Introductie
De functie van een geotextielfilter is om water een drainagemedium (zoals grind of een geosynthetisch materiaal) te laten binnendringen, terwijl wordt voorkomen dat bodemdeeltjes dit doen. Of het nu gaat om drainagesteen of een voorgevormde polymeerdrainagekern, een geotextielfilter is vereist om drainageprestaties te leveren gedurende de levensduur van het project. Deze technische nota bespreekt de belangrijkste eigenschappen van filtratie-geotextielen en hoe ze functioneren.
Porie grootte
Alle bodems hebben verschillende deeltjesgroottes en de verdeling van deze deeltjesgroottes kan worden verkregen in een bodemlaboratorium.
Op een vergelijkbare manier heeft een non-woven geotextiel een gradatie van poriën (gaten of openingen) in de structuur en kan een ‘O90’-waarde worden gemeten. De O90 van een geotextielfilter betekent dat 90% van de poriën binnen het geotextiel kleiner is dan de O90-waarde. De O90 kan bijvoorbeeld 120 micron zijn (dat wil zeggen 0.12 mm), wat betekent dat 90% van de poriën 0.12 mm of kleiner is. Zilt zand kan bijvoorbeeld deeltjes bevatten van 2 mm tot 2 micron groot. Dit betekent dat een deel van de bodemdeeltjes kleiner is dan de geotextielporiën en dus door het geotextiel zal passeren, terwijl andere zullen worden vastgehouden.
Een geotextiel kan worden ontworpen om bij een bepaalde bodem te passen, maar dit is vaak niet nodig omdat non-woven geotextiel standaard wordt vervaardigd om compatibel te zijn met de meeste bodems. Er zijn echter moeilijke bodems en complexe toepassingen die in een later hoofdstuk worden besproken. Houd er rekening mee dat de poriegrootte moet worden opgegeven als een bereik of een maximale waarde.
doordringbaarheid
De doorlaatbaarheid van een geotextiel moet groter zijn dan die van de aangrenzende grond. Dit betekent dat de stroomsnelheid van water door het geotextiel groter is dan die van de waterstroom in de bodem, zodat het geotextiel geen knelpunt wordt voor de beweging van water uit de bodem naar de drainagemedia. De doorlaatbaarheid van de bodem kan 1 x 10-8 m/s of lager zijn voor een samenhangende grond, of maximaal 1 x 10-4 m/s voor zand.
Een typisch niet-geweven geotextiel heeft een loodrechte waterstroom van ongeveer 100 l/m2·s bij een waterkolom van 50 mm, wat minstens 1,000 keer meer is dan die in typische bodems.
Daarom is in de meeste situaties de veiligheidsfactor voor de permeabiliteit erg hoog, waarbij zelfs een kleine vermindering van de stromingsprestaties van het geotextiel in de loop van de tijd mogelijk is.
Figuur 1: Bontec SNW, een typisch non-woven filtratie-geotextiel
Doorbreken hoofd
Sommige geotextielen vertonen een oppervlaktespanningseffect dat voorkomt dat water het geotextiel binnendringt totdat voldoende drukhoogte is bereikt. Voor sommige geotextielen is deze drukhoogte 25-40 mm, wat een reden is waarom de doorlaatbaarheid van geotextiel en de waterstroom worden getest bij een hoogte van 50 mm. Dit alles is geen probleem voor geotextielen die in relatief diepe installaties worden gebruikt, maar bij ondiepere toepassingen en/of wanneer waterinfiltratie vereist is (zoals in een waterput) kan dit problematisch zijn. Daarom gebruiken wij voor alle toepassingen uitsluitend geotextiel zonder doorbraakhoogte.
Hoe een niet-geweven geotextielfilter wordt gevormd
Een correct ontworpen geotextiel, afgestemd op de grondkwaliteit, zorgt ervoor dat sommige bodemdeeltjes door het geotextiel kunnen gaan. Op deze manier creëert het geotextiel een filterzone in de grond grenzend aan het geotextiel, zoals weergegeven in Figuur 1. Het relatief hoge energiewater dichtbij het geotextiel dwingt de fijne en middelgrote deeltjes door het geotextiel (dit verklaart de lichte verkleuring van het geotextiel). het water in de eerste 3 – 4 weken). Iets verder weg heeft het water minder energie en kan het alleen de fijne deeltjes verplaatsen. Weer verder weg en de bodem is ongestoord. Wat overblijft is een gegradeerde filterzone in de bodem met grof, vervolgens grof en medium, en tenslotte grof, medium en fijn stof.
Verstoppen geotextielfilters?
Alle filters verstoppen tot op zekere hoogte, of het nu gaat om geotextiel of ander materiaal (bijvoorbeeld steen). Zoals eerder opgemerkt zijn filtergeotextielen echter veel beter doorlaatbaar dan grond, waardoor er minstens 1,000 keer meer water kan stromen dan typische bodems. Zelfs als een geotextiel 99% van zijn stromingscapaciteit verliest, zal het nog steeds voldoende stroming bieden. Dus in plaats van te vragen ‘zal het uiteindelijk verstoppen?’ is een scherpzinnigere vraag: ‘zal het overmatig verstoppen?’. Het antwoord op die vraag hangt af van de omstandigheden ter plaatse.
Algemene voorwaarden
Onder normale omstandigheden zullen filtergeotextielen van goede kwaliteit niet overmatig verstoppen. Vaak voorkomende omstandigheden zijn gevallen waarin de bodem- en watercondities niet in een van de onderstaande categorieën vallen. Dit wordt ondersteund door talrijke casestudies en laboratoriumexperimenten zoals (Fannin, 2010; Giroud, Luettich, Richardson & Zhao, 2002; Koerner, 2012). Een filtergeotextiel van goede kwaliteit is er een dat voldoet aan BS 8661:2019.
Ongewone omstandigheden
De ervaring leert dat de volgende omstandigheden aanleiding geven tot zorgen over geotextielfiltertoepassingen en inderdaad ook problemen veroorzaken voor traditionele filtersteen (Koerner, 2012):
- Slecht gesorteerde (dat wil zeggen alle bodemdeeltjes zijn ongeveer even groot) fijne, cohesieloze bodems zoals löss, steenmeel, PFA en fijne steengroeven.
- Dispersieve kleisoorten die zich na verloop van tijd in afzonderlijke fijne deeltjes scheiden (de meeste kleisoorten doen dit niet).
- Cohesieloze bodems met onregelmatige (gap-graded) deeltjesgrootteverdelingen, gekoppeld aan hoogenergetische waterstromen.
- Sterk alkalisch grondwater waarbij de vertraging van de vloeistof terwijl deze door het geotextiel stroomt ervoor kan zorgen dat calcium-, natrium- of magnesiumneerslagen worden afgezet.
- Vloeistoffen met grote hoeveelheden zwevende deeltjes, zoals troebel rivierwater of baggerwater, of gekoppeld aan een hoog gehalte aan micro-organismen, zoals in filterbedden van bioreactoren, oude mijnfabrieken die oranje oker lozen en landbouwafval.
- Situaties met betrekking tot water met hoge energie en/of omkeerbare waterstromen, zoals getijdenzones of kusttoepassingen.
In deze situaties moet specialistisch advies worden ingewonnen over de meest geschikte optie voor het leveren van filtratie. In de meeste van deze situaties zal de selectie van gespecialiseerde geotextielen goede filtratieprestaties opleveren. In andere situaties kan het geotextiel verstopt raken, waardoor de levensduur van het geotextiel afneemt en frequente vervanging noodzakelijk zal zijn.
Conclusie
In gewone bodemomstandigheden zullen filtergeotextielen van goede kwaliteit, geselecteerd in overeenstemming met BS 8661:2019, goede filtratieprestaties op de lange termijn behouden. In ongebruikelijke omstandigheden (zoals hierboven beschreven) moet specialistisch advies worden ingewonnen over de meest geschikte optie voor filtratie.
Referenties
Normen (2019) Geotextiel – Leidraad voor specificatie voor basisscheiding en filtratie. EN 8661:2019.
Fannin, RJ (2010). Over het dichtslibben van geotextiel. Tijdens de 9e Internationale Conferentie over Geosynthetics. Guaruja, Brazilië.
Giroud, J., Luettich, S., Richardson, G., en Zhao, A. (2002). Permeabiliteit van geotextiel- en korrelfilters. Tijdens de 7e Internationale Conferentie over Geosynthetics. Nice, Frankrijk.
Giroud, J. (2010). Ontwikkeling van criteria voor geotextiel- en korrelfilters. Tijdens de 9e Internationale Conferentie over Geosynthetics. Guaruja, Brazilië.
Heibaum, M. (2014). Heroverweging van het ontwerp van geotextielfilters. Tijdens de 10e internationale conferentie over geosynthetics. Berlijn, Duitsland.
Koerner, R. (2012). Ontwerpen met geokunststoffen. Xlibris Corp