بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با پیشرفت تکنولوژي، افزایش جمعیت و ساخت و سازهاي متعدد، مقدار زیادي مواد زائد در سراسر جهان تولید میشود که نگرانیهایی را در زمینههاي زیست محیطی و اقتصادي ایجاد میکند. مواد زائد شامل آهن، چوب، شیشه، سرامیک، لاستیک، ژئوفوم - - EPS1 میباشد. دفع این مواد زائد با توجه به حجم بالاي آنها مشکلات زیادي را براي سیستمهاي مدیریت شهري پدید آورده است.
مطالعات و تحقیقات انجام شده نشان میدهند که بازیافت مواد زائد با اصول مدیریتی صحیح باعث جلوگیري از مصرف منابع طبیعی، کاهش خطرات زیست محیطی و کاهش زمینهایی به منظور دفن مواد زائد میگردد. امروزه استفاده از ژئوفوم به دلیل سبک وزن بودن، راحتی کار با آن و هزینه پایین نسبت به سایر مصالح در پروژههاي ژئوتکنیک افزایش یافته است.
این مواد سازگار با محیط زیست هستند. همچنین ماهیت EPS به عنوان یک ترموپلاستیک، این امکان را به وجود میآورد که پس از ذوب شدن، دوباره تشکیل شود. همین ویژگی آن ها را به عنوان محصولی با قابلیت بازیافت بالا معرفی میکند. در این مقاله به کاربرد ژئوفوم در مهندسی عمران و آثار زیست محیطی آن پرداخته شده است.
-1 مقدمه
بدون شک امروزه یکی از دغدغه هاي بزرگ جوامع بشري مواجه با محیط زیست و بررسی و به کار گیري راه هاي حفظ آن به عنوان پیش نیاز زندگی انسان و سایر موجودات زنده می باشد. به دلیل بلایاي طبیعی و یا افزایش جمعیت و شهرنشینی مقدار زیادي مواد زائد در سراسر جهان تولید و وارد محیط زیست میگردد، که سبب بروز مشکلات جدي زیست محیطی میشود.
دفع این مواد زائد با توجه به حجم بالاي آنها مشکلات زیادي را براي سیستم هاي مدیریت شهري پدید آورده است. این مواد زائد شامل آهن، چوب، شیشه، سرامیک، لاستیک، EPS - پلی استایرن - میباشد. امروزه با پیشرفت تکنولوژي و فنآوريهاي نوین و اهمیت کاهش هزینه و سبک سازي در مهندسی عمران، زمینههاي مختلفی از کاربرد این نوع مواد از قبیل راهسازي، ژئوتکنیک، سدسازي، مراکز دفع زباله و ... در کشورهاي پیشرفته سراسر دنیا در حال شکلگیري میباشد.
به دلیل ضعف مقاومت برشی و عدم مقاومت کششی خاك و وزن بالاي آن به عنوان مصالح پرکننده، محققین همواره به دنبال راهحلی جهت افزایش مقاومت، اصلاح و بهبود خواص مکانیکی و پارامترهاي رفتاري آن بودهاند تا علاوه بر افزایش بهرهوري، موجب کاهش هزینههاي اقتصادي و خسارتهاي ناشی از خرابیهاي همراه با سازهها شوند. تقویت خاك هاي ضعیف و نامناسب جهت بکارگیري در شیروانیها، پیها، بستر جاده ها، سدها و ... براي ایجاد پیکربندي خاکی با ویژگیهاي مهندسی دلخواه تسلیح خاك نامیده میشود.
در سالهاي اخیر استفاده از تسلیح خاك با استفاده از المانهاي مختلف تسلیح مخصصوصاً مصالح ژئوسنتتیک رو به فزونی گذاشته و کاربرد زیادي در زمینه ژئوتکنیک داشته است. ژئوسنتتیکها، منسوجات پلیمري هستند که همراه با دیگر مصالح - خاك و سنگ - به کار رفته و باعث بهبود یا اصلاح خصوصیات مصالح موجود میشوند.
ویژگی اصلی این نوع منسوجات، فسادناپذیري آنها در مقابل عوامل درون خاك است. ژئوسنتتیکها همچنین عنوانی فراگیر براي توصیف صفحات نازك و انعطاف پذیري است که در داخل توده خاك براي اهداف مختلفی مانند تسلیح، فیلتراسیون، زهکشی، عایقبندي رطوبتی، کنترل فرسایش، جداسازي و حفاظ گازها و مایعات مورد استفاده قرار میگیرند .[1] یکی از مهمترین مشتقات ژئوسنتتیکها، ژئوفومها هستند که براساس ویژگیهاي خود، کاربرد خاصی دارند.
-2 ژئوفومها و کاربرد آنها در پروژههاي عمرانی
ژئوفومها جدیدترین گروه از خانواده ژئوسنتتیکها میباشند. ژئوفوم پلی استایرن - EPS - مادهاي فوق سبک، بهشکل سلولهاي بسته، سفت و محکم و فوم پلاستیکی میباشد که بیش از 30 سال است به عنوان مصالح پرکننده در سراسر جهان مورد استفاده قرار میگیرد. پلی استایرن در سال 1950 اختراع شد.[6] در حال حاضر ژئوفوم بطور گسترده در بسیاري از کشور هاي جهان مورد استفاده قرار میگیرد. برخی از این کشورها که کاربرد ژئوفوم در آنها بسیار زیاد میباشد عبارتند از : نروژ، هلند، ایالات متحده، ژاپن، آلمان و مالزي.
ژئوفومها در قطعه هاي بزرگ و سبک، ساخته شده و در سازههاي خاکی یا سنگفرشها به عنوان عایقی در برابر گرما و حرارت عمل میکنند. فومها اصولاً به عنوان پرکننده فضاهاي خالی و درزها به کار میروند. با توجه به قابلیتهایی که تولیدکنندگان به فومها دادهاند، این فومها میتوانند به عنوان عایق آب و گاز عمل کنند، علاوه براین، داراي خواص بارپذیري بالایی نیز میباشند. ژئوفومها اغلب در زیر سنگچینهاي بنا شده برروي خاكهاي نرم و سست، سطوح زیرین جاده، سنگفرش باند فرودگاه، سیستمهاي راهآهن، که دائماً در معرض انبساط و انقباض قرار دارند و همچنین زیر تانکهاي ذخیره مایعات نوشیدنی خنک و سطوح شیبدار، استفاده میشوند
چگالی آنها در حدود یک صدم چگالی خاك و به طور معمول کمتر از 50 کیلوگرم بر متر مکعب میباشد. ژئوفوم حدود 100 برابر سبکتر از بسیاري از خاكها و حداقل 20 تا 30 بار سبکتر از سایر مصالح پرکننده سبک وزن است .[3] این تفاوت شدید در واحد وزن نسبت به مواد دیگر باعث شده که ژئوفوم به عنوان یک ماده پرکننده بسیار مورد توجه قرار گیرد. داراي خواص خوب عایق حرارتی با سختی و مقاومت فشاري قابل مقایسه با خاك رس متوسط میباشند. امروزه از ژئوفوم - EPS - در صنایع بستهبندي و یا مواد عایق در زمینههاي مختلف صنعتی در جهان که از مهمترین کاربردهاي آنست، استفاده میشود.
امروزه استفاده از ژئوفوم - - EPS به عنوان یک ماده بسیار سبک وزن در پروژههاي ژئوتکنیک افزایش یافته است. این مصالح در کاهش نشست زیر خاکریز ها، میرایی صدا و لرزش، کاهش فشار جانبی بر سازه هاي زیرین، کاهش تنش روي خطوط لوله صلب مدفون و سایر موارد استفاده شده است. مشخصه اصلی این مواد وزن واحد حجم بسیار کم میباشد.
اولین پروژه عایق جاده با ژئوفوم EPS در سال [4] 1965 و اولین پروژه خاکریزي جاده با ژئوفوم EPS در سال 1972 در نروژ اجرا شد [10] و این زمانی بود که نیاز به جایگزینی خاك جاده مورد نظر با بلوكهاي ژئوفوم براي کاهش فشار وارد بر شمعهاي کنار جاده بود. در هلند نیز اولین پروژههاي ژئوفوم EPS در اوایل دهه هفتاد شروع شد.[17] اولین کاربرد ژئوفوم در ژاپن نیز براي ساخت خاکریز بود که حدود 470 متر مکعب ژئوفوم در آن پروژه مورد استفاده قرار گرفت، ارتفاع ژئوفوم در آن پروژه 15 متر بود.[19,14] در آلمان، EPS نخستین بار در سال 1960 بعنوان لایه محافظ روسازيها در برابر آب استفاده شد. نخستین کاربرد مهندسی آن در ساخت راه آهن در سال [11] 1995 بود که ژئوفوم براي حداقل کردن نشست تفاضلی پل ها استفاده شد. دیگر کاربردهاي ژئوفوم شامل ساخت سریع خاکریز بر روي خاكهاي تراکم پذیر[9] پایداري شیبها[13]، کاهش بارگذاري جانبی استاتیکی و دینامیکی بر دیوارهاي حائل و پایههاي پل[7,12]، به عنوان مصالح پرکننده زیربنا[8] و مانعی براي بارگذاريهاي دینامیکی[15] میباشد.
شکل :1 نمونههایی از پلیاستایرن منبسط شده [3] - EPS -
1-2 کاربردهاي ژئوتکنیکی ژئوفومها
عایق حرارتی : از سال 1960 استفاده اصولی از EPS براي عایق حرارتی شروع شده است. این کاربرد براساس درصد بسیار بالاي مقدار هواي موجود - بیشتر از - %98 در EPS انجام میگیرد. بسیاري از محققین ازجمله هانا2، ایسچ3، هیلمن4 و بینبرچ5 مخلوطهاي EPS را بصورت یک پتوي ضد سرما براي جلوگیري از یخزدگی در روسازي راهها استفاده کردند تا از نفوذ سرما و یخزدگی به عمقهاي بیشتر جلوگیري کنند
مصالح پرکننده سبک وزن : از سال 1970 براي جایگزینی EPS با خاك زیراساس راهها، سیستمهاي حمل و نقل ریلی، خاکریزها و سیستمهاي نگهبان که قابلیت باربري پایینی دارند بکار برده شده است. این کاربرد وابسته به دانسیته بسیار کم و مقاومت زیاد EPS نسبت به دانسیته آن میباشد. در سال 1972 سازمان مطالعات را ههاي نروژ، بلوكهاي EPS را بعنوان مصالح پرکننده فوق سبک در جاده 159 در فلوم در نزدیکی اسلو براي کم کردن اثرات نشست ناشی از زمینهاي نرم باتلاقی بکار برد. این نخستین کاربرد ژئوفوم EPS به عنوان ماده سبک وزن روي زمین نرم بود و پس از آن کاربرد EPS افزایش چشمگیري در سرتاسر جهان یافت
تراکمپذیري بالا : کاربرد تراکمپذیري بالاي ژئوفوم EPS اولین بار در سال 1980 استفاده شد. EPS وقتی که در تماس با خاك قرار میگیرد، تغییرشکل میدهد و اجازه بسیج کامل مقاومت برشی را به خاك میدهد، بنابراین تنش انتقال داده شده به سازه هاي نسبتاً سخت و یا صلب را - مانند دیوار نگهبان یا دالها - کاهش میدهد.
میراگر ارتعاشات : این قابلیت EPS که هنوز بطور کامل بررسی نشده است، به استفاده از آن بعنوان جذب انرژي میپردازد. با استفاده از این قابلیت میتوان یک لایه خاك ضربهگیر یا ارتعاشگیر را در پشت دیوارهاي حائل، زیر جادهها، زیر ریلهاي قطار و غیره ایجاد کرد و از انتشار ارتعاشهاي بوجود آمده جلوگیري کرده و آنها را کاهش داد
