Geomembrany

Warstwa humusu i trawy nie jest już wystarczającym zabezpieczeniem wód nawierzchniowych i gruntowych przed zanieczyszczeniem.

Zastosowanie geomembran
Deszcze spłukują z jezdni toksyny wydzielane przez silniki spalinowe, pyły powstałe podczas ścierania opon samochodowych, hamulców i nawierzchni, a także sól używaną do roztapiania śniegu i lodu. Szczególnym zagrożeniem dla czystości wód gruntowych są wycieki toksycznych płynów. Spływająca z nawierzchni drogowej, zanieczyszczona woda przejmowana jest przez niecki gruntowe lub przydrożne rowy, połączone z systemem zbiorników odparowujących, filtrujących itp. Aby ochronić środowisko naturalne, trzeba jednak stosować bardziej radykalne metody. Należą do nich następujące rozwiązania techniczne i organizacyjne: uszczelnianie iłami podłoża gruntami nieprzepuszczalnymi (dodatkowo lub zamiast nich stosowane są geomembrany); budowanie wydajnych systemów odwadniających i oczyszczających; ustanawianie specjalnych procedur działania podczas wypadków i katastrof ekologicznych; poprawa bezpieczeństwa ruchu.
Wszystkie te środki powinny być traktowane jako jednakowo ważne.

Od wielu lat w krajach Europy Zachodniej do uszczelniania budowli drogowych stosuje się geomembrany z polimerów. Ich wykorzystanie zostało poprzedzone analizą pracy tego rodzaju uszczelnień w oczyszczalniach, na wysypiskach śmieci, w rafineriach i na stacjach paliw płynnych, a więc na obszarach o dużym skażeniu środowiska.
Polska Norma PN-S-02204 "Drogi samochodowe - Odwodnienie dróg" w części 3.3.2., poświęconej wymaganiom ekologicznym podaje, że: "W celu uniknięcia przenikania ścieków deszczowych w głąb podłoża gruntowego należy stosować uszczelnienia w postaci geomembran, ekranów iłowych itp."

Wyróżniamy następujące rodzaje geomembran:
- płaskie z asfaltów oksydowanych lub modyfikowanych polimerami lub z polimerów (PVC, EPDM lub HDPE),
- membrany z wytłaczanego polietylenu wysokiej gęstości HDPE.
Geomembrany z tworzyw syntetycznych, dzięki swojej strukturze chemicznej, są odporne na większość związków występujących w przyrodzie (np. produkty ropopochodne). Ponadto nie podlegają degradacji biologicznej, gdyż mają wysokie wartości parametrów mechanicznych (są więc odporne na grzyby, bakterie oraz napór korzeni).


Układanie
Geomembrany z polimerów układa się na płaskiej powierzchni zagęszczonego gruntu, oczyszczonego przedtem z ostrych kamieni i przedmiotów mogących powodować ich przebicie. Górną powierzchnię powłoki uszczelniającej chroni się zwykle geowłókninami o gramaturze nie mniejszej niż 500g/m² (jest to doświadczalnie przyjęta minimalna masa geosyntetyków pełniących funkcję ochrony przed przebiciem). Geowłóknina stanowi jednocześnie warstwę antypoślizgową między powłoką uszczelniającą a gruntem przykrywającym. Geomembrany płaskie dowolnej grubości łączy się metodami termicznymi (spawy lub zgrzewanie arkuszy grubości minimum 1 mm), a także za pomocą kleju.


Łączenie
Powłoki wykonane z geomembran muszą mieć dużą wytrzymałość na rozciąganie oraz odporność na uszkodzenia powstałe w wyniku prowadzenia prac ciężkim sprzętem na dnie uszczelnianej niecki oraz osiadania gruntu w trakcie eksploatacji. Dotyczy to zarówno samej membrany jak i połączeń. Ze względu na małą wytrzymałość na ścinanie styków klejonych wykonuje się łączenia polimerowych arkuszy metodami termicznymi. Wymagają one jednak stosowania drogiego sprzętu do wykonania zgrzewów, spawów oraz surowego przestrzegania rygorów wykonawczych (prawie sterylna czystość i dobre warunki pogodowe). Szczególne warunki wykonywania połączeń wymagają specjalnych warunków sprawdzania ich szczelności. Jakość spawania kontroluje się poprzez wdmuchiwanie sprężonego powietrza między spawy i obserwację czy się ulatnia. Wszystkie te operacje są dosyć kosztowne i znacznie ograniczają powszechność stosowania uszczelnień syntetycznych. Innym problemem jest niska przyczepność geomembran do podłoża. Wartości kąta tarcia wewnętrznego - parametru, który ma decydujący wpływ na współpracę sąsiadujących ośrodków - są następujące: dla styku geomembrany i gruntu - 12^o-27^o, dla styku geowłókniny i gruntu - 22^o-30^o, dla styku geomembrany i geowłókniny - 8^o-16^o. Oznacza to, że w zboczu (np. o nachyleniu powyżej 1:7), uszczelnionym geomembraną płaską zabezpieczoną geowłókniną, może nastąpić poślizg (tg 8^o = 1/7,11). Powłoka uszczelniająca lub warstwy ją przykrywające mogą zsunąć się ze skarpy.


Membrany tłoczone
Ograniczenia w zastosowaniu powłok płaskich wymusiły stworzenie nowej generacji produktów uszczelniających. Należą do nich między innymi geomembrany z wytłaczanego polietylenu wysokiej jakości (HDPE). Ich zastosowanie znacznie poprawiło współpracę między powłoką uszczelniającą a gruntem (ziarna gruntu są blokowane w wytłoczeniach). Oznacza to, że jeżeli 75% powierzchni membrany jest wytłaczana, to wartość kąta tarcia wewnętrznego styku między geomembraną a gruntem jest większa niż 3/4 wartości kąta tarcia wewnętrznego gruntu. Umożliwia to bezpieczne stosowanie uszczelnień syntetycznych na skarpach o nachyleniu 1:1,5 lub 1:2 (standardowe nachylenia skarp w budownictwie komunikacyjnym) oraz ułatwiło prace izolacyjne na wysokich skarpach. Uzyskanie tak wysokiej wartości kąta tarcia wewnętrznego pozwala również wykorzystać podłoże do współpracy w przenoszeniu sił rozciągających, działających na geomembranę. Przestrzenna struktura powłoki uszczelniającej umożliwia jej elastyczne odkształcenia w dowolnym kierunku, co znacznie uodparnia ją na uszkodzenia mechaniczne.


Zamki zatrzaskowe
Kolejnym etapem na drodze upowszechnienia uszczelnień syntetycznych było stworzenie prostego, niezawodnego systemu łączenia arkuszy geomembran. Wytłoczenia na brzegach arkuszy uformowano tak, by były one mechanicznym zamkiem zatrzaskowym. Ilość i struktura wytłoczeń powinna zapewnić przenoszenie sił ścinających równych co do wartości około 70% wytrzymałości na rozciąganie membrany. Mechaniczne zamki uszczelniane są fabrycznie nałożonymi dwoma grubymi paskami kleju elastomerobitumicznego lub nakładaną w czasie budowy masą butylenową. Uszczelnienie sprawdza się wizualnie. Plastyczna i elastyczna masa klejąca powinna zachowywać ciągłość, a jej przyczepność do geomembrany powinna uniemożliwiać ręczne rozerwanie połączenia.
Należy pamiętać, że membrany wytłaczane nie mające systemu łączenia arkuszy, pozwalającego na przenoszenie dużych sił ścinających, nie są przeznaczone do stosowania jako uszczelnienia budowli ziemnych. Są to najczęściej produkty stosowane jako izolacja przeciwwilgociowa ścian fundamentowych.