Geosünteetilised materjalid

Geosünteetilised materjalid ehk geosünteedid on sünteetilised materjalid, mida kasutatakse maa- ja vesiehitiste rajamisel. Geosünteete toodetakse enamasti polümeerplastidest, näiteks polüpropüleenist, polüestrist või polüamiidist. Geosünteetide põhilisteks kasutusfunktsioonideks on filtreerimine, separeerimine, pinnaste tugevdamine ehk armeerimine, dreenimine mööda oma pinda, vedelike ja gaaside liikumise tõkestamine ning nõlvade pindade kindlustamine. Paigaldatuna täidavad geosünteedid enamasti mitut eelnimetatud ülesannet korraga. Geosünteetilisi materjale on tänapäeval saada laias valikus nii materjalide kui ka kuju poolest ning neid kasutatakse näiteks teede, lennuradade, raudteede, kanalite, tammide ja prügilate ehituses. Geotekstiilid on kõige enam kasutatavad geosünteetilised materjalid. Neid jaotatakse nende tootmise tehnoloogia järgi kootud ja mittekootud geotekstiilideks. Kootud geotekstiile toodetakse kangastelgedel ning neil on üldiselt sirgjooneline ülesehitus. Tootmisel paigaldatakse lõimelõngad kogu kanga pikkuses kindlate vahedega ning kanga kude lisatakse lõime vahele kindel arv kordi sentimeetri kohta. Seega kanga kudumise korrapärasus on kontrollitud ja kanga struktuur ühtlane kogu materjali ulatuses. Kootud tekstiile toodetakse peenikeseks lõigatud polümeerkile ribadest (lapikud) või siis mono- ja multikiudsetest niitidest (ümarad). Niidid ei ole kootud geotekstiilides enamasti omavahel kinnitatud, mistõttu kootud tekstiilide strukturaalne püsivus sõltub nende kudumistihedusest. Kanga kudumistihedusest sõltuvad niitidevaheliste avauste mõõtmed, millest omakorda sõltuvad geotekstiili veejuhtimisvõime ja poorsus. Kootud geotekstiilidel on kõrged tugevusomadused ja väike venivus. Kootud geotekstiile kasutatakse enamasti pinnaste ja kivimaterjalide armeerimiseks ja nende kihtide eraldamiseks, kuna nende veeläbilaskvusomadused on piiratud kiudude tiheda kokkupakkimise tõttu kudumis. Mittekootud geotekstiilide tootmisprotsess algab samuti kiudude moodustamisega sulatatud polümeeridest. Kiud kas lõigatakse staapelkiududeks või jäetakse pikkadeks elementaarniitideks. Tootmislindile laotatakse kiud enamasti suvaliselt või erandjuhtudel kindlasuunaliselt ühtlase kihina. Nii moodustub võrgustik, mis seotakse geotekstiiliks. Mittekootud geotekstiilid erinevad üksteisest nende tootmisel kasutatud sidumisviide järgi. Enam levinud sidumismeetoditeks on kuum- või nõeltöötlemine. Geotekstiilide tootmisel nõeltöötlemisega surutakse kiududest saadud võrgustikust läbi palju ogalisi nõelu (heegelnõela põhimõte) ja selle protsessi tulemusena seotakse kiud omavahel mehaaniliselt. Tekib paks vilditaoline materjal, mis sisaldab väga palju poore (poorsus üle 90%) ja nõelade moodustatud avausi, mistõttu tal on väga head veejuhtimisomadused. Kuumtöötlemisel kasutatakse kõrgeid temperatuure ja survet, et siduda kiudude matt tekstiiliks. Kiududest tekkinud võrgustik peab sisaldama eri sulamistemperatuuridega polümeerkiude, mis kuumade rullide vahel omavahel liidetakse. Kuumtöötlemisel saadud geotekstiilid on seega tunduvalt õhemad kui nõeltöötlemisega toodetud kangad, mistõttu nad on tavaliselt halvemate filtreerimisomadustega, aga suurema tõmbetugevusega. Mittekootud geotekstiilide kasutusfunktsioonid on järgmised: eraldusfunktsioon – takistatakse kahe eri pinnase omavahel segunemist, näiteks takistatakse killustiku "uppumist" pehmemasse pinnasesse; filtreerimisfunktsioon – pinnases liikuv vedelik läbib geotekstiili, kuid pinnas ise jääb paigale, näiteks takistatakse dreensüsteemi ummistumist; dreenimisfunktsioon – vedelik liigub mööda geotekstiili tasapinda; kaitsefunktsioon – geotekstiili kasutatakse mingi toote või konstruktsiooni kaitsmiseks, punktkoormuste hajutamiseks. Geovõrgud on sünteetilised võrgutaolised materjalid, mis koosnevad omavahel seotud paralleelsetest lamedatest ribadest, mille vahel olevad avaused peavad olema piisavalt suured, et tagada haakumine teda ümbritseva pinnasega või kivimaterjaliga. Geovõrgu peamine tööülesanne on teda ümbritseva pinnase või kivimaterjali armeerimine. Tootmistehnoloogiate järgi jagunevad geovõrgud pressitud, kootud, keevitatud ja komposiitseteks. Tootmistehnoloogialt ja kasutuspõhimõttelt jagunevad pressitud geovõrgud omakorda kahte kategooriasse: ühes suunas eelpingestatud geovõrke kasutatakse peamiselt kohtades, kus on teada kindel pingete mõjumise suund, näiteks tugiseinad; kahes suunas eelpingestatud geovõrkude peamiseks kasutusalaks on näiteks kattekihtide armeerimine, kus hilisem pingete jaotus ei ole nii selgelt määratletav. Geomembraanide tootmisel kasutatakse kaht põhilist meetodit: lameda lehe ekstrudeerimine ja puhutud lehe ekstrudeerimine. Lameda lehe ekstrudeerimine ehk pressimine on tootmisprotsess, kus sulatatud polümeerimass liigub mööda tigukonveierit matriitsi, millega pressitakse surve all ühtlane kuum polümeeri leht. Matriitsile järgnevad rullid, mida läbides ühtlustatakse geomembraani omadusi. Saadud materjal on ilma voltimisjälgedeta, peegelsileda tekstuuri ja ühtlaste tugevusomadustega. Puhutud lehe ekstrudeerimise teel valmistatud geomembraanide puhul tigukonveierist tulev sulatatud polümeer puhutakse ühtlase seinaläbimõõduga membraanballooniks, mis edaspidises töötlemises lõikamise teel muudetakse leheks. Viimases etapis läbib toodetav materjal rullvaltsid, millega ühtlustatakse tema omadusi. Sel meetodil toodetud geomembraanid on ebaühtlaste tugevusomadustega, iseloomulikud on voltimisjäljed membraani pinnal. Eeltoodud tootmisviiside tulemusel saadakse sileda pinnafaktuuriga materjalid. Membraanidele kareda pinnastruktuuri andmiseks kasutatakse kolme meetodit: reljeefi pressimine – reljeef pressitakse geomembraani pinda sisse ja seetõttu on tegemist ühe ja sama materjaliga, millel on homogeensed omadused. Sel juhul on võimalik anda membraani mõlemale poolele erinev reljeef, et vähendada geomembraanis tekkivaid pingeid; lisakihi peale pihustamine – membraani peale pihustatakse karestamiseks mõnest muust materjalist lisakiht; koosekstrudeerimine – koos põhilise membraanikihi materjaliga suunatakse matriitsi ka lisamaterjali kiht, mis sisaldab gaasi. Kohe pärast materjali matriitsist väljasurumist eraldub pealmisest kihist gaasi, mis tekitab membraani pinnale kareda tekstuuri. Geomembraane kasutatakse peamiselt vedelike ja gaaside mittesoovitud liikumise vältimiseks. Geovaht on polüstüreeni vahustamisel toodetud materjal, mis koosneb paljudest gaasiga täidetud suletistest. Valmiskujul on materjal enamasti suurte ja väga kergete plokkide kujul, mida paigaldatakse tihedalt üksteise kõrvale asetades. Geovahtu kasutatakse nõlvade stabiliseerimiseks, muldkehade ehitusel, maa sees paikneva infrastruktuuri kaitseks (elektrikaablid, gaasi-, kütuse- ja veetorud ning kanalisatsioonid) ja sillutiste isolatsioonis. Geokärjed on kolmedimensionaalsed kärjelaadsed struktuurid, mis on tehtud ultraheli keevituse meetodil polümeerist pressitud ribadest, mis sulatatakse kokku. Moodustub painduv 3D kärgstruktuurne materjal, mis laiendatakse kohapeal ja täidetakse pinnase või täitematerjaliga (liiva, kruusa, kivimite või tsemendiga). Geokärgesid kasutatakse pinnase erosiooni vähendamisel, pinnase stabiliseerimisel tasandikel ja järskudel nõlvadel, kanalite rajamisel ning koormuste toestamisel. Geokomposiidid on eelnevate materjalide segud, koosnedes geotekstiilidest, geovõrkudest, geomembraanidest ja/või geokärgedest ning võivad olla kombineeritud teiste sünteetiliste materjalide või pinnasega. Geokomposiitide valdkond pakub kõige rohkem loomingulisust ehitajatele ja tootjatele. Kasutusvaldkondadeks on pinnaste eraldamine, tugevdamine, filtratsioon, drenaaž ja isoleerimine. Üheks geokomposiitide alaliigiks on savikangad. Savikangad on õhukesed geokomposiitmaterjalid, mis sisaldavad looduslikku bentoniitsavi pulbrit ja ühte või enamat kihti geosünteeti. Nende tootmisel kasutatakse nõeltöödeldud mittekootud ja kootud geotekstiile, mis on toodetava materjali kandvaks osaks. Kangakihtide vahele paigaldatakse pulber ning kangas seotakse omavahel kas õmblustega või nõeltöötlemise teel. Geoteksiili ülesandeks toodetavas materjalis on fikseerida saviosakesed omavahel ja tugevdada nõrka savikihti. Veega kokkupuutumisel seovad saviosakesed endaga vee molekule ja paisuvad kuni kümme korda ning kleepuvad omavahel kokku, moodustades vett mitte läbi laskva kihi. Geosünteetilisi savivahekihte kasutatakse kohtades, kus ei tohi toimuda vedelike ja gaaside imbumist ümbritsevasse keskkonda. Üheks selliseks kohaks on prügila, kus geosünteetilise savivahekihi abil on võimalik asendada paks tihendatud sinisavi kiht. Konkreetse geosünteedi valikul teatud konstruktsiooni tuleb kindlasti teada, millest on vastav materjal toodetud, sest iga erineva geosünteedi tootmiseks kasutataval polümeeril on konkreetsed omadused, mida saab kasutada konstruktsioonile esitatavate vastavate tehniliste nõuete täitmiseks. Materjalide füüsikalisi ja keemilisi omadusi saab mõjutada lisanditega. Geosünteetides kasutatavad polümeerid on enamasti töödeldud stabiliseerivate, oksüdeerimis- ja UV-kiirguse vastaste lisanditega, mis segatakse polümeeridele sulatusstaadiumis. Peale keemilise omaduste parendamise saab geosünteetide omadusi muuta ka mehaaniliselt, valides eri mooduseid sulanud polümeerist kiudude formeerimiseks. Maanteeamet (29.12.2006). "Teehoiutööde tehnoloogilised juhised. Geosünteetide kasutamise juhis" (PDF). Vaadatud 28.10.2017.[alaline kõdulink] "Geotekstiilid". ViaCon. Originaali arhiivikoopia seisuga 11.11.2017. Vaadatud 28.10.2017. Stark, T.; Bartlett, S.; Arellano, D (2012). "Expanded Polystyrene (EPS) Geofoam Applications & Technical Data" (PDF). Originaali (PDF) arhiivikoopia seisuga 4.03.2016. Vaadatud 30.10.2017.{{netiviide}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) State of California Department of Transportation, Division of Environmental Analysis, Stormwater Program. Sacramento, CA. (2006). "Cellular Confinement System Research" (PDF). Sacramento, CA: State of California Department of Transportation, Division of Environmental Analysis, Stormwater Program. Vaadatud 30.10.2017.{{netiviide}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) "Managing Degraded Off-Highway Vehicle Trails in Wet, Unstable, and Sensitive Environments" (PDF). US Department of Agriculture in conjunction with USDOT, Federal Highway Administratio. Oktoober 2002. Originaali (PDF) arhiivikoopia seisuga 15. oktoober 2008. Vaadatud 30.10.2017. Aho, A (juuni 2006). "Geosynthetics in landscape architecture and design". Geosynthetics. Originaali arhiivikoopia seisuga 14. veebruar 2015. Vaadatud 30.10.2017. Koerner, R. M. (2012). Designing With Geosynthetics (6th ed.). United States of America: Xlibris Press.