Geogrids

Geogrids hebben een dominante plek in de toepassing van geokunststoffen. Derhalve is het van belang om beter inzicht te hebben in de verschillende typen geogrids en de rol die zij spelen in de civiele techniek.

 Soorten

Ook wel rasters of netten genoemd, komen geogrids voor in verschillende uitvoeringen. Gewoven, Gelast en vormvast. Het voornaamste kenmerk zijn de grote rasteropeningen en de toepassing in funderingen als horizontaalwapening of membraanwapening. Verder zijn de typen geogrids zeer verschillend in uiterlijk, werking en toepassing. Er wordt onderscheid gemaakt in vier families die gekarakteriseerd zijn op basis van de productiewijze:

• Gestrekt geogrid uit geponste plaat
• Gestrekt geëxtrudeerd geogrid
• Gelast geogrid
• Gewoven geogrid

 

Gestrekt geogrid uit geponste plaat: Het eerste type in de opsomming wordt geproduceerd door een plaat van polypropyleen (PP) in een bepaald patroon te ponsen. Hierna wordt de plaat verhit en gestrekt tot het de gewenste vorm heeft. Door dit proces wordt een geogrid verkregen dat uit één geheel bestaat, hoge ribben en (vorm)vaste knooppunten. Belangrijke kenmerken zijn:

• Grote openingen (ca. 40%)
• Vormt één geheel (geen zwakke plekken)
• Vaste en tevens vormvaste knooppunten
• Hoog profiel
• Krachtoverbrenging door middel van insluiting van de korrels
• Opname grote krachten bij zéér geringe vervorming

Gestrekt geëxtrudeerd geogrid: Het tweede type wordt geproduceerd door geëxtrudeerde polypropyleen (PP) stangen op elkaar te smelten in het gewenste patroon en vervolgens te strekken tot de gewenste maat. Het product kan snel geproduceerd worden, bestaat uit een geheel, maar mist profieldikte. De kenmerken:

• Grote openingen (ca. 40%)
• Vormt één geheel (geen zwakke plekken)
• Vaste en tevens vormvaste knooppunten
• Laag profiel
• Krachtoverbrenging door middel van insluiting van de korrels
• Opname grote krachten bij geringe vervorming

Gelast geogrid: Het derde type wordt gemaakt door strips van polyester of polypropyleen aan elkaar te lassen in een gewenst patroon. Het lassen kan thermisch of ultrasoon plaatsvinden. Het resultaat is een product met hoge treksterkte, laag profieldikte en slappe knooppunten:

• Grote openingen (ca. 40%)
• Samengesteld product
• Zwakke knoopunten
• Laag profiel
• In mindere mate krachtoverbrenging door insluiting en hoofdzakelijk door wrijving
• Opname krachten bij grote vervorming

Gewoven geogrid: Het laatste type heeft kan vergeleken worden met weefsels, maar dan met grote openingen.  Bundels polypropyleenvezel worden in een raster samengeweven. Het product heeft een hoge treksterkte, zo goed als geen profieldikte en vaste knoppunten die niet vormvast zijn:

• Grote openingen (ca. 40%)
• Samengesteld product
• Vaste, maar flexibele knooppunten
• Zeer laag profiel
• Krachtoverbrenging door wrijving
• Opname krachten bij zeer grote vervorming

Werkzaam mechanisme

In de beschrijving van de geogrids is gesproken over krachtopname op basis van “insluiting” en “wrijving”. Deze principes zijn van essentieel belang als men de werking van geogrids wil begrijpen. Maar eerst dient een stukje mechanica toegelicht worden.

Wanneer een last een funderingslaag van ongebonden granulair materiaal belast (bijvoorbeeld menggranulaat), zullen de korrels zich naar beneden en de zijkanten bewegen. Wanneer de last wordt verwijdert veren de korrels gedeeltelijk terug. Bij herhaaldelijk terugkomen van belasting zal dit leiden tot vermenging van de ondergrond met de funderingslaag. Hierdoor neemt de draagkracht en levensduur van de laag af. De traditionele oplossing is om meer funderingsmateriaal aan te brengen. Echter, door het toepassen van geokunststoffen kan dit schade toebrengend mechanisme aanzienlijk verminderd worden.

Een tijd geleden heeft de voormalig voorzitter van de Internationale Geokunststof Organisatie (IGS), Jorge G. Zornberg een uitstekende presentatie gegeven in 2013 over o.a. dit mechanisme en wat men er aan kan doen. Het relevante gedeelte komt pas rond de 9:00. Klik op de afbeelding om naar de video te gaan.

In essentie kan men twee mechanismen onderscheiden die een positieve bijdrage leveren aan de levensduur en effectiviteit van een granulaire fundering: “membraaneffect” en “horizontale opsluiting”.

 

 

Bij het “membraaneffect” dient het geokunststof of geogrid sterk te vervormen om kracht te kunnen ontwikkelen. Deze kracht wordt vervolgens gemobiliseerd om de last te ondersteunen. Bij het membraaneffect dient het geokunststof of geogrid tevens aan de zijkanten ingeklemd te zijn om deze kracht tot ontwikkeling te laten komen. Het probleem van deze wapening is dat het funderingsoppervlak eerst dient te vervormen voordat er een positief effect optreedt. Dit resulteert in grote spoordieptes.

Bij “horizontale opsluiting” of “stabilisatie” zijn de korrels opgesloten in het geogrid, waardoor deze niet kunnen verplaatsen. Het effect is dat de sterkte-eigenschap van de gehele funderingslaag wordt verbeterd; de laag gaat zich stijver gedragen. In tegenstelling tot membraanwapening treedt bij horizontale opsluiting geen vervorming plaats en is verankeringslengte overbodig. Een beperkt aantal geogrids is in staat om deze manier de funderingslaag te stabiliseren. Door de jaren heen is gebleken dat vaste en vormvaste knooppunten, een hoog profiel in het geogrid en krachtopname bij geringe vervorming de beste resultaten teweeg brengt.

 

Toepassing

Onverharde wegen / bouwwegen: Door het toepassen van een geogrid onder een bouwweg wordt de prestatie verhogen. Dit kan uitgedrukt worden in een aantal lastherhalingen voordat een bepaalde spoordiepte wordt bereikt. Men kan er ook voor kiezen om te besparen in dikte van de onverharde weg. Deze besparing loopt uiteen van 0% tot 60%, afhankelijk van het geogrid dat gekozen wordt en de draagkracht van de natuurlijke ondergrond.

Verharde wegen: Door het toepassen van geogrids in de fundering kan wederom bespaard in funderingsdikte. Men kan ook kiezen om de levensduur te verlengen uitgedrukt in aslast herhalingen. Een derde mogelijkheid is om te besparen in asfaltdikte. Dit wordt ook wel “pavement optimisation” genoemd. Dit is enkel mogelijk als het geogrid de stijfheid van de funderingslagen verhoogt.

Ballaststabilisatie: Net als bij het stabiliseren van onverharde wegen, is hetzelfde effect van toepassing op het stabiliseren van ballast onder spoorwegen.

Asfaltwapening: Asfaltwapening levert een beduidend positieve bijdrage aan het vertragen van scheurdoorgroei en spoorvorming in de asfaltlagen. Bepaalde geogrids kunnen doorgroei van reflectiescheuren zelfs volledig stoppen.

(Kraan)opstelplaatsen: Het toepassen van geogrids in een kraanopstelplaats heeft als effect dat de last onder een grotere hoek door de fundering gespreid wordt. Meestal volstaan enkele lagen geogrid in een granulaire fundering om de draagkracht te verhogen. Bij zware lasten, zoals kranen die windmolens assembleren is een verticale cellenstructuur van geogrids, gevuld met granulair materiaal met meest effectief. Deze structuur doorsnijdt mogelijke glijvlakken (Bishop-bezwijking) en dwingt deze in dieper gelegen lagen. Ongelijke zettingen en zijdelingse vervormingen worden tot een minimum beperkt.

Zettingsverschillen: Waar een eerder onbelast terrein wordt voorzien van verharding of een grote variatie is laagdikte van slappe lagen kan met geogrids een constructie worden gemaakt waarbij de zettingsverschillen worden genivelleerd. Dit is veelal van toepassing op bedrijventerreinen.

Gewapende grond: Door laagsgewijs geogrids in de grond aan te brengen word de grond gestabiliseerd en kunnen taluds tot 90° worden gebouwd. Zware betonnen (gewichts-)constructies of een damwanden zijn daarmee overbodig. Financieel levert dit enorme voordelen op. Daarnaast hebben opdrachtgevers de keuze uit een breed scala aan natuurlijke of esthetisch afwerkingen.