Geossintéticos - Geosynthetics

Os sacos de areia geotêxtil protegeram a casa histórica Kliffende na ilha de Sylt contra as tempestades, que erodiram as falésias à direita e à esquerda da barreira dos sacos de areia.

Sacos de areia geotêxtil podem ser ca. 20 m de comprimento, como os usados ​​para o recife artificial em Narrow Neck, Queensland .

Geossintéticos são produtos sintéticos usados ​​para estabilizar o terreno. Geralmente são produtos poliméricos usados ​​para resolver problemas de engenharia civil . Isto inclui oito principais categorias de produtos: geotêxteis , geogrelhas , georredes , geomembranas , revestimentos geossintéticos de argila , geofoam , geocélulas e geocompósitos . A natureza polimérica dos produtos os torna adequados para uso em solo, onde altos níveis de durabilidade são necessários. Eles também podem ser usados ​​em aplicativos expostos. Os geossintéticos estão disponíveis em uma ampla variedade de formas e materiais. Esses produtos têm uma ampla gama de aplicações e são usados ​​atualmente em muitas aplicações civis, geotécnicas , de transporte , geoambientais, hidráulicas e de desenvolvimento privado , incluindo estradas , aeródromos , ferrovias , aterros , estruturas de contenção , reservatórios , canais , barragens , controle de erosão , sedimentos controle , liners de aterro , coberturas de aterro, mineração , aquicultura e agricultura .

História

Inclusões de diferentes tipos misturadas ao solo têm sido usadas há milhares de anos. Eles foram usados ​​na construção de estradas na época romana para estabilizar estradas e suas margens. Essas primeiras tentativas foram feitas de fibras naturais , tecidos ou vegetação misturada com solo para melhorar a qualidade das estradas, especialmente quando as estradas foram construídas em solo instável. Eles também foram usados ​​para construir encostas íngremes como várias pirâmides no Egito e paredes também. Um problema fundamental com o uso de materiais naturais ( madeira , algodão , etc.) em um ambiente enterrado é a biodegradação que ocorre a partir de microorganismos no solo. Com o advento dos polímeros em meados do século 20, um material muito mais estável tornou-se disponível. Quando formuladas adequadamente, vidas de séculos podem ser previstas, mesmo para condições ambientais adversas.

Os primeiros artigos sobre geossintéticos (como os conhecemos hoje) na década de 1960 documentaram seu uso como filtros nos Estados Unidos e como reforço na Europa . Uma conferência de 1977 em Paris reuniu muitos dos primeiros fabricantes e profissionais. A Sociedade Internacional de Geossintéticos (IGS) fundada em 1982 posteriormente organizou uma conferência mundial a cada quatro anos e seus numerosos capítulos têm conferências adicionais. Atualmente, institutos geossintéticos separados, grupos comerciais e grupos de definição de padrões estão ativos. Aproximadamente vinte universidades ministram cursos autônomos em geossintéticos e quase todos incluem o assunto em cursos de engenharia geotécnica, geoambiental e hidráulica . Geossintéticos estão disponíveis em todo o mundo e a atividade é robusta e em constante crescimento.

Produtos geossintéticos

Categorias

Geotêxteis

Os geotêxteis formam um dos dois maiores grupos de geossintéticos. São têxteis constituídos por fibras sintéticas em vez de fibras naturais, como algodão, lã ou seda. Isso os torna menos suscetíveis à biodegradação. Essas fibras sintéticas são feitas em tecidos flexíveis e porosos por máquinas de tecelagem padrão ou são emaranhadas de uma maneira não tecida aleatória. Alguns também são tricotados. Os geotêxteis são porosos ao fluxo líquido através de seu plano manufaturado e também dentro de sua espessura, mas em um grau amplamente variável. Existem pelo menos 100 áreas de aplicação específicas para geotêxteis que foram desenvolvidas; no entanto, o tecido sempre executa pelo menos uma das quatro funções discretas: separação, reforço, filtração e / ou drenagem.

Geogrelhas

As geogrelhas são usadas para evitar o deslizamento em encostas longas e íngremes durante a instalação e uso de um sistema de cobertura de aterro.

As geogrelhas representam um segmento de rápido crescimento dentro dos geossintéticos. Em vez de ser um tecido, não tecido ou tecido de malha, as geogrelhas são polímeros formados em uma configuração em forma de grade muito aberta, isto é, têm grandes aberturas entre as nervuras individuais nas direções transversal e longitudinal. As geogrelhas são (a) esticadas em uma, duas ou três direções para melhorar as propriedades físicas, (b) feitas em máquinas de tecelagem ou tricô por métodos de fabricação de têxteis padrão, ou (c) por laser ou ligando hastes ou tiras por ultrassom. Existem muitas áreas de aplicação específicas; no entanto, as geogrelhas funcionam quase exclusivamente como materiais de reforço.

Geonets / Geospacers

Geonets, e os geoespacadores relacionados por alguns, constituem outro segmento especializado dentro da área de geossintéticos. Eles são formados por uma extrusão contínua de conjuntos paralelos de nervuras poliméricas em ângulos agudos entre si. Quando as nervuras são abertas, aberturas relativamente grandes são formadas em uma configuração semelhante a uma rede. Dois tipos são mais comuns, biplanar ou triplanar. Alternativamente, muitos tipos diferentes de núcleos de drenagem estão disponíveis. Eles consistem em folhas de polímero nubbed, ondulado ou cuspated, redes tridimensionais de fibras de polímero rígidas em diferentes configurações e pequenos tubos de drenagem ou espaçadores dentro de geotêxteis. Sua função de design está totalmente dentro da área de drenagem, onde são usados ​​para transportar líquidos ou gases de todos os tipos.

Geomembranas

As geomembranas representam o outro maior grupo de geossintéticos e, em volume de dólares, suas vendas são maiores do que as de geotêxteis. Seu crescimento nos Estados Unidos e na Alemanha foi estimulado por regulamentações governamentais originalmente promulgadas no início da década de 1980 para o revestimento de aterros de resíduos sólidos. Os próprios materiais são folhas relativamente finas e impermeáveis ​​de material polimérico usadas principalmente para revestimentos e coberturas de líquidos ou instalações de armazenamento de sólidos. Isso inclui todos os tipos de aterros, represas de superfície, canais e outras instalações de contenção. Assim, a função primária é sempre a contenção como barreira de líquido ou vapor, ou ambos. A gama de aplicações, no entanto, é grande e, além da área ambiental, as aplicações estão crescendo rapidamente em engenharia geotécnica, de transporte, hidráulica e de desenvolvimento privado (como aquicultura, agricultura, mineração de lixiviação etc.).

Forros geossintéticos de argila

Liners geossintéticos de argila, ou GCLs, são uma justaposição interessante de materiais poliméricos e solos naturais. Eles são rolos de camadas finas de argila bentonítica fabricadas em fábrica, colocadas entre dois geotêxteis ou ligadas a uma geomembrana. A integridade estrutural do compósito subsequente é obtida por punção com agulha, costura ou colagem adesiva. GCLs são usados ​​como um componente composto sob uma geomembrana ou por si próprios em aplicações geoambientais e de contenção, bem como em transporte, geotécnica, hidráulica e muitas aplicações de desenvolvimento privado.

Geofoam

Geofoam é um produto polimérico criado pelo processamento de poliestireno em uma espuma que consiste em muitas células fechadas preenchidas com ar e / ou gases. A natureza esquelética das paredes celulares se assemelha a estruturas ósseas feitas de material polimérico não expandido. O produto resultante é geralmente na forma de blocos grandes, mas extremamente leves, que são empilhados lado a lado e em camadas, proporcionando um enchimento leve em inúmeras aplicações.

Geocells

Geocélulas (também conhecidas como sistemas de confinamento celular) são estruturas celulares em forma de favo de mel tridimensionais que formam um sistema de confinamento quando preenchidas com solo compactado. Extrudadas de materiais poliméricos em tiras soldadas ultrassonicamente em série, as tiras são expandidas para formar as paredes rígidas (e normalmente texturizadas e perfuradas) de um colchão celular 3D flexível. Preenchido com solo, uma nova entidade composta é criada a partir das interações célula-solo. O confinamento celular reduz o movimento lateral das partículas do solo, mantendo a compactação e forma um colchão enrijecido que distribui as cargas por uma área mais ampla. Tradicionalmente usados ​​em aplicações de proteção de taludes e retenção de terra, geocélulas feitas de polímeros avançados estão sendo cada vez mais adotadas para suporte de carga de longo prazo em estradas e ferrovias. Geocélulas muito maiores também são feitas de geotêxteis rígidos costurados em células unitárias semelhantes, porém maiores, que são usadas para bunkers e paredes de proteção.

Geocompósitos

Instalação de dreno geocompósito. Drenos geocompósitos são frequentemente usados ​​em encostas íngremes de sistemas de cobertura de aterros.

Um geocompósito consiste em uma combinação de geotêxteis, geogrelhas, geonets e / ou geomembranas em uma unidade fabricada em fábrica. Além disso, qualquer um desses quatro materiais pode ser combinado com outro material sintético (por exemplo, folhas de plástico deformadas ou cabos de aço) ou até mesmo com solo. Como exemplos, um geonet ou geoespaçador com geotêxteis em ambas as superfícies e um GCL consistindo de um geotêxtil / bentonita / sanduíche geotêxtil são ambos geocompósitos. Esta categoria específica traz os melhores esforços criativos do engenheiro e do fabricante. As áreas de aplicação são numerosas e em constante crescimento. As funções principais abrangem toda a gama de funções listadas para geossintéticos discutidas anteriormente: separação, reforço, filtração, drenagem e contenção.

Demanda e produção

Funções

Tocar mídia

Estabilização ambiental pelo Corpo de Engenheiros do Exército dos Estados Unidos trabalhando em Porto Rico após o furacão Maria

A justaposição dos vários tipos de geossintéticos recém-descritos com a função primária para a qual o material é chamado permite a criação de uma matriz organizacional para geossintéticos; Veja a tabela abaixo. Em essência, esta matriz é o “cartão de pontuação” para a compreensão de todo o campo geossintético e sua metodologia relacionada ao projeto. Na tabela, é vista a função primária para a qual cada geossintético pode ser chamado. Observe que essas são funções primárias e, em muitos casos (se não na maioria), há funções secundárias e talvez terciárias também. Por exemplo, um geotêxtil colocado em solo mole normalmente será projetado com base em sua capacidade de reforço, mas a separação e a filtração podem certamente ser considerações secundárias e terciárias. Como outro exemplo, uma geomembrana é obviamente usada por sua capacidade de contenção, mas a separação sempre será uma função secundária. A maior variabilidade do ponto de vista de manufatura e materiais é a categoria de geocompósitos. A função primária dependerá inteiramente do que é realmente criado, fabricado e instalado.

Os geossintéticos são geralmente projetados para uma aplicação específica, considerando a função primária que pode ser fornecida. Conforme visto na tabela a seguir, são fornecidas cinco funções principais, mas alguns grupos sugerem ainda mais.

Separação é a colocação de um material geossintético flexível, como um geotêxtil poroso, entre materiais diferentes de modo que a integridade e o funcionamento de ambos os materiais possam permanecer intactos ou até mesmo ser melhorados. Estradas pavimentadas, estradas não pavimentadas e bases de ferrovias são aplicações comuns. Além disso, o uso de geotêxteis não tecidos espessos para amortecimento e proteção de geomembranas está nesta categoria. Além disso, para a maioria das aplicações de geofoam e geocélulas, a separação é a função principal.

Reforço é a melhoria sinérgica da resistência total de um sistema criada pela introdução de um geotêxtil, geogrelha ou geocélula (todos os quais são bons em tensão) em um solo (que é bom em compressão, mas pobre em tensão) ou outro desarticulado e separado material. As aplicações desta função são em paredes de terra mecanicamente estabilizadas e retidas e em declives de solo íngremes; eles podem ser combinados com revestimentos de alvenaria para criar muros de contenção verticais. Também está envolvida a aplicação de reforço basal sobre solos moles e sobre fundações profundas para aterros e cargas de superfície pesadas. Geogrelhas e geocélulas de polímero rígidas não precisam ser mantidas em tensão para fornecer reforço ao solo, ao contrário dos geotêxteis. Geogrelha 2D rígida e geocélulas 3D interligam-se às partículas do agregado e o mecanismo de reforço é de confinamento do agregado. A camada de agregado estabilizada mecanicamente resultante exibe um desempenho de suporte de carga aprimorado. Geogrelhas de polímero rígidas, com aberturas muito abertas, além de geocélulas tridimensionais feitas de vários polímeros também são cada vez mais especificadas em estradas não pavimentadas e pavimentadas, plataformas de carga e lastro ferroviário, onde as características de carga aprimoradas reduzem significativamente os requisitos de alta qualidade, importados agregar preenchimentos, reduzindo assim a pegada de carbono da construção.

Filtração é a interação solo-geotêxtil de equilíbrio que permite o fluxo de líquido adequado sem perda de solo, através do plano do geotêxtil ao longo de uma vida útil de serviço compatível com a aplicação em consideração. As aplicações de filtração são sistemas de drenagem subterrânea de rodovias, drenagem de parede de contenção, sistemas de coleta de chorume de aterro , como cercas e cortinas de sedimentos , e como formas flexíveis para sacos, tubos e contêineres.

Drenagem é o sistema de equilíbrio solo-geossintético que permite o fluxo líquido adequado sem perda de solo, dentro do plano do geossintético ao longo de uma vida útil de serviço compatível com a aplicação em consideração. Geopipe destaca esta função, e também geonets, geocompósitos e geotêxteis muito espessos. As aplicações de drenagem para esses diferentes geossintéticos são muros de contenção, campos de esportes, represas, canais, reservatórios e rupturas capilares. Também deve ser notado que drenos de lâmina, borda e pavio são geocompósitos usados ​​para várias situações de drenagem de solo e rocha.

A contenção envolve geomembranas, revestimentos de argila geossintéticos ou alguns geocompósitos que funcionam como barreiras de líquido ou gás. Revestimentos e coberturas de aterros fazem uso crítico desses geossintéticos. Todas as aplicações hidráulicas (túneis, represas, canais, represas de superfície e coberturas flutuantes) também usam esses geossintéticos.

Vantagens

• O controle de qualidade fabricado de geossintéticos em um ambiente de fábrica controlado é uma grande vantagem sobre a construção de solo e rocha ao ar livre. A maioria das fábricas possui certificação ISO 9000 e também possui seus próprios programas internos de qualidade.
• A baixa espessura dos geossintéticos, em comparação com os seus homólogos naturais do solo, é uma vantagem na medida em que o peso leve no subleito, menos espaço aéreo usado e evita a extração de areia, cascalho e materiais de solo argiloso.
• A facilidade de instalação do geossintético é significativa em comparação com camadas espessas de solo (areia, cascalho ou argila) que requerem grandes equipamentos de terraplenagem.
• Os padrões publicados (métodos de teste, guias e especificações) são bastante avançados em organizações de definição de padrões como ISO, ASTM e GSI.
• Os métodos de projeto estão atualmente disponíveis em muitas fontes de publicação, bem como em universidades que ensinam cursos autônomos em geossintéticos ou têm geossintéticos integrados em cursos tradicionais de geotécnica, geoambiental e hidráulica.
• Ao comparar projetos geossintéticos com projetos alternativos de solo natural, geralmente há vantagens de custo e, invariavelmente, vantagens de sustentabilidade (menor pegada de CO ₂ ).

Desvantagens

• O desempenho de longo prazo da resina formulada específica que está sendo usada para fazer o geossintético deve ser garantido pelo uso de aditivos adequados, incluindo antioxidantes, filtros ultravioleta e enchimentos.
• A vida útil exposta dos geossintéticos, sendo poliméricos, é menos do que não exposta como quando eles são preenchidos com solo.
• O entupimento ou bioclogging de geotêxteis, geonets, geopipe e / ou geocompósitos é um projeto desafiador para certos tipos de solo ou situações incomuns. Por exemplo, solos de loess, sedimentos finos sem coesão, líquidos altamente turvos e líquidos carregados de microorganismos (escoamento da fazenda) são problemáticos e geralmente requerem avaliações de testes especializados.
• O manuseio, armazenamento, transporte e instalação devem ser assegurados por um controle de qualidade cuidadoso e garantia de qualidade.

Referências

Leitura adicional

links externos

• Associação Internacional de Instaladores de Geossintéticos
• Site da Sociedade Internacional de Geossintéticos
• Uso de geotêxteis em engenharia
• Associação de Materiais Geossintéticos
• Instituto Geossintético
• Revista Geossintéticos
• Geosynthetica - Publicação digital gratuita sobre geossintéticos
• Comportamento Composto da Administração de Rodovias Federais de Massa de Solo Reforçado com Geossintéticos
• Certificação VERUS - Organismo Notificado nº 2449 para Marcação CE de Produtos Geossintéticos