معرفی و بررسی انواع ژئوتکستایل

توسعه راه سازی و یا تقویت یک بستر نیازمند استفاده از روش های مختلفی می باشد که بعضا برخی از آنها سنتی و برخی دیگر نیز مدرن می باشند. روش های سنتی در این کار همیشه به دلیل داشتن عمر کوتاه و مشکلات فراوان زیرساختی، می تواند مدت بعد از مدت کوتاهی از بین برود، به همین منظور بسیاری از افراد در حوزه صنعت به فکر طراحی مدل جدیدی از ابزارها برای ایجاد یک محصول حرفه ای در این زمینه کرده اند که نتیجه آن ژئوتکستایل شده است.

 

ژئوتکستایل

ژئوتکستایل و انواع آن

انواع ژئوتکستایل در اصل یک نوع از منسوجات صنعتی می باشد که از مواد اولیه مختلفی مانند پلیمر، پلی استر، پلی اتیلن و پلی پروپیلن تولید می شوند. البته روش های گوناگونی امروزه برای تولید این محصولات در بازار وجود دارد که با توجه به جنس و همچنین نوع کاربرد می تواند از نظر مواد اولیه و نوع طراحی بسیار با دیگر انواع ژئوتکستایل های موجود در بازار متفاوت باشد.

مدل های مختلفی از انواع ژئوتکستایل در بازار وجود دارد که به دو گروه بسیار محبوب دسته بندی می شوند و این موارد شامل، ژئوتکستایل نبافته و ژئوتکستایل بافته می شود که هرکدام بسته به شرایط و حوزه های کاری مختلف می توانند مورد استفاده قرار بگیرند.

ژئوتکستایل نبافته و مزیت های آن

در اصل این مدل از انواع ژئوتکستایل بسیار کاربردی و پر استفاده می باشد و از به هم تنیدن الیاف ریز پلیمری تشکیل می شود که روش های مختلفی برای دوخت و همچنین ساخت آن وجود دارد که می توان به سوزن کاری ، روش حرارتی و شیمیایی در تولید آن اشاره کرد.

البته باید این نکته را در نظر داشته باشید که طراحی این محصولات به صورت نمدمالی شده می باشد و کاملا بدون بافت می باشد، یعنی در آن تار و پود ها مشخص نیست. البته همین روش ساخت، باعث می شود تا این منسوجات صنعتی مدول الاستیسته بسیار بالایی نداشته باشند و به همین دلیل انواع ژئوتکستایل نبافته خواص تنش- کرنش مناسبی را برای برخی از کارها همانند مسلح سازی را نمی توانند به خوبی ایفا کنند.

اما در کنار این موضوع این محصول به دلیل در هم تنیدگی بسیار عالی خود می تواند خواصی چون موئینگی، نفوذ ناپذیری در مایعات، جذب آب، تحمل فشار، جذب قیر و از تمام این موارد مهم تر نفوذ پذیری انتخابی را برای شما فراهم می کند که می تواند در کارها و بخش های مختلف صنعتی و راهسازی مورد استفاده قرار بگیرد.

ژئوتکستایل

مزیت ها و کاربردهای ژئوتکستایل نبافته

  •     جلوگیری از اختلاط خاک های یک بستر و همچنین تقویت و ایجاد مقاومت در بستر خاکریزهای راه آهن
  •     جلوگیری از ایجاد مشکل و بالاست در خاک ریزهای مختلف و جلوگیری از آلوده شدن بالاست توسط خاک
  •     مانع نفوذ آب و از طریق ایجاد یک غشاء آب بندی شده قیر اندود
  •     جلوگیری از شست و شوی بستر خاک ها و همچنین جدا سازی لایه های خاک
  •     محافظت از سطح هایی که آسیب پذیری آن به واسطه آب بسیار آسان است و ایزولاسیون استخرها و حوضچه ها

ویژگی های ژئوتکستایل نبافته در یک نگاه کلی

ژئوتکستایل نبافته در اصل ویژگی های نفوذپذیری مناسبی دارد، اما مشکلی که دارد بیشتر در مقابل UV خورشید دوام چندانی ندارد و زود حالت خود را از دست می دهد، از طرفی نیز ویژگی بسیار مثبت آن داشتن یک حد مناسب از خاصیت گرماژ پایین(وزن واحد سطح) می باشد، که باعث کاهش هزینه های پیاده سازی می شود. همچنین این محصول خاصیت قوی جذب آب، عدم عبور ذرات خاک، نفوذ ناپذیری در مقابل سیالات، دوام و توانایی مقابله با ضربات تنها برخی از موارد کاربردی هستند که این محصول همراه خود دارد.

 

ژئوتکستایل

ژئوتکستایل بافته 

این مدل دقیقا برعکس انواع ژئوتکستایل نبافته می باشد و از طریق ایجاد حالت تار و پود های درهم تنیده به وجود می آید. این محصول دارای ساختاری کاملا پارچه گانه می باشد. البته این ویژگی این امکان را به وجود می آورند که با افزایش میزان تار و پود ها بتوانید به میزان مقاومت آن بی افزاید و قدرت آن در مقابل خوردگی را افزایش دهید و خواص تنش، کرنش بسیار مطلوبی را برای مسلح سازی خاک ایجاد کنید.

این ویژگی ها و همچنین ویژگی هایی چون جداسازی لایه ها خاک و در برخی از مدل ها ویژگی هایی چون مقاومت کششی بالا  و جلوگیری از عدم عبور ذرات مختلف خاک، سبب شده است تا از این محصول بیشتر برای ایجاد قابلیت کنترل فرسایش در بخش های مختلف استفاده شود.

ویژگی ها و کاربرد های انواع ژئوتکستایل بافته

  •     ایجاد خواص تنش و الاستیسیته
  •     ایجاد مقاومت های کششی محوری(تک محوری و دو محوری) Uniaxial – Biaxial
  •     جلوگیری از عدم عبور ذرات ریزدانه و مختلف و جلوگیری از پارگی
  •     میزان مقاومت بالای آن در مقابل UV

استفاده از ژئوتکستایل بافته به شما این امکان را می دهد تا بتوانید با ایجاد یک مقاومت کششی مناسب، مانع از فرسایش خاک شوید و همین امر سبب می شود، شما بتوانید بدون مشکل در محل هایی که زیرساخت مناسبی ندارد و یا احتمال فرسایش خاک وجود دارد، بتوانید لایه های خاک را به واسطه آن تثبیت کنید.

 

ژئوتکستایل

ژئوکامپوزیت

با ایجاد کردن یک ساختار خاص درون انواع ژئوتکستایل نبافته به واسطه تنیدن رشته هایی از جنس پلیمر می توان به محصولی به نام ژئوکامپوزیت رسید. این محصول علاوه بر داشتن خواص ژئوتکستایل نبافته برخی از خواص ژئوتکستایل بافته شده را نیز همراه خود دارد، زیرا این محصول دارای تار و پود کششی یک محوره نیز می باشد.

این محصول از نظر کشش و مقاومت نیز نسبت به دو محصول دیگر بسیار قوی تر و مقاوم تر است و از این محصول بیشتر برای مقاوم سازی خاکریزهای راه آهن و تقویت روکش های آسفالت استفاده می شود که می تواند مانع از فرسایش خاک و یا نشست خاک در یک بستر مخصوص شود.

خاصیت ضربه پذیری و همچنین توانایی جداسازی انواع ژئوتکستایل نبافته برخی از ویژگی های این محصول می باشد که می تواند در بخش های صنعتی مختلفی مورد استفاده قرار بگیرد و به عنوان یک جداساز و یا یک محافظ خاک به خوبی عمل کند و علاوه بر بخش های صنعتی در بخش های راه سازی نیز بسیار کاربردی باشد.

 

امروزه جایگزین های در دسترس گوناگونی برای افزایش تثبیت و تقویت خاک ضعیف و اصلاح رفتار خاک تحت شرایط بارگیری و محیطی گوناگونی در نظر گرفته شده است. ژئوتکستایل ها به طور وسیعی به منظور تثبیت در اجزای ورقه بکار رفته اند و انواع گوناگونی از ژئوتکستایل های در دسترس در بازار وجود دارند. ژئوتکستایل که خاک را تثبیت کرده بارها در پروژه های گوناگون عمران و محیطی بکار رفته است زیرا ژئوتکستایل ها مقرون به صرفه اند و دارای ویژگی هایی مناسب با محیط می باشند.

تثبیت و خاک، هر دو با هم به عنوان ماده ی ساختاری برای مطالعه ی رفتار خاک تثبیت شده در نظر گرفته شده اند. در صورت داشتن نمونه ای از خاک تثبیت نشده، در طول برش سطحی نقصی رخ خواهد داد که به گونه ای خواهد بود که نمونه های خاک تثبیت شده در نتیجه ی وجود برآمدگی بین لایه های مجاور ژئوتکستایل عملکرد ضعیفی خواهند داشت.

مطالعات گوناگونی پیرامونی ماسه و خاک رس تثبیت شده در دسترس است. آزمایش سه محوری یکی از بهترین تست های آزمایشی برای تشخیص تاثیر تثبیت بر رفتار خاک است.

تست های گوناگون سه محوری بر روی ماسه توسط هائری و همکارانش در سال 2000، چندراسکاران  و همکارانش در سال 1989، گری و آلرفی در سال 1986، ژانگ و همکارانش در سال 2006، لاتا و مرتی در سال 2007، تفرشی و اساکره در سال 2007 و غیره  انجام شده است تا به مطالعه ی جنبه های گوناگونی از تثبیت بپردازد.

همچنین چندین مطالعه توسط محققان گوناگون بر روی خاک رس انجام گرفته است از جمله نورزاد و میرمرادی در سال 2010، فابین و فور در سال 1986، و غیره. نتایج ازمایش در مطالعات اولیه بر خاک تقویت شده نشان داده است که رفتار ماسه ی تقویت شده به پارامترهای گوناگونی از جمله ترتیب تثبیت، فشار وارده، اندازه ی نمونه و تثبیت ویژگی ها بستگی دارد.

فاکتورهای اضافی دیگری بر رفتار خاک رس تقویت شده تاثیر می گذارد از جمله نفوذپذیری تثبیت، رطوبت خاک، و زهکشی شدن و زهکشی نشده بودن خاک و فشرده سازی بستگی دارد. تثبیت خاک به افزایش قدرت، انعطاف پذیری و نرمی  خاک تقویت شده کمک می کند به گونه ای که عملکرد ضعیف خاک تغییر می کند و از خاکی شکننده به خاکی انعطاف پذیر و نرم تبدیل می شود.

همچنین میزان افت وزنی با اضافه کردن ژئوتکستایل کاهش می یابد.مطالعات گوناگونی در گذشته به منظور تشخیص رفتار تثبیت ماسه و خاک رس تثبیت شده انجام شده است که تعداد کمی از آنها پیرامون خاک تثبیت شده ی c-φ در دسترس است. در مطالعه ی حاضر تلاش هایی پیرامون تشخیص تاثیر تعداد لایه ها و فشار وارده بر پیک فشار یک خاک c-φ متراکم صورت گرفته که به خوبی هموار شده است.

ماده ی مورد استفاده در این مطالعه

یک خاک c-φ در این مطالعه استفاده شده است که از بخش Domehar در Himachal Pradesh، هند جمع آوری شده است. ویژگی های شاخص خاک به شکل فهرستی در جدول 1 آمده است. اندازه ی دانه های توزیعی خاک در نمودار یک نشان داده شده است.

grain size distribution curve of soil

ژئوتکستایل

ژئوتکستایل های بافته شده و بافته نشده در این مطالعه به صورت ورقه و فیبر استفاده شده اند. این ژئوتکستایل ها از Virendera Textiles, Noida, Uttar Pradesh خریداری شده اند که در نمودار 2 نشان داده شده اند. ویژگی های ژئوتکستایل های بافته شده و بافته نشده به ترتیب در جدول 2 و 3 آمده است. ژئوتکستایل های استفاده شده مقاوم در برابر انواع گوناگونی از مواد شیمیایی و میکروارگانیسم موجود در خاک می باشند همچنین دارای مقاومت کوتاه مدتی در مقابل امواج فرابنفش می باشند.

 

ابزار سه محوری

تمامی نمونه های آزمایشی از آزمایش سه محوری دارای قطر 38 میلی متر و ارتفاع 76 میلی متر می باشند. ابزلر استفاده شده در این مطالعه در نمودار 3 نشان داده شده است.

برنامه ی آزمایشی و روش انجام کار

همه ی نمونه های خاک از بخش Domehar در Himachal Pradesh جمع اوری شده است. ویژگی های شاخص خاک جمع اوری شده بر اساس استانداردهای هندی در آزمایشگاه تشخیص داده شده اند. اندازه ی دانه های توزیعی، رطوبت خاک و سازگاری محدود و پارامترهای متراکم به ترتیب بر اساس IS: 2720 (Part IV) -1985 [18], IS: 2720 (Part II)-1973 [19], IS: 2720 (Part V) – 1985 [20] and IS: 2720 (Part- VII)-1980 [21] مشخص شده اند. ورقه های ژئوتکستایل به صورت دایره ای و در اندازه ی 37 میلی متر برش داده شده اند. ارایش ژئوتکستایل های استفاده شده در این ازمایش در نمودار 4 نشان داده شده است.

این نمونه برای ازمایش سه محوری که در آزمایشگاه آماده شده است از یک ستون اسپلیت فلزی یا لوله ی قابل اتصال استفاده می کند. این ستون فلزی به ترتیب دارای قطر 38 میلی متر و ارتفاع 76 میلی متر است. یک لوله ی قابل اتصال، قائم به محور عمودی این ستون به انتهای این ستون متصل است. تثبیت ورقه های دایره ای شکل در ارتفاع های گوناگونی در این ستون قرار دارند. یک روش آزمایشی و خطا به منظور دست یابی به موقعیت لایه های ژئوتکستایل در نمونه های سه محوری انجام شده است.

در فرایند آزمایشی خطا، این ژئوتکستایل در یک ارتفاع اختیاری از پایه ی ستون و و مقادیر ارتفاعی که در برگه ی مشاهده نوشته شده است در نظر گرفته شده است. نمونه ی خاک در لایه هایی متراکم شده است که از یک میله ی فلزی صاف استفاده می کند. این روش تا زمانی تکرار می شود که ورقه های ژئوتکستایل به موقعیت مطلوبی در نمونه ی سه بعدی برسند.

نمونه ی خاک آماده شده در یک ستونی از ابزار سه بعدی و برای ازمایش های بیشتری قرار داده شده اند. این آزمایش تا زمانی انجام می شود که به بیشترین مقدار فشار برسیم. ازمایش های سه محوری زهکشی نشده بر روی نمونه های خاک بر اساس IS: IS: 2720 (PART 11) – 1993 [22]. انجام شده اند.

 

نتیجه گیری و بحث

تاثیر تعدادی  از لایه ها و اجزای فیبر بر پیک فشار خاک تثبیت شده

پیک فشار با افزایش تعداد لایه ها و فیبر در نمونه های خاک افزایش می یابد. وقتی که تعداد لایه ها از صفر به یک و صفر به دو افزایش پیدا می کند،  پیک فشار به صورت خطی افزایش می یابد. افزایش در پیک فشار زمانی بیشتر خواهد بود که تعداد لایه ها از 2 به 3 افزایش پیدا کند. تاثیر تعداد لایه در پیک فشار برای ژئوتکستایل های بافته شده و بافته نشده به ترتیب در نمودار 5a  و b آمده است.

همچنین با افزایش میزان فیبر در ژئوتکستایل ها پیک فشار نیز افزایش می یابد. میزان بهینه ی فیبر تقریبا 10 درصد در نظر گرفته شده است. تاثیر فیبر بر پیک فشار در نمودار 6 نشان داده شده است.

 

تاثیر فشار وارده بر پیک فشار در خاک تقویت شده

با افزایش فشار وارده بر تعداد لایه ها و درصد ژئوتکستایل، پیک فشار به صورت خطی افزایش پیدا می کند. تاثیر فشار وارده بر رفتار خاک تقویت شده در نمودار 7 نشان داده شده است.

با افزایش فشار وارده، پیک فشار به صورت خطی افزایش پیدا می کند. پیک فشار برای ژئوتکستایل هایی با میزان فیبر 10 درصد و 15 درصد تقریبا به همان اندازه ی مقادیر ویژه ی فشار است. تاثیر فشار وارده بر پیک فشار در خاک تقویت شده در نمودار 8 نشان داده شده است. همچنین میزان بهینه ی ژئوتکستایل تقریبا 10 درصد از خاک در نظر گرفته شده است.

McGown و همکارانش در سال 1981 اظهار کردند که با افزایش فشار وارده، پیک فشار نیز افزایش پیدا می کند زیرا افزایش در فشار وارده منجر به افزایش در فشار مقاومت بین خاک و ژئوتکستایل می شود. همچنین افزایش در فشار وارده فراتر از یک محدودیت خاص و همچنین تفاوت در پیک فشار تعدادی از لایه ها مشاهده شده اند. این مشاهدات با مشاهدات نورزاد و میر مرادی در سال 2010 مطابقت دارد.

 

 نتیجه گیری

ویژگی های شاخص و سایر تست های آزمایشی بر اساس استانداردهای هندی انجام شده است. هر دو ژئوتکستایل بافته شده و بافته نشده به عنوان فاکتورهایی برای تثبیت خاک بکار رفته اند تا میزان مقاومت خاک را افزایش دهند. با افزایش در تعداد لایه ها و میزان فشار وارده، در پیک فشار افزایش خواهیم داشت که در مقادیر بالایی از فشار وارده کمتر مشاهده شده است. با افزایش فشار وارده صرفنظر از تعداد لایه ها و درصد ژئوتکستایل ها پیک فشار به طور خطی افزایش پیدا می کند.

همچنین با افزایش تعداد لایه ها تا دو لایه، پیک فشار افزایش پیدا می کند اما در صورتی که این افزایش تعداد لایه ها به میزان بیش از 2 مورد باشد،  باعث افزایش بیشتر مقاومت خاک می شود.  مقدار بهینه ی فیبر در ژئوتکستایل ها حدود 10 درصد در نظر گرفته شده است. افزایش فشار وارده فراتر از میزان محدود، و همچنین تفاوت در مقادیر پیک فشار در تعداد متفاوتی از لایه ها کمتر مشاهده شده است.