بخشی از مقاله
معرفی ژئوسنتتیک ها و کاربرد آنها در مهندسی عمران
چکیده :
استفاده از ژئوسنتتیک ها در سالهای اخیر در مهندسی عمران پیشرفت چشـمگیری داشـته اسـت. اسـتفاده از مواد اولیه ای چون پلی استر ها، پلی آمیدها و پلی پروپیلن ها و ... در ساخت ژئوسنتتیک ها سبب شـده اسـت تا این نوع مصالح کاربری لازم جهت جداسازی، فیلتراسیون، زهکشـی، محافظـت و تقویـت خاکهـا را داشـته و همچنین کاربرد آنها در مهندسی هیدرولیک، راه سازی، سد سازی و حفـظ محـیط زیسـت را ممکـن سـاخته است. همچنین امروزه از ژئوسنتتیک ها به عنوان جدا سازهای لرزه ای پی و خاک زیر آن مـورد اسـتفاده قـرار می گیرد. علاوه بر موارد مذکور ازترکیب دو نوع ژئوسنتتیک می توان جهت بهبود خـواص آنهـا نظیـر افـزایش مقاومت نهایی و تسهیل در خروج آب بهره برد. در این مقاله خلاصه ای از آخرین تحقیقات انجام شـده در ایـن زمینه ها ارائه شده است.
واژگان کلیدی : ژئوسنتتیک ، تثبیت خاک ، فیلتراسیون ، جدا ساز لرزه ای
-1 مقدمه :
تاریخ موجود در رابطه با بناهای تاریخی مبین این مطلب است که همیشه ضعف مصالح بنایی در مقابل کشش مورد توجه بوده است. امروزه راهکارهای متعددی جهت افزایش مقاومت کششی مصالح مورد استفاده در سازه ها ارائه شده است.
به عنوان مثال امروزه از ژئوسنتتیک ها جهت مسلح سازی خاک و همچنین افزایش عمر لایه های روسازی و آسفالتی استفاده می شود.
در این مقاله سعی بر آن است تا پنج گروه عمده ژئوسنتتیک ها یعنی ژئوتکستایل ها، ژئوگریدها، ژئوممبرین ها، ژئوکامپوزیت ها و ژئوسل ها به همراه کاربرد های مختلف آنها در مهندسی عمران، هیدرولیک، سدسازی، راه سازی و محیط زیست مورد بررسی قرار گیرند.
-2 ژئو تکستایل ها:
ترمو پلاستیک ماده ی خام ژئوتکستایل ها می باشند که خـود یـک مـاده ی آلـی ترکیبـی کـربن مـی باشـد خاصـیت اصـلی ترموپلاستیک ها بستگی به ساختمان، مواد افزودنی و نحوه تهیه آنها دارد.
از پلیمرازاسیون مولکولهای این ماده، پلیمرهای مختلفی مانند پروپیلن، پلی استر، پلی آمیدها و اولفین ها به صورت الیاف برای ساخت ژئوتکستایل ها بدست می آید.
پلی پروپیلن ها دارای =0/9 بوده و محکم و بادوام می باشند ولی پلی استرها دارای وزن مخصوص بزرگتر از 1 بـوده و دارای مقاومت عالی می باشند. از الیاف و فیبرهای رشته ای پلی پروپیلن ها در ساخت ژئوتکستایل های بافته شده (Woven) و بافته نشده (Non Woven) استفاده می شود.
اندازه چشمه های بافته از یک دهم میلیمتر تا ده میلیمتر متغیر است. بافته ها به صورت نوار باریکی به عرض 2 تـا 3 میلیمتـر می باشند که مانند حصیر بافته شده اند در نبافته ها اتصال به صورت حرارتی، مکـانیکی و شـیمیایی صـورت مـی گیرنـد. وزن نبافته ها در واحد سطح بر حسب کیفیت آنها بین 100 تا 600 گرم می باشد.
خواص مهم الیاف بافته شده، مقاومت نفوذ پذیری و خواص غیر ایزوتروپی آن است و ویژگی قابل توجه در الیاف بافته نشده بـه علت داشتن فضای خالی زیاد خاصیت فیلتری آن می باشد.
ضخامت ژئوتکستایل تحت فشار معین 2KPa اندازه گیری می شود و در اکثر موارد بین 01/0 تا 3/0 اینچ می باشد.
1-2 کاربردهای ژئوتکستایل ها:
-1-1-2 جداسازی: [1]
جهت جدا نگه داشتن دو لایه با خصوصیات متفاوت از ژئوتکستایل استفاده می شود. به عنوان مثال در احداث شاهراه ها، بستر رسی را می توان به کمک ژئوتکستایل از زیر اساس جدا نمود. و همچنین در مهندسی پی در حالتی که پی و یا شـمع بـه قـدر کافی بزرگ باشد از ژئوتکستایل ها می توان به عنوان جدا کننده استفاده نمود همچنین به دلیـل نـاهمواری هـای بدنـه شـمع ژئوتکستایل ها اصطکاک بهتری را بین خاک و شمع در مقایسه با محفظه های فولادی بوجود می آورند.
-2-1-2 فیلتر کردن: [2]
فیلتر مصالحی است حد واسط که در مرز بین دو لایه ای که به لحاظ توزیع دانه بندی متفـاوت هسـتند قـرار داده مـی شـوند. نقش اصلی فیلتر جلوگیری از شسته شدن و حرکت مواد ریز دانه سازه خاکی می باشد (Piping) و بدیهی است که کـاربرد آن در جایی است که تحت اثر گرادیان هیدرولیکی می باشد.
مصالح فیلتر باید آنقدر نفوذپذیر باشند تا از بوجود آمدن نیروهای نشست زیاد و فشار هیدرواستاتیک در مصالح جلوگیری شود.
(Permeability)
حفرات ژئوتکستایل باید به اندازه ای باشد که همواره بتواند جریان آب را از خود عبور دهد بـدین وسـیله محـدوده ی طراحـی فیلترهای ژئوتکستایل تعیین می گردد:
(1 ژئوتکستایل باید در برابر حرکت ذرات خاک مقاومت کند (محدوده نگهداری) (2 ژئوتکستایل باید توان گذردهی آب اضافی را از خود داشته باشد (محدوده نفوذپذیری)
(3 ژئوتکستایل باید به عنوان یک فیلتر دارای عمر مفید و ظرفیت کافی آب گذری باشد. (محدوده ظرفیت عبور جریان)
-1-2-1-2 کاربرد ژئوتکستایل به عنوان فیلتر :
-1 در سد های خاکی :
الف) حفاظت شیب پایاب نسبت به فرسایش ب) هدایت رواناب های سطحی و نشت در پایین دست ج) حفاظت شیب سر آب د) ایجاد زهکشی داخلی در سد
هـ) ایجاد فیلتر در زیر پوشش ریپ – رپ برای جلوگیری از فرسایش داخلی و شسته شدن مصالح در پایاب و سرآب
-2 در کارهای آبی:
جهت جلوگیری از نفوذ مواد ریزدانه و مسدود شدن لوله مشبک چاه های پمپاژ آب و لوله های زهکش فیلترهای ماسـه ای یـا شنی.
-3-1-2 زهکشی :
هدف از زهکشی هدایت آب از اطراف فونداسیون ساختمان ها و خطوط لوله یا تونل ها می باشـد. ژئوتکسـتایل هـا باعـث مـی شوند که یک فیلتر طبیعی برای ذرات بسیار ریز موجود در خاک اطراف تشکیل شوند و نیز سبب می شوند ذرات درشت تر بـه نزدیکی لایه ژئوتکستایل آمده و در کنار هم قرار گیرند و ذرات نرم تر و ریز تر در پشت آنها جای گیرند. همچنین مـی تـوان از ژئوتکستایل ها جهت تثبیت لایه های خاکریز بستر راه آهن بهره برد.[1]
-4-1-2 محافظت :
الف) لایه مقاوم در برابر سوراخ شدن یا ترک خوردن :
جهت رفع شکنندگی مواد عایق و آب بند و ممانعت از ترک خوردن و سوراخ شدن آنها می توان از ترکیـب آنهابـا ژئوتکسـتایل بهره برد. از ترکیب فوق می توان به عنوان روکش غیر قابل نفوذ در مخازن صنعتی، سدهای کوچک خـاکی، کانـال هـا و غیـره بهره برد.
ب) آب بندی تونل ها و پل ها :
در تونل ها قبل از عملیات بنایی داخل تونل یک لایه ژئوتکستایل بر روی سنگ های تونـل نصـب مـی شـود و پـس از آن نیـز جهت آب بندی یک لایه ضخیم و غیر قابل نفوذ به نام PVC بر روی آن چسبانیده میشود.
ج) در ساخت دیوارهای حایل :
به کمک ژئوتکستایل می توان بدون استفاده از مصالح بنایی و فقط به کمک خاک موجود در محل و لوازم کوبیدن خاک دیـوار حایل ایجاد کرد.
د) محافظت سواحل :
جهت جلوگیری از فرسوده شدن سواحل در اثر عمل مخرب موج ها معمولاً روی آن ها را سنگ های بزرگی (موج شـکن) مـی چینند در این صورت ممکن است نفوذ آب از میان حفرات بزرگ در بین سنگ ها موجب شکستگی ماسه و خاک ساحل شده و سنگ ها به تدریج درزمین فرو روند. برای جلوگیری از این پدیده ابتدا ساحل را با ژئوتکستایل پوشانده و سپس سنگ ها را بـر روی آنها می چینند.
و) ایجاد سواحل مصنوعی:
جهت ریختن مصالح مرغوب بر روی گل و لای و علفهای هرز و ایجاد یک ساحل مصنوعی می توان بـا پهـن کـردن یـک لایـه ژئوتکستایل منطقه ی وسیعی را جهت شنا یا قایقرانی ایجاد نمود.[1]
-5-1-2 تقویت:
ژئوتکستایل ها عملکرد بسیار خوبی جهت پخش و یکنواخت کردن تنش ها یا نیروها در یک سطح بیشتری را داشته و به نحـو مطلوبی مانع گسیختگی نقطه ای می گردد. مصالح بنایی و خاکریزی تنش های فشاری را به نحو مطلوبی تحمـل مـی کنـد در حالی که در مقابل کشش ضعیف می باشد که با استفاده توأم آنها با ژئوتکستایل (همانند استفاده از میلگردهای کششی در بتن مسلح) ضعف مذکور بهبود می یابد. ضمناً ژئوتکستایل ها دارای خاصیت ارتجاعی می باشند که این ویژگی سبب می شـود کـه تغییر شکل های ناشی از بارهای خارجی، بعد از حذف بار وجود نداشته باشد.
