Vpliv strukture netkanih geotekstilij na ločevanje in filtracijo pri gradnji cest

Bezgovšek, Špela (author), Šajn Gorjanc, Dunja (mentor), Pulko, Boštjan (co-mentor)

Geotekstilije so tehnične tekstilije, ki so med drugim namenjene za gradnjo cest, skozi katero voda neovirano prehaja (filtracija), a obenem zadržuje prehajanje delcev zemljine v smeri toka vode (ločevanje). Ustrezati mora specialnim zahtevam objekta nizke gradnje, med drugim tudi, da se njene lastnosti s časom ne smejo bistveno spremeniti. V disertaciji so predstavljeni postopki izdelave geotekstilij za gradnjo cest vključno z možnostjo recikliranja, njihove lastnosti in veljavni standardi na tem področju ter možnosti izboljšanja temeljnih tal z uporabo netkanih geotekstilij. Podan je pregled aktualnih raziskav na tem področju, ki se osredinjajo predvsem na izdelavo netkanih geotekstilij, surovinsko sestavo in prednosti ter slabosti. V okviru eksperimentalnega dela je bila izdelana podrobna analiza strukturnih lastnosti geotekstilij, ki se uporabljajo za ločevanje in filtracijo pri gradnji cest; definirani so bili strukturni parametri še nerabljenih/intaktnih geotekstilij (premer in usmerjenost vlaken, poroznost in voluminoznost sloja netkane geotekstilije); podrobno in poglobljeno je bil analiziran odnos med strukturnimi parametri geotekstilij in končnimi lastnostmi uporabe, predvsem za filtracijske namene pri nizkih gradnjah (gradnji cest); izvedena je bila podrobna analiza strukturnih parametrov geotekstilij po izpostavitvi tlačnim obremenitvam pri 25 kPa, 100 kPa in 500 kPa za časovno obdobje od ene do 24 ur v laboratorijskem okolju. Tlačne obremenitve vplivajo na ločevalne in filtracijske lastnosti. V okviru raziskave smo prišli do naslednjih zaključkov: da z definiranjem premera in usmerjenosti vlaken v netkani geotekstiliji lahko pomembno vplivamo na odprtost površine in velikost por v netkani geotekstiliji ne vplivamo pa na stopnjo lezenja po daljši izpostavljenosti netkane geotekstilije. Stopnja lezenja, ki je odvisna od obremenitve in časa obremenjevanja, pomembno vpliva na odprtost površine in velikost por po daljši časovni izpostavljenosti in s tem na ločevalne in filtracijske lastnosti netkane geotekstilije. Število slojev pri polaganju in voluminoznost netkane geotekstilije lahko vplivajo na ločevalne in filtracijske lastnosti netkane geotekstilije; kombinirani postopki utrjevanja (toplotno in mehansko utrjevanje) ne vplivajo na ločevalne in filtracijske lastnosti netkane geotekstilije. Na podlagi izvedenih raziskav smo ugotovili, da se pri netkanih geotekstilijah doseže najboljše uporabne lastnosti, če je ta izdelana po suhem mikalniškem postopku, kjer je v linijo vključen horizontalni križni polagalnik, in je utrjena zgolj mehansko z iglanjem na iglalniku, z delno vzdolžno orientacijo vlaken. Med analiziranimi netkanimi geotekstilijami je optimalne uporabne lastnosti imel vzorec, izdelan iz vlaken povprečne finoče 7,94 dtex, povprečnega premera 33,15 µm in specifično površino 1312 cm2/g; čigar debelina je znašala 1,73 mm; ploščinska masa 181 g/m2; velikost por 98 µm ter poroznost 0,885.

• Language: Slovenian
• Keywords: strukturne lastnosti geotekstilije, netkane geotekstilije, mehanske lastnosti geotekstilije, hidravlične lastnosti geotekstilije, poroznost
• Work type: Doctoral dissertation
• Organization: NTF - Faculty of Natural Sciences and Engineering
• Year: 2021
• PID: 20.500.12556/RUL-132111
• Publication date in RUL: 13.10.2021

Secondary language

• Language: English
• Title: The influence of structure of nonwoven geotextiles on separation and filtration in road construction

Abstract

Geotextiles are technical textiles with many applications, for instance, road construction, that enable uninterrupted water flow (filtration) and prevent soil particles passing in the direction of water flow (separation). They have to meet the requirements of civil engineering, such as that their characteristics should not change substantially over time. This paper introduces the manufacturing of geotextiles used for road construction, recycling possibility, characteristics, currently valid standards, and potential soil improvements by using non-woven geotextiles. We also present an overview of recent research in this field which focuses mostly on producing non-woven geotextiles, their composition, benefits, and shortcomings. The experimental part consisted of a detailed analysis of the structural characteristics of geotextiles used for separation and filtration in road construction. We defined structural parameters of unused geotextiles (diameter and direction of fibers, and non-woven layer's porousness and bulkiness). We analyzed in detail the relationship between geotextiles' structural parameters and final functional qualities, especially with regards to filtration in road construction. A detailed analysis of geotextiles' structural parameters was made after exposing samples to 25 kPa, 100 kPa, and 500 kPa of compressive load, from 1 to 24 hours, in a laboratory environment. The compressive load affects the separation and filtration characteristics. Our research showed that by defining the diameter and fiber direction, we can importantly influence non-woven geotextile's surface openness and pore size. We do not, however, influence the level of compression creep after prolonged use. The level of compression creep, which depends on the load and its duration, has an important influence on the non-woven geotextile's surface openness and pore size after prolonged use. This, in turn, affects its separation and filtration ability. The number of layers and bulkiness can affect non-woven geotextiles' separation and filtration characteristics, while combined (thermal and mechanical) bonding does not. Based on our experiment, we conclude that non-woven geotextiles have the best functional qualities if made using the dry laid (carded) process, horizontal crosslayer system, and reinforced only mechanically (using needles and partial longitudinal fiber orientation). Among the analyzed non-woven geotextiles, the optimal functional qualities were observed in a sample made of fibers with an average fineness of 7.94 dtex, an average diameter of 33.15 µm, specific area of 1312 cm2/g, thickness 1.73 mm, mass 181 g/m2; pore size 98 µm, and porosity 0.885.

• Keywords: structural characteristics of geotextiles, non-woven geotextiles, mechanical characteristics of geotextiles, hydraulic characteristics of geotextiles, porosity