Materiali geosintetici: termine generale per i materiali sintetici utilizzati nelle applicazioni di ingegneria civile

Materiali geosintetici

------Termine generale per i materiali sintetici utilizzati

nelle applicazioni di ingegneria civile

 

I materiali geosintetici sono un termine generale per i materiali sintetici utilizzati nelle applicazioni di ingegneria civile. Come tipo di materiale di ingegneria civile, è costituito da polimeri sintetizzati artificialmente (come plastica, fibre sintetiche, gomma sintetica, ecc.) come materie prime e vari tipi di prodotti sono posizionati all'interno, sulla superficie o tra diversi tipi di suolo per rafforzare o proteggere il suolo.

 

Le specifiche tecniche per l'applicazione dei materiali geosintetici suddividono i materiali geosintetici in geotessili, geomembrane, materiali geosintetici speciali e materiali geosintetici compositi, nonché tipi come geotessili, rete in fibra di vetro e cuscinetti geosintetici.

 

I materiali geosintetici sono un termine collettivo per vari prodotti realizzati con materiali sintetici utilizzati nell'ingegneria geotecnica e nella costruzione di ingegneria civile. Poiché vengono utilizzati principalmente nell'ingegneria geotecnica, vengono chiamati "geosintetici" per distinguerli dai materiali naturali. Un tempo i materiali geosintetici venivano chiamati "geotessili" e "geomembrane". Con le esigenze dell'ingegneria, continuano ad emergere nuove varietà di tali materiali, come geogriglie, geotessili e sacchi di geotessile, stuoie di geotessile, geotessili, geotessili compositi, coperte impermeabili di bentonite, reti di drenaggio composite, ecc. I nomi originali non possono più coprire con precisione tutti i prodotti. Pertanto, nel periodo successivo, verranno denominati “geotessili, geotessili e prodotti affini”. Ovviamente un nome del genere non è adatto come termine tecnico o accademico. Pertanto, alla 5a Conferenza Internazionale sui Materiali Geosintetici tenutasi a Singapore nel 1994, il nome di questo tipo di materiale è stato ufficialmente determinato come "Materiali Geosintetici". La materia prima dei materiali geosintetici è il polimero. Sono costituiti da sostanze chimiche estratte dal carbone, dal petrolio, dal gas naturale o dal calcare, ulteriormente trasformate in fibre o fogli di materiale sintetico e infine trasformate in vari prodotti. I polimeri utilizzati per produrre materiali geosintetici includono principalmente polietilene (PE), poliestere (PET), poliammide (PER), polipropilene (PP) e polivinilcloruro (PVC), polietilene clorurato (CPE), polistirene (EPS), ecc.

Un altro nome per geotessile è geotessile. I primi prodotti erano scarsi, il che significava un materiale simile al tessuto utilizzato nei lavori geotecnici.

 

Il processo di produzione dei geotessili prevede prima la trasformazione delle materie prime polimeriche in seta, fibre corte, filati o strisce, e poi la realizzazione di geotessili a struttura piatta. I geotessili possono essere suddivisi in geotessili tessuti e geotessili non tessuti a seconda dei metodi di produzione. I geotessili tessili sono composti da due serie parallele di fili di ordito e di trama ortogonali o diagonali intrecciati. I geotessili non tessuti sono realizzati dirigendo o disponendo casualmente le fibre e quindi elaborandole. In base ai diversi metodi di collegamento delle fibre, esistono tre tipi di metodi di connessione: connessione chimica (adesiva), connessione termica e connessione meccanica.

 

Gli eccezionali vantaggi dei geotessili sono la leggerezza, la buona continuità complessiva (possono essere realizzati in aree più grandi nel loro insieme), la costruzione conveniente, l'elevata resistenza alla trazione, la buona resistenza alla corrosione e la resistenza all'erosione microbica. Lo svantaggio è che senza un trattamento speciale la capacità anti-ultravioletti è bassa. Se esposto all'esterno, invecchia facilmente sotto la radiazione ultravioletta diretta, ma se non esposto direttamente, l'anti-invecchiamento e la durata sono ancora elevati.

 

Le geomembrane possono generalmente essere suddivise in due categorie: asfalti e polimeri (polimeri sintetici). Le geomembrane contenenti asfalto sono principalmente composite (compresi geotessili tessuti o non tessuti), con l'asfalto utilizzato come legante bagnante. Le geomembrane polimeriche si dividono in geomembrane plastiche, geomembrane elastiche e geomembrane composite basate su diversi materiali principali.

 

Un gran numero di pratiche ingegneristiche hanno dimostrato che le geomembrane hanno una buona impermeabilità, una forte elasticità e adattabilità alla deformazione, possono essere adatte a diverse condizioni di costruzione e sollecitazioni di lavoro e hanno una buona resistenza all'invecchiamento. La durabilità delle geomembrane negli ambienti sottomarini e terrestri è particolarmente importante. Le geomembrane hanno eccezionali proprietà anti-infiltrazioni e impermeabili.

 

Densità: La densità dipende dal materiale utilizzato per fabbricarla e, anche se i polimeri utilizzati per fabbricare le geomembrane appartengono alla stessa categoria, spesso ci sono differenze significative. Ad esempio, i materiali in polietilene possono essere classificati in diverse categorie come densità ultrabassa, bassa densità, media densità e alta densità, con conseguenti differenze nella densità delle geomembrane in PE. L'intervallo di densità dei polimeri della geomembrana è compreso tra circa 0,85 mg/L e 1,50 mg/L e la densità comunemente utilizzata in ingegneria è generalmente superiore a 0,94 mg/L.

Spessore: lo spessore si riferisce alla distanza tra la parte superiore e inferiore della membrana sotto la pressione normale di 20 kPa. Per le geomembrane lisce (senza rilievi o motivi sulla superficie), il metodo di misurazione dello spessore è simile a quello dei geotessili, ma per la misurazione è necessario utilizzare un micrometro più accurato. Ciascun campione dovrebbe essere misurato in almeno tre posizioni diverse e il valore medio dovrebbe essere considerato lo spessore della geomembrana composita in PE.

 

La geogriglia è un importante materiale geosintetico, che ha prestazioni ed efficacia uniche rispetto ad altri materiali geosintetici. Le geogriglie sono comunemente utilizzate come materiali di rinforzo per strutture in terreno rinforzato o materiali compositi. Le geogriglie si dividono in due tipologie: in fibra di vetro e in fibra di poliestere.

 

Plastica

 

Questo tipo di geogriglia è un materiale a rete polimerica con forme quadrate o rettangolari formate mediante stiramento, che può essere suddiviso in due tipologie in base alle diverse direzioni di stiramento durante la produzione: stiramento unidirezionale e stiramento biassiale. Viene punzonato su fogli polimerici (per lo più realizzati in polipropilene o polietilene ad alta densità) che sono stati estrusi e quindi sottoposti a stiramento direzionale in condizioni di riscaldamento.

 

Le griglie di stiro unidirezionali vengono realizzate esclusivamente mediante stiramento nel senso della lunghezza del foglio, mentre le griglie di stiro biassiale vengono realizzate continuando a stirare la griglia di stiro unidirezionale in direzione perpendicolare alla sua lunghezza.

 

A causa della riorganizzazione e dell'orientamento dei polimeri polimerici durante il processo di riscaldamento e allungamento nella produzione di geogriglie, la forza di legame tra le catene molecolari viene rafforzata, raggiungendo l'obiettivo di migliorarne la resistenza. Il suo allungamento è solo dal 10% al 15% rispetto alla tavola originale. Se alla geogriglia vengono aggiunti materiali anti-invecchiamento come il nerofumo, questa avrà una migliore durabilità come resistenza agli acidi, resistenza agli alcali, resistenza alla corrosione e resistenza all'invecchiamento.

 

Classe in fibra di vetro

 

Questo tipo di geogriglia è realizzata in fibra di vetro ad alta resistenza, talvolta combinata con un adesivo autoadesivo sensibile alla pressione e un trattamento di impregnazione dell'asfalto superficiale, per integrare saldamente la geogriglia e la pavimentazione in asfalto. A causa della maggiore forza di incastro tra il suolo e i materiali lapidei all'interno della griglia geogriglia, il coefficiente di attrito tra loro aumenta significativamente (fino a 0.8-1.0). La resistenza all'estrazione della geogriglia incorporata nel terreno aumenta significativamente a causa del forte attrito e della forza di mordente tra la geogriglia e il terreno, rendendola un buon materiale di rinforzo.

 

Allo stesso tempo, la geogriglia è un materiale a maglia piatta leggero e flessibile, facile da tagliare e collegare in loco e può anche sovrapporsi e sovrapporsi. È facile da costruire e non richiede macchine edili speciali o personale tecnico professionale.

 

1 Sacco in geomembrana

 

Il sacchetto geomembrana è un materiale continuo (o individuale) simile a un sacchetto realizzato in tessuto di fibra sintetica polimerizzata a doppio strato. Utilizza una pompa ad alta pressione per versare calcestruzzo o malta nel sacco, formando una struttura simile a una piastra o di altra forma. È comunemente utilizzato nella protezione dei pendii o in altri progetti di trattamento delle fondazioni. I sacchetti a membrana si dividono in due categorie in base ai materiali e alle tecniche di lavorazione: sacchetti a membrana meccanici e semplici. I sacchi a membrana meccanizzata possono essere suddivisi in tre tipi in base alla presenza o assenza di punti di drenaggio di filtrazione e alla loro forma dopo il gonfiaggio: sacchi a membrana con punto di drenaggio di filtrazione, sacchi a membrana con punto di drenaggio senza filtrazione, sacchi a membrana di cemento con punto di non drenaggio e membrane del tipo a blocco cerniera .

 

2. Georete

 

Geonet è una rete di materiali geosintetici con pori grandi ed elevata rigidità in una struttura planare o tridimensionale, tessuta da strisce di materiale sintetico, fili grossolani o pressata con resina sintetica. Utilizzato per strati ammortizzanti di rinforzo di fondamenta morbide, protezione di pendii, piantagione di erba e come substrato per la produzione di materiali geotecnici compositi.

 

3. Tappeti geomesh e camere geogriglia

 

I cuscinetti geomesh e le geogriglie sono entrambe strutture tridimensionali realizzate appositamente con materiali sintetici. Il primo è principalmente un cuscino di rete polimerica permeabile tridimensionale composto da fibre lunghe, mentre il secondo è una struttura tridimensionale a nido d'ape o a griglia composta da geotessili, geogriglie o geomembrane e polimeri a strisce. È comunemente usato per la prevenzione dell'erosione e l'ingegneria della protezione del suolo. Le geocelle con elevata rigidità e capacità di confinamento laterale sono spesso utilizzate negli strati di cuscino rinforzati, nei fondi stradali o nei binari.

 

4.Polistirene espanso (EPS)

 

Il polistirene espanso (EPS) è un materiale geosintetico ultraleggero sviluppato. Si forma aggiungendo un agente schiumogeno al polistirene, pre-espandendolo con una densità specifica, quindi asciugando le particelle di schiuma in un silo prima di riempirle in uno stampo e riscaldarle. L'EPS presenta i vantaggi di leggerezza, resistenza al calore, buone prestazioni di compressione, basso assorbimento d'acqua e buone proprietà autoportanti ed è comunemente usato come riempitivo per i rilevati ferroviari.

 

Geotessili, geomembrane, geogriglie e alcuni materiali geosintetici speciali sono formati combinando due o più materiali per formare materiali geosintetici. I materiali geocompositi possono combinare le proprietà di diversi materiali per soddisfare meglio le esigenze di ingegneria specifica e possono svolgere una varietà di ruoli funzionali. Un geotessile composito è una combinazione di geotessile e geotessile realizzata secondo determinati requisiti.

Tra questi, il geotessile viene utilizzato principalmente per l'anti-infiltrazione e svolge un ruolo nel rinforzo, nel drenaggio e nell'aumento dell'attrito tra il geotessile e la superficie del suolo. Un altro esempio sono i materiali drenanti compositi geotessili, che sono materiali drenanti composti da geotessili non tessuti, reti geotessili, membrane geotessili o materiali geosintetici di base di diverse forme. Sono utilizzati per il trattamento di consolidamento del drenaggio di fondazioni morbide, drenaggio longitudinale e trasversale del fondo stradale, tubi di drenaggio sotterraneo negli edifici, pozzi di raccolta, drenaggio delle pareti di edifici di supporto, drenaggio di tunnel, strutture di drenaggio di terrapieni, ecc. Il pannello di drenaggio in plastica comunemente utilizzato nell'ingegneria del fondo stradale è un tipo di materiale drenante composito geosintetico.

 

I materiali compositi geosintetici ampiamente utilizzati per le strade all'estero sono il tessuto antifessurazione in poliestere con fibra di vetro e il tessuto antifessurazione composito rinforzato a maglia in ordito. Può prolungare la durata delle strade, riducendo notevolmente i costi di riparazione e manutenzione. Dal punto di vista dei benefici economici a lungo termine, è necessario che la Cina adotti e promuova attivamente i materiali compositi geosintetici.

 

I materiali geosintetici hanno caratteristiche diverse per prodotti diversi e possono essere applicati in molti campi dell'ingegneria.

 

I campi applicati includono ingegneria geotecnica, ingegneria civile, ingegneria per la tutela dell'acqua, ingegneria ambientale, ingegneria dei trasporti, ingegneria municipale e ingegneria della bonifica dei terreni.

 

In termini di protezione:

L’erosione del suolo è un processo naturale causato dalle forze idrauliche ed eoliche, con numerosi fattori che influenzano come il suolo, la vegetazione e la topografia. In condizioni specifiche, anche le attività umane possono accelerare questo processo. Se questo effetto di erosione non viene adeguatamente trattato, può causare danni significativi agli edifici esistenti e all’ambiente.

 

In termini di controllo dell’erosione del suolo, i geosintetici possono essere applicati alla protezione dei pendii, alla protezione dei canali di convogliamento dell’acqua, alla protezione delle coste, alla bonifica delle distese fangose, al ripristino della vegetazione, alla rete di protezione dalla caduta massi e alla costruzione di dighe per il controllo delle inondazioni. A seconda delle caratteristiche del progetto e delle condizioni del sito, l'ingegneria del controllo dell'erosione può coinvolgere uno o più prodotti in materiale geosintetico.

 

Nell'ingegneria della protezione dei pendii, oltre all'utilizzo di alcuni materiali geosintetici, sono necessari chiodi per il terreno e persino barre di ancoraggio per garantire la stabilità del sistema di protezione. In alcuni casi, per fissare la superficie protettiva vengono utilizzati anche sacchi geotessili riempiti con malta pesante e negli spazi vuoti della struttura protettiva vengono inseriti semi di erba per coltivare la vegetazione e prevenire l'erosione del suolo.