بخشی از مقاله
چکیده :
فیلتر یک از اجزا مهم سازه های خاکی ایست که در ارتباط با جریان آب می باشند . هنگامی که جریان نشت از یک خاک با دانه های نسبتا ریز به مصالح درشت تر - برای مثال مصالح زهکش - وارد می شود ، ممکن است مصالح ریز دانه از جای خود حرکت کرده ، اولا باعث بروز ناپایداری در کل سازه گردیده و خطرآفرین باشند و ثانیا فضاهای خالی سیستم زهکش را پر کرده و در برابر حرکت آب ایجاد مانع کنند و در نتیجه باعث افزایش فشار هیدرواستاتیکی در سازه شوند .
بدین جهت ایجاد چنین بخشی در سازه لازم خواهد بود . طی دهه های گذشته علاوه بر مصالح فیلتر دانه ای ، از مواد مصنوعی بنام ﮊئو تکستایل نیز استفاده شده است که خصوصیاتی نظیر مصالح دانه ای - خاک - دارند و از نظر مقاومت مکانیکی و شیمیایی در حد بالاتری قرار دارند . از این مواد در اکثر پروﮊه های ﮊئوتکنیکی چه در سطح جهانی و چه در کشور ما استفاده شده است و از اینرو نیاز به شناخت بهتر این مواد می باشد .
در این مقاله در مورد کاربرد های ﮊئوتکستایل در مهندسی به اختصار صحبت خواهد شد و سپس درباره خصوصیات فیلتری آن ، مبانی طراحی و کاربری اش در سدهای خاکی و سنگریزه ای بررسی خواهد شد .
۱- فیلتر
۱-۱- تعریف
فیلتر مصالحی است حد واسط که در مرز بین دو لایه ای که به لحاظ توزیع دانه بندی متفاوت هستند ، قرار داده می شوند . نقش اصلی فیلتر جلوگیری از شسته شدن و حرکت مواد ریز دانه سازه خاکی می باشد و بدیهی است که کاربرد آن در جایی است که تحت اثر گرادیان هیدرولیکی می باشد .
۱-۲- عملکرد فیلتر
وقتی که جریان نشت از یک خاک با دانه های نسبتا ریز به مصالح درشت دانه تر - مانند زهکش در پنجه سد خاکی - وارد می شود ، این خطر وجود دارد که ذرات ریز خاک به داخل مصالح درشت دانه تر شسته شوند . اگر این کار در یک مدت زمان طولانی انجام بگیرد ، ذرات ریز ممکن است تمام فضاهای بین مصالح درشت دانه را پر کرده و آن را مسدود نمایند . برای رفع چنین مشکلی ، بین دو لایه ریز و درشت از یک لایه فیلتر بعنوان محافظ استفاده می شود . فیلتر و زهکش اجازه می دهد تا جریان تراوش از خاک نسبت به زمانی که فیلتر وجود ندارد ، سریعتر خارج شود . بنا بر این مصالح فیلتر بایستی نسبت به خاک اساس - خاک مورد حفاظت - درشت دانه تر و با حفرات بازتری باشد .
جریان تراوش از خاک ریز دانه به فیلتر ممکن است همراه با شسته شدن و حرکت ذرات ریز دانه خاک اساس به حفرات مصالح فیلتر باشد و این انتقال باعث به خطر افتادن سازه خاکی خواهد گردید . تخریب مذکور ممکن است بدلیل از دست رفتن و کمبود مصالح تراکم یافته باشد و یا اینکه ناشی از انسداد خلل و فرج فیلتر و بوجود آمدن فشار زیاد هیدرواستاتیک در پشت مصالح فیلتر باشد . بهر حال و به هر دلیل در اینصورت ایمنی سازه با خطر مواجه شده و سازه در طی زمان منهدم خواهد گردید . وجود فیلتر باعث طول عمر سازه با بروز کمترین خطر می گردد .
۱-۳- فیلتر در سدهای خاکی
در سدهای خاکی نیز وضع بهمین صورت است ؛ اگر بین لایه زهکش - سنگ ریزه ای - و خاک اصلی در پنجه سد ، لایه فیلتر موجود نباشد ، ذرات ریز قسمت اصلی به سمت سنگریزه ها شسته شده و مسیر آن را مسدود می کنند و نتیجه آنکه سیستم زهکش سد از کار می افتد ونیز تدریجاﹰ مصالح سازنده بدنه به بیرون شسته شده و باعث خرابی و ضربات جبران ناپذیر می گردد . بنا براین باید برای اطمینان از وجود ایمنی سازه ، یک لایه فیلتر بین مصالح ریزدانه و درشت دانه قرار داده شود که البته می تواند بیش از یک لایه باشد و هر لایه نقش فیلتر را برای لایه زیرین بر عهده داشته باشد .
بدلیل استفاده بهینه از مواد و مصالح در سدهای خاکی مثل مصالح حاصل از حفاری ، امکان استفاده از منابع قرضه نزدیک به سایت و صرفه جویی در زمان و اطمینان برای پایداری و کنترل نشت در سدها ، اقدام به زون بندی در سدها می شود . مناطق مختلفی در زون بندی خاکریز سد مشخص می شود که هسته مرکزی ، پوسته ، فیلتر ، لایه محافظ بالادست و پایین دست از آن جمله است .
فیلتر در سدهای خاکی ممکن است در موقعیت های متعددی مورد نیاز باشد ، مانند جاهایی که زهکش های افقی ، عمودی و مایل وجود دارند یا در نزدیکی مجاری تخلیه ، در زیر سازه های کاهنده انرﮊی ، چاههای فشار شکن و در زیر پوشش ریپ رﭖ ؛ مهمترین خصوصیات این فیلترها عبارتند از دانه بندی چگالی متراکم مصالح و نفوذ پذیری .
تراکم نسبی مصالح فیلتر حداقل باید ۵۸% باشد و هیچ قسمتی یا بخشی از این مواد کمتر از ۰۸% تراکم نسبی نداشته باشد ؛ ونیز باید دانه بندی مصالح فیلتر آنگونه باشد که مصالح دچار بهم خوردن دانه بندی و جدایی دانه ها نشوند که در اینصورت خصوصیات مهندسی مصالح و از جمله نفوذ پذیری مصالح تغییر قابل توجهی خواهد نمود ؛ و برای جلوگیری از بروز ترکهای کششی در مصالح بایستی درصد مجاز ریزتر از اندازه #NO.200 بوسیله آزمایش های مختلف تعیین گردد .
۱-۴- انواع فیلتر
فیلترها به دو دسته کلی تقسیم می شوند :
الف مصالح دانه ای ؛ شن و ماسه دانه بندی شده بر طبق معیارهای طراحی فیلتر .
ب الیاف یا بافته هایی از جنس پلیمر مصنوعی .
۱-۵- محدوده طراحی فیلترهای دانه ای
برای جلوگیری از مشکلات و مسایلی که در بند های ۱-۲ و۱-۳ بیان گردید و طراحی دقیق و صحیح ، برای رسیدن به عملکرد مناسب مصالح فیلتر و زهکش ، محدوده هایی وجود دارد که طی سالها و با انجام آزمایش های متعدد بدست آمده اند . منابع مختلف بعضاﹰ محدوده هایی را پیشنهاد کرده اند که با اختلافات کوچکی همراه می باشند لیکن حاصل مطالعات مختلف بصورت زیر بوده است :
برای انتخاب مصالح فیلتر دو معیار کلی وجود دارد که لازم است برای هر فیلتر تامین گردد :
الف اندازه حفرات مصالح فیلتر باید بقدر کافی ریز باشد تا از شسته شدن خاک مورد حفاظت به داخل آن جلوگیری شود
ب مصالح فیلتر باید آنقدر نفوذ پذیر باشند ، تا از بوجود آمدن نیروهای نشت زیاد و فشار هیدرواستاتیک در مصالح جلوگیری شود.
