بخشی از مقاله
خلاصه
در ده هاي اخیر استفاده از مواد و مصالح مصنوعی در زمینه هاي عمرانی پیشرفت وسیعی داشته است .با ابداع مواد مصنوعی بادوام و قابل اطمینان، مصالحی با عنوان ژئوسنتتیک به دنیا معرفی شد .خواص فیزیکی و مکانیکی ژئوسنتتیک ها همچون استحکام ،نفوذناپذیري،مقاومت در برابر سوراخ شدگی و از همه مهمتر مقاومت کششی فوق العاده بالاي آنها نسبت به وزنشان باعث بوجود آمدن گسترة وسیعی از کاربرد این مواددر طرح هاي عمرانی شده است به علت کاربرد وسیع، سرعت اجرا وقیمت مناسب، تولید و مصرف این مصالح به شدت در حال رشد است.
.1 مقدمه
باتوجه به پیشرفت صنعت پتروشیمی از انواع مختلف پلیمرها موادي ساخته شدکه ژئوسنتتیک نام گرفتند. کلمه ژئوسنتتیک از دو بخش »ژئو - Geo - « و »سنتتیک - Synthetic - » ساخته شدهاست. از کلمه »ژئو« در مواردي استفاده میشود که مربوط به زمین باشد و قسمت دوم، »سنتتیک«، در مورد موادي استفاده میشود که ساخته دست بشر باشند یا به عبارت دیگر موادي که مصنوعی اند و به صورت آزاد در طبیعت یافت نمیشوند ژئوسنتتیک ها در فارسی به نامهاي غشاءهاي زمینی والیاف زمین دوخت و لایه مصنوعی ژئوتکنیکی ترجمه شده است از جنس پلی استر ، پلی پرپیلن ، پلی اتیلن ، نایلون و فیبر شیشه اي هستند.
استفاده ازمصالح ژئوسنتتیک از دیدگاه اقتصادي و فنی بصرفه بوده و درمواردي تا 30درصد هزینه را درپروژه ها کاهش می دهد. استفاده از ژئوسنتتیک ها به عنوان مصالحی جدید در رابطه با طرحهاي آب و خاك یک راه حل بسیار اقتصادي و بهینه جهت رفع مشکلاتی هستند که می بایست از مسیرهاي گران قیمت و دشوار حل شوند.مهمترین کاربرد ژئوسنتتیک ها جداسازي،فیلتریزاسیون،زه کشی،تسلیح،جلوگیري ازنشست سیالات یاحفاظت درمقابل فرسایش است.
دربعضی ازمواردیک محصول دوکاربرد رابه صورت هم زمان برآورده می کند. مهمترین اعضاي این خانواده الیاف کششی ژئو ممبرین ، ژئوتکستایل ، ژئوگرید ،ژئوکامپوزیت می باشند که در زمینه هاي مختلف علوم مهندسی و مکانیک خاك و حتی در راهسازي با ارتقا پوشش خاك روي سازه امن ، نقش موثري ایفا می کنند ، بطوریکه ضربه پذیري سازه ها را درمقابل بارهاي شدید انفجاري بالا برده و همچنین در مقابل جریان آب نفوذ ناپذیر می گرداند .
سابقه تاریخی ساخت و کاربرد مواد ژئوسنتتیک ها از دهه 1950 که در آن زمان از ورقه هاي تک رشته اي براي ژئوتکستایل بافته شده به عنوان فیلتر در کنترل فرسایش در ایالت فلوریداي آمریکا استفاده می شد برمی گردد،باب بارت اولین کسی بود که نخستین طرحهاي کاربرد مواد ژئوسنتتیک در پروژه هاي آب و خاك را مطرح ساخت و بدین دلیل به نام پدر ' ژئوتکستایل ' مشهور گردید.در این مقاله ضمن معرفی انواع ژئوسنتتیک، به خصوصیات و کاربرد آنها در پروژه ها اشاره می گردد .
.2 انواع ژئوسنتتیک ها
.2.1 ژئوتکستایل ها - - Geotextiles
ژئوتکستایل ها بزرگ ترین گروه ژئوسنتتیک ها را تشکیل می دهند. الیاف مورد استفاده در ساخت این محصولات از جنس پلیمرهاي پلاستیک بوده که متداول ترین آنها پلی پرپیلن، پلی استر و پلی اتیلن می باشند. پلی استرها داراي وزن مخصوص سنگین تر از آب بوده - y = 1 - و از مشخصه هاي خزشی و مقاومتی عالی برخوردار بوده و با اغلب خاکها سازگار می باشندوهمچنین پلی پرپیلن ها داراي وزن مخصوص کمتر از واحد بوده - y =0.9 - و محکم و بادوام هستند
از خواص اصلی این منسوجات فسادناپذیري در مقابل عوامل مخرب درون خاك است. . لذا از این نظر کاربردهاي فراوانی در مهندسی خاك و بهبود کیفیت خواص گوناگون خاك دارند. ژئوتکستایل ها براساس الگوي الیافشان به دو دسته کلی بافته شده و بافته نشدهو اخیراً کش بافتها تقسیم شده اند که زیردسته هاي هر کدام مطابق با فرآیند تولید خاصشان موجود می باشندکه در این جا به معرفی دو گروه اصلی ژئوتکستایل ها می پردازیم :
.2.1.1 بافته شده یا منسوج - GeotextilesWoven -
روش ساخت این مواد، رد شدن الیاف از میان یکدیگر و تشکیل فیبر می باشد . این ژئوتکستایلها از الیاف تک رشته اي یا چند رشته اي یا فیلم هاي بریده ساخته می شوند . فیلم هاي بریده شده می توانند به صورت صاف یا به شکل الیاف هاي فیبریله شده - شبکه هاي عنکبوتی شکل - قرار گیرند. ساخت این نوع ژئوتکستایلها در دو مرحله صورت می گیرد :
مرحله اول، تولید فیلامنت ها یا فیلم هاي برش داده می باشد و مرحله دوم بافتن الیاف به هم و تشکیل ژئوتکستایل می باشد. عملکرد اصلی فیلم هاي برشی معمولا در سازه هاي کنترل کننده رسوبات نظیر حصارهاي گل و لاي و تثبیت جاده ها بوده، اما در زهکشی زیراساس و مهار فرسایش نقشی ندارد . الیاف برشی صاف مقاومت بالایی دارند اما از نفوذپذیري پایینی برخوردارند،در عوض الیاف نواري فیبریله شده نفوذپذیري بالایی داشته و منافذ موجود در آن یکنواخت تر از نوارهاي صاف می باشند.
.2.1.2 بافته نشده یا غیرمنسوج - NonWoven Geotextile -
ساخت این نوع ژئوتکستایلها بوسیله فیبرهاي نواري شکل - فیبرهاي نواري کوتاه اغلب با طول 1 تا 4 اینج - یا فیلامنتهاي ممتد که به صورت نامنظم در لایه هاي شبکه اي پخش شده اند صورت می گیرد. سپس این شبکه فیلامنتی با عبور از دستگاههاي بافندگی یا ماشینهاي اتصال دهنده فیلامنت یا فیبرها به هم متصل می شوند. نقش ژئوتکستایلهاي غیر منسوج، زهکشی زیر اساس، مهار فرسایش و تسلیح جاده هاي اجرا شده روي خاکهاي نرم و سست می باشد.در طی چندین سال گذشته مبحث کاربرد ژئوتکستایل ها در مهندسی عمران، ژئوتکنیک و هیدرولیک بطور پیوسته گسترش یافته و استفاده از آنها براساس منافع فنی و اقتصادي در مقایسه با مصالح معمول، افزایش یافته است.
.2.1.3 کاربردهاي ژئوتکستایل :
الف- تسلیح خاك زمین لغزه: در ایران و دیگر کشورها این مسئله به طور دائمی و هر ساله در نقاط مختلف آن اتفاق می افتد و امنیت سازه هاي مختلف و ساکنین آنها در قسمت پایین دست خود را به خطر می اندازد. نمونه آن در زلزله منجیل و رودبار می باشد که در اثر فعال شدن آنها دهکده اي در زیر 30 متر خاك مدفون گردید که بایستی از روشهاي پایدارکننده آن را پایدار کرد.
1 استفاده از بست هاي فولادي روش بست هاي فولادي
به طور کلی یک ورق فولادي گالوانیزه به ضخامت 5 میلی متر براي پایداري دیواري به ارتفاع 14 تا 15 متر کافی است در بعضی اوقات از قطعات پیش ساخته بتنی استفاده می شود این قطعات پیش ساخته با اتصالات کام در زبانه با یکدیگر قفل و بست می شوند به طوري که از جریان خاك از بین درزها به سمت پایین جلوگیري می شود در صورت استفاده از پوسته هاي فولادي، قطعات مختلف به یکدیگر پیچ شده و بسته هاي فولادي بین دو لبه قطعات قرار داده می شوند.
2 استفاده از ژئوتکستایل ها
در این روش با به کار بردن لایه هاي ژئوتکستایل در خاکریز می توان حجم مصرفی مصالح خاکی را کاهش داده و خاکریز را در برابر تمامی بارهاي اعمالی مسلح کرد، همچنین می توان با شیب دلخواه تا 90 درجه ایجاد کرد این دیوارها انعطاف پذیر بوده و در مقابل لغزش دورانی ضریب اطمینان بالایی خواهند داشت از خاکریزهاي مسلح می توان در جلوگیري از رانش زمین- دیوارهاي حائل وزنی که به نحوي محدودیت بعد دارند در ریزش گیرها و در بستر جاده ها به کار رود.
ب- زه کشی آب زیرزمینی در روي ژئوتکستایل به خوبی جریان پیدا کرده و می تواند به سمت نقاط خروجی هدایت شود. یعنی با افزایش نفوذپذیري خاك باعث
شود آب درون آنها زه کشی شود.
ج- جداسازي با استفاده از ژئوتکستایل می توان لایه هاي مختلف خاك را از هم جدا کرد به عنوان مثال در احداث شاه راه ها- بستر رسی را می توان به کمک ژئوتکستایل از زیراساس شنی جدا کرد - در لایه هاي روسازي راه - .
د- فیلتر در سدها در صورتی که یک لایه ژئوتکستایل بین دو لایه خاك دانه اي درشت دانه و ریز دانه قرار داده شود زه کشی به راحتی از لایه هاي ریز به لایه درشت انجام شده و از نفوذ دانه هاي ریز به لایه دانه هاي درشت جلوگیري می شود. به طور کلی در طراحی فیلتر هاي ژئوتکستایل از دو معیار زیر استفاده می شود:
1 محدوده نگهداري: ژئوتکستایل باید در برابر ذرات خاك مقاومت کند.
2 محدوده نفوذپذیري: ژئوتکستایل باید توان گذردهی آب اضافی و آزاد از خود را داشته باشد.
.2.1.4 مزایاي استفاده از ژئوتکستایل ها
کاربرد موفقیت آمیز ژئوتکستایل ها در مهندسی عمران، هیدرولیک، ژئوتکنیک و محیط زیست به دلایل متعددي می باشد که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:
•به عنوان مصالح مصنوعی نسبت به مصالح دانه اي طبیعی داراي کنترل کیفیت بهتري می باشند،
•براي بسیاري از کاربردها محصولاتی با مشخصات هیدرولیکی مطلوب در دسترس است،
•حتی در شرایطی که سنگ بستر نامناسب باشد، نصب آنها ساده و سریع صورت می گیرد،
•حجم خاکبرداري را کم کرده و مقدار مصالح دانه اي مورد نیاز را کاهش می دهند،
•در صورت استفاده از آنها می توان از مصالح دانه اي ارزانتري استفاده کرد،
•اجراي آنها هم به افقی و هم به صورت عمودي به راحتی صورت می گیرد،
•با توجه به تولید کارخانه اي مشخصات هیدرولیکی آنها از قبل قابل تعیین است،
•مقاومت کششی مشخصی دارند،
•نصب، حمل و انبار آنها به سهولت صورت می گیرد،
•یک لایه ژئوتکستایل می تواند به عنوان یک فیلتر دانه اي چند فازه عمل کند،
•عمر فراوان آن در خاك - با توجه به عدم تجزیه پذیري - ،
•چند منظوره و چند نقشی بودن،
•حفظ پایداري خاك مورد حفاظت با اجازه عبور آزاد جریان آب از خاك،
•توزیع فشار هیدرواستاتیک و کنترل جریان آب،
•افزایش عمر مفید سازه،
•کاهش قابل توجه در هزینه هاي مواد، نیروي کار و زمان در مرحله ساخت پروژه
