, d – etanşare cu geotextil dedesubt şi protecţie minerală, e – etanşare dublă cu strat de detectare a scurgerilor, f –

etanşare dublă cu strat de detectare a scurgerilor şi protecţie minerală

3


Rezervor gonflabil din geomembrană


Sistem de etanşare cu geomembrană la depozite de deşeuri solide

4


Etanşarea tunelurilor cu geomembrană


Ecrane de etansare

5

Geomembrane - tipuri

- comportare modestă la temperaturi ridicate.- comportare foarte bună la factorii climatici;- rezistenţă bună la fisurarea la rece;- rezistenţă chimică bună;- îmbinare rezistentă;- cost moderat.

CSPE – Polietilenă clorosulfonată - Cauciuc termoplastic

- fiabilitate redusă a îmbinării;- posibilă desfacere a stratelor componente.

- comportare bună la factorii climatici;- îmbinare uşoară;- rezistenţă bună la fisurarea la rece;- rezistenţă chimică bună; - cost moderat.

CPE – Polietilenă clorurată - Termoplastică

- comportare proastă la factorii climatici;- pierderea componenţilor plastifianţi în timp;- comportare slabă la temperaturi joase şi ridicate

- cost redus;- rezistenţă fără ranforsare;- se produc într-o gamă largă de grosimi;- greutate redusă când se realizează dintr-un

singur strat;- comportare bună la îmbinare.

PVC - Policlorură de vinil - TermoplasticăDEZAVANTAJEAVANTAJE

Geomembrane - tipuri

- contracţie/dilatare termică moderată;- LDPE şi VLDPE sunt rar folosite;

- rezistenţă termică bună;- îmbinare simplă prin încălzire şi extindere;- gamă largă de grosimi;- comportare bună la fisurare;- alungiri mari.

MDPE, LDPE, VLDPE - Polietilenă de medie, joasă şi foarte joasă densitate- Semicristalină, termoplastică

- suprafaţă lisă cu frecare redusă;- sensibilă la fisuri din solicitări;- contracţie / dilatare termică mare

- rezistenţă chimică excelentă;- îmbinare uşoară prin încălzire şi extrudere;- gamă largă de grosimi;- cost redus.

HDPE Polietilenă de înaltă densitate - Semicristalină, termoplastică

- rezistenţe chimice modeste.- comportare bună la factorii climatici;- rezistenţă la fisurare la rece sub 60° F (33°C);- îmbinare bună prin încălzire;- cost moderat.

EPDM Cauciuc termoplastic

- performanţe slabe la temperaturi ridicate;- presupune echipament special pentru îmbinare;- repararea pe şantier este dificilă.

- comportare bună la factorii climatici;- greutate redusă când se realizează dintr-un singur strat;- bună rezistenţă la fisurarea la rece;- rezistenţă chimică bună.

EPDM – Etilenă propilenă dienă terpolimer

6

Geomembrane - tehnologiiGeomembranele din polietilenă - HDPE, MDPE şi LDPE se produc utilizând două

tehnologii:- Extruderea masei plastice prin dispozitive speciale plate din care ies folii cu

grosimi între 0.15 - 5 mm, late de până la 7.5 m;- Extruderea masei plastice prin dispozitive circulare, la ieşire produsul fiind

insuflat cu aer astfel încât se formează un balon cilindric. După stabilizarea termică cilindrul se taie pe generatoare obţinându-se folii de până la 10.5 m lăţime, cele mai late care se produc în prezent.

Pentru mărirea rugozităţii suprafeţei, astfel încât să crească coeficientul de frecare cu stratul suport, se utilizează următoarele tehnologii:

- activarea unui agent care se află în masa polimerului şi care se umflă, formând protuberanţe pe suprafaţă;

- stropirea la cald a geomembranei gata fabricate cu un polimer care formează protuberanţe;

- cutarea stratelor de suprafaţă în cazul geomembranelor multistrat.În acest fel, unghiul de frecare cu stratul suport sau cu acoperirea poate creşte de la cca 10° la 35°.

Geomembrane - tipuriGeomembranele sunt în general de culoare închisă (produsele polimerice sunt de culoare neagră datorită aditivilor pe bază de negru de fum care le protejează contra efectelor nocive ale razelor UV), dar există şi geomembrane albe care reduc absorbţia de căldură, şi respectiv dilatarea termică, permiţând şi detectarea mai rapidă a unor eventuale defecte

Geomembrane cu crampoane pentru etansarea structurilor de beton

7

Geomembrane - imbinari

(a) Suduri prin extruderede colţ plată

pană dublă la cald simplă la cald

(b) Suduri termice prin topire

topire cu solvent topire cu solvent de structură(c) Suduri cu solvent

cu adeziv solvent cu adeziv de contact(d) Suduri cu adeziv

Geomembrane - imbinariTipul de geomembrană Procese termice Procese chimice

cu extrudere cu aer cald cu solvent cu adeziv Policlorură de vinil (PVC)

Polietilenă de joasă densitate (LDPE)

Polietilenă de înaltă densitate (HDPE)

Sulfat de clorură de polietilenă ranforsată (CSPE-R)

Polipropilenă (PP)

Îmbinările realizate pe şantier se verifică prin următoarele operaţii:Realizarea de îmbinări de probă.Încercarea de mostre prelevate din îmbinare.Încercarea întregului sistem de îmbinări.

8

Geomembrane - imbinari DESPRINDEREA REZULTATE

(a) ADMIS - Ruptura în foaia superioară, în zona de separare

(b) ADMIS - Ruptura în foaia superioară, în zona de la capatul îmbinării

(c) ADMIS- Ruptura în foaia superioară

(d) ADMIS- Ruptura în foaia inferioară

(e) ADMIS- Ruptura în foaia inferioară, după zona de îmbinare

(f) ADMIS- Ruptura în îmbinare (dacă îndeplineşte condiţia de rezistenţă)

(g) ADMIS- Ruptura în îmbinare (dacă îndeplineşte condiţia de rezistenţă)

(h) RESPINS- Ruptură din aderenţă

(i) RESPINS- Ruptură din aderenţă

Modalităţile prin care se poate produce degradarea îmbinărilor realizate prin sudură cu extrudere

Geomembrane - imbinari

sursa electricaetansare

cablu electric

captori

tablou de control

Controlul etanşărilor cu reţele de senzori (captori).

tensiune 15-30kV tensiune 15-30kV

5mm

geomembrană deteriorată

perie de alamă scânteieSistem de detectare a

defectelor prin baleiaj electric

9

Caracteristicile geomembranelor

Grosime – 0.5 – 5 mm (uzual 1 – 3 mm)Densitate (relativa)- cauciuc butil – 0.92- policlorură de vinil - 1.40- HDPE - 0.95.

Masa pe unitatea de suprafata

Caracteristici de identificare

Masa pe unitatea de suprafaţă diferă în funcţie de natura materialului şi grosimea produsului. Pentru grosime de 0.5 mm - 400 - 500 g/m2, pentru grosime de 2 mm - 2 000 - 2 500 g/m2.


PermeabilitateaPermeabilitatea geomembranelor, în sensul legii lui Darcy (k), este

extrem de scăzută (de ordinul a 10-15 m/s).

Metode experimentale:metode bazate pe măsurarea distribuţiei concentraţiei agentului de difuzare pe toată grosimea geomembranei;metode asociate cu determinarea concentraţiei de substanţă chimică pe cele două suprafeţele opuse ale geomembranei şi calculul fluxului de difuzie şi a penetrabilităţii;metode care se bazează pe înregistrarea cantităţii de substanţă difuzată absorbită de probă în procesul de difuzie;metode care implică măsurarea curgerii staţionare şi determinarea fluxului de difuzie a coeficientului de difuzie.

Caracteristici hidraulice

10


PermeabilitateaSR EN 14150 – Bariere geosintetice. Determinarea permeabilitatii la

lichide (doar pentru geomembrane – bariere geosintetice polimerice)


Legendă:1 Partea aval U Robinet de intrare a apei2 Partea amonte D Robinet de evacuare3 Geomembrană FU Clapetă amonte de intrare a aerului4 Placă poroasă FD Clapetă aval de intrare a aerului

Se aplică o diferenţă de presiune hidraulică între cele două feţe ale geomembranei, care este menţinută în timpul încercării la o valoare constantă de 100 kPa

Caracteristicile geomembranelorPermeabilitatea

Transmisia de vapori de apa – WVT- o mostra e pusa intr-o capsula impreuna cu apa si se controleazadiferenta de umiditate relativa pe cele doua fete (100% umiditate in capsula, o umiditate mai scazuta in exterior). Se monitorizeazamodificarea de masa in timp.


at24gWVT××

=

g – modificarea de masa (g)T – intervalul de timp (ore)A – suprafata probei (mp)

[g/mp zi]

11


Transmisia de vapori de apa – WVT


( )21 RRSWVT

PWVTPermeanta

−=

∆=

∆P – diferenta de presiune de vapori intre cele doua fete ale geomembranei (mm Hg)S – presiunea de saturatie a vaporilor la temperatura incercarii (mm Hg)

Coeficientul de difuzie = permeanta x grosimea


Transmisia de vapori de apa – WVT


12

Caracteristicile geomembranelorCaracteristici mecanice

Rezistenta la intindereLa fel ca la geotextileTestul cu dublu T. EN 12311-2:2000. Ruperea geomembranei are loc în zona centrală şi, datorită lăţimii mici din această zonă, acest test furnizează informaţii despre comportarea la tracţiune numai după o direcţie.Testul cu lăţime constantă (benzi late). Se utilizează şi la geomembrane testul folosit pentru geotextile, cu o mostră de lăţime constantă .Testul tridimensional. Se determină rezistenţa la întindere a geomembranei în condiţii de solicitare tridimensionale (axial simetrice), în cazul în care geomembrana ar fi solicitată perpendicular pe planul său.

Caracteristicile geomembranelorRezistenta la intindere

Testul cu dublu T.

Caracteristici mecanice

13


Mostra cu latime constanta (200 mm).



Incercare tridimensionala.


14


Rezistenta la sfasiere- cu probă de formă trapezoidală cu tăietură

de iniţiere, pentru determinarea rezistenţei la iniţierea sfâşierii

- cu proba de tip “despicată”, pentru determinarea rezistenţei la propagarea sfâşierii.

Rezistenţa la sfâşiere determinată cu proba trapezoidală pentru geomembranele subţiri, neranforsate este relativ scăzută, variind între 18 şi 130 N. Pentru geomembrane ranforsate testate pe mostre "despicate" rezistenţa variază între 90 şi 450 N.

25m

m

100m

m

75mm

15mm

150m

m

Inima placiide prindere

Geomembrana Placa de prindere

Geotextil

75mm

25m

m


Caracteristicile geomembranelorRezistenta imbinarilor

- Testarea îmbinărilor se face prin încercări de forfecare sau prin încercări de "jupuire" (exfoliere, încercare de desprindere în unghi de 90°).


15

Caracteristicile geomembranelorRezistenta la impact (soc)

-Pentru determinarea rezistenţei la impact se foloseşte o metodă dinamică, testul “Elemendorf” sau cel al pendulului, în care un braţ oscilant cu cap conic este lăsat să cadă pe o mostră din produs, măsurându-se energia la care are loc penetrarea



Rezistenta la perforarestaticaPentru determinarea rezistenţei la poansonare se foloseşte o mostră circulară de geomembrană, fixată pe un inel, pe care este aplicată o forţă de compresiune, determinând momentul ruperii. Se stabileşte mărimea acţiunii ce produce ruperea şi care variază între 45 -450 N pentru geomembrane subţiri şi între 200 până la 2200 N pentru geomembrane groase armate.


16

Caracteristicile geomembranelorRezistenta la frecare pe interfata


Valori δ (Eficienţă Eϕ = tgδ/tgΦ) Tipul Tipul de pământ

geomembranei Nisip grosier - mare cu Φ = 30°

Nisip fin cu micaşisturi cu Φ = 26°

EPDM 24° (0,77) 24° (0,91) PVC rugos 27° (0,88) 25° (0,96) PVC lis 25° (0,81) 21° (0,79) CSPE 25° (0,81) 23° (0,87) HDPE lisă 18° (0,56) 17° (0,63)

Caracteristicile geomembranelorRezistenta la frecare pe interfata


Tipul de Tipul de geomembrană geotextil suport EPDM PVC

rugos PVC lis CSPE HDPE

lisă neţesut împâslit 23° 23° 21° 15° 8° neţesut termosudat 18° 20° 18° 21° 11° ţesut monofilament 17° 11° 10° 9° 6° ţesut din benzi 21° 28° 24° 13° 10°

17


Degradarea chimica

Testarea presupune imersarea geomembranei într-o substanţă chimică pe o perioadă de 30, 60, 90 sau 120 zile, după care se determină:

• proprietăţile fizice (grosime, masă, lungime, lăţime, duritate)

• proprietăţile mecanice (rezistenţa la tracţiune, la sfâşiere, poansonare şi impact)

• proprietăţile chimice (pentru determinarea modificărilor în structura polimerului).

Caracteristici de durabilitate


Degradarea chimica

Caracteristici de durabilitate

18

Caracteristicile geomembranelorCaracteristici de durabilitate

Tipul geomembranei

Substanţa

Cauciuc butil Polietilenă clorurată

(CPE)

Polietilenă sulfoclorurată

(CSPE)

Poliolefină termo-plastică

Cauciuc cloroprenic vulcanizat

Etilenă propilenă

dienă terpolimer (EPDM)

Neopren Polietilenă Policlorură de vinil (PVC)

chimică 37°C 70°C 37°C 70°C 37°C 70°C 37°C 70°C 37°C 70°C 37°C 70°C 37°C 70°C 37°C 70°C 37°C 70°C Hidrocarburi alifatice

x x x x x x x x x

Hidrocarburi aromatice

x x x x x x x

Solvenţi clorinaţi

x x x x x x x x x

Solvenţi oxigenaţi

x x x x x x x x x x

Solvenţi de petrol bruţi

x x x x x x x x x

Alcooli x x x x x x x x x x x x x x x Acizi: - organici x x x x x x x x x x x x x x x -anorganici x x x x x x x x x x x x x x x Baze: - organice x x x x x x x x x x x x x x x x - anorganice x x x x x x x x x x x x x x x x Metale grele x x x x x x x x x x x x x x x x x Săruri x x x x x x x x x x x x x x x x x

Legendă: x – rezistenţă bună


Caracteristici termice

Comportarea la diferite niveluri de temperaturå si în special la variatia lor în timpdepinde în mod esential de tipul de polimer din care este fabricata geomembrana.

La temperaturi pozitive curente de ordinul a 20 - 40°C apar dilatari ale geomembranelor de care trebuie sa se tina seama atunci cand sunt lasateneacoperite perioade lungi de timp.

Neplåcute si periculoase sunt contractiile si dilatarile diurne ce pot apare în zone cu variatii importante de temperatura între zi si noapte.

La temperaturi negative geomembranele devin casante.

19


Caracteristici termice

Polimerul Coeficientul de dilatare termicå (x 10-5) Polietilenå

- de înaltå densitate 15 - 22 - de medie densitate 11 - 15 - de joaså densitate 9 - 13

Polipropilenå 5 - 9 Policlorurå de vinil 5 - 18 Poliamidå 5 - 7 Polistiren 5 - 7 Poliester 5 - 7

Documents

geomembrane (4)