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.

 

ژئوممبران ها اغلب در کارهای مرتبط با مهندسی عمران مورد استفاده قرار می گیرند تا یک مانع هیدرولیکی را بوجود بیاورند. با وجود تمامی سیستم های لایه ای حفاظتی، تغییر شکل هایی در ژئوممبران ها بوجود می آید که با توجه به فرورفتگی ها باید به صورت کمی مورد بررسی و ارزیابی قرار بگیرند.

عملکرد اصلی ژئوممبران تاثیرناپذیر ماندن در تمامی مدت طراحی پروژه است.با این حال تنش های مکانیکی بوجود آمده توسط مواد محدودشده باعث ایجاد تغییر شکل در ممبران می شود و در موقعیت بحرانی نهایتا منجر به سوراخ شدن ان می شود (نمودار 1).

یک ژئوسینتتیک محافظ باید با توجه به ژئوممبران تایید شده  وبا توجه به ضخامت ان و همچنین با در نظر گرفتن مواد موجود در خاک ( به ویژه مواد معدنی لایه ی زهکشی) و همچنین با توجه به این طراحی منحصربه‌فرد مشخص شود.

هدف کلی و اصلی لایه محافظ شامل موارد زیر است:

کاهش خطر آسیب ژئوممبران یا سوراخ شدگی آن در طول ساخت و در طول عملکردهای بعدی (نمودار 2).کاهش تغییر شکل در ژئوممبران و همچنین کاهش خطر ایجاد سوراخ شدگی در آینده که به طور مثال  در نتیجه ی فشار های محیطی سریع رخ می دهد. انتخاب نامناسب ژئوتکستایل های می تواند در تخریب لایه ها ی سطحی تاثیر بگذارد (نمودار 1).

تست سیلندر بر اساس EN 13719

با توجه به برنامه های کاربردی گوناگون اروپایی که در رابطه با استاندارد ها است، مزایای محافظتی یک ژئوسینتتیک نسبت به یک ژئوممبران باید بر اساس EN 13719 تست شود.

سیستم آب بندی دفن لندفیل باید برای طول عمر مشخص شده کار کند که این طول عمر در آلمان بیش از صد سال در نظر گرفته می شود. به همین دلیل این سیستم آب بندی باید در این محیط قابل اتکا باشد. همان طور که یکی از سیستم های آب بندی به طور ویژه یک ژئوممبران می باشد یکی از الزامات این خواهد بود که ژئوممبران ها باید سالم و بدون آسیب دیدگی نصب شوند. دومین مورد سالم ماندن ژئوممبران تحت شرایط محیطی ویژه است که شامل فشارهای مکانیکی است  که ناشی از فشار دفن بیش از حد زباله است.

استاندارد اروپایی EN 13719 تشخیص مزایای حفاظت طولانی مدت ژئوسینتتیک را با موانع ژئوسینتتیک توضیح می دهد که برای تشخیص کارایی حفاظتی در سیستم های سطحی در کارهای مرتبط با دفن زباله می باشد اما محدود به فعالیت های مرتبط با دفن زباله نیست. این تست تنها برای هدف اندازه گیری و تشخیص مقادیر و مقایسه ی تست ها بین محصولات گوناگون معتبر است. بنابراین بیشتر به عنوان یک تست شاخص در نظر گرفته می شود. با این حال پیوست  B این تست را برای نتایج موقعیت محور توضیح می دهد که شامل مواد در دسترس برای ارزیابی کارایی یک محافظ می باشد.

تست شاخص EN 13719 (نمودار 4) همیشه نیاز دارد که این تست را در 3 ظرفیت انجام دهد که شامل موارد زیر است:  300 کیلو نیوتن بر متر مربع، 600 کیلونیوتن بر مترمربع و 1200 کیلو نیوتن بر متر مربع. این ظرفیت در بالاترین سطح یک استاندارد یعنی مصالح دانه ای ( توپ های فلزی با قطر 20 میلی متری) به کار می روند که در بالاترین قسمت نمونه ی ژئوسینتتیک قرار می گیرند (نمودار 3، سمت چپ)، که توسط یک زیر بنای استاندارد مشابه  حمایت می شود  (ورقه ی سربی و لایه ی لاستیکی متراکم) برای صد یا هزار ساعت (جدول 1).

این تغییر شکل محلی در پایین ترین سطح ژئوممبران در سطح ورقه ی سربی اندازه گیری می شود و برای تشخیص کارایی این ورق محافظ مورد استفاده قرار می گیرد.

  1. ظرفیت استفاده شده
  2. سیلندر
  3. جداسازی ژئوتکستایل
  4. بیست میلی متر توپ فلزی (تست شاخص) یا لایه ی معدنی زهکشی ( پیوست B )
  5. 5. ژئوتکستایل محافظ
  6. سطوح فلزی صاف
  7. حفره های بارگیری
  8. پایین ترین و بالا ترین سطح
  9. پوشش الومستر
  10. ماسه

پیوست B  در EN 13719 ( نمودار 3، سمت چپ) روش تست برای شرایط مکانی ویژه ای را با مواد زهکشی در موقعیت ویژه ای و فشار های محدود و قابل استفاده را  نشان می دهد. این تست الزامی است زیرا مصالح دانه ای با لبه های تیز در مقایسه با مصالح کروی شکل می توانند موجب آسیب های شدیدی بشوند.

سپس این بارگیری فعال بر روی لبه های تیز تمرکز می کند و احتمالا فشار های محلی بیشتری را ایجاد کند.  در یک مورد ایده ال یک ژئوسینتتیک محافظ باید این تنش های فشرده و قابل نفوذ را به گونه ای ایجاد کنند که بارگیری این تنش های متراکم در ژئوممبران به طور یکنواختی در کل سطح انجام شود. در واقع، تاثیر حفاظتی یک لایه ی محافظ در صورتی قابل ملاحظه خواهد بود که این توزیع بار در این لایه ی محافظ در چنین وسعتی پراکنده شود که فقط یک فرورفتگی کوچکی در ژئوممبران ایجاد کند.

تغییرشکل بحرانی محدود در ژئوممبران ها به منزله ی آسیب در ساختار  این ماده ی شفاف جزئی است که وقتی که این تغییر شکل ها از حد مجاز بیشتر شوند گسترش می یابند که ممکن است به صورت تنش های سریع میکروسکوپی افزایش یابند. به طور معکوس، شکل گیری سریع این فشار در صورتی که تغییر شکل در سطحی پایین تر از محدوده ی این تغییر شکل باشد، صرف نظر از فشار وارد شده غیر ممکن خواهد بود.

این تغییر شکل محدود بحرانی در مواد HDPE  در دامنه ای 3 درصدی اتفاق می افتد ( نمودار 5، تخریب شکل جزئی). چنین مقادیر محدودی برای تخریب شکل مجاز همچنین می تواند از روش های دیگری ایجاد شود. کچ و همکارانش ( 1988) پیشنهاد کردند که فشار های کششی به گونه ای در نظر گرفته شده اند که از رویدادهای تغییر شکل گوناگونی به وجود آمده اند که در حالت سکون قرار گرفتن این فشارها نیز مورد توجه قرار گرفته اند.

این فشارها سپس با سطح فشاری مقایسه می شوند که مواد HDPE می توانند آنها را در طول یک دوره ی طولانی مدت و بدون ایجاد سریع فشار تحمل کنند (تست فشار طولانی مدت). نارجو (1995) سطوح حفاظت را در مقابل سوراخ شدگی در ژئوممبران ها را تحت شرایط بارگیری ویژه ای تعریف کرد:

سطح I  که به صورت ویژه ای در سیستم های خطی برای مواد سمی خطرناک مورد استفاده قرار می گیرند. این سطوح نیاز دارند که سیستم سطحی به گونه ای طراحی  شوند که کمتر از 0.25 از هر درصد از تغییرات نسبی را مشخص کنند که بر اثر فشار ناشی از بارگیری در ژئوممبران رخ می دهد.

سطح II ( سطح محافظتی میانی) که برای مواد بی خطر مورد استفاده قرار می گیرند. این سطح حفاظتی میانی در بین سطح حفاظتی I و تحت فشار یک ژئوممبران HDPE قرار دارد. این فشار ژئوممبران HDPE در حالت فرورفتگی به عنوان یک نقص در سطح II  محافظتی در نظر گرفته می شود.به عبارت دیگر سیستم خط کشی  تغییر شکل ژئوممبران مجاز است که دارای ژئوممبران هایی با تغییر شکل بیش از 0.25 در هر درصد باشند اما به گونه ای که تاثیری در فشار وارد شده بر ژئوممبران HDPE نگذارد.

ویلسون فاهمی و همکارانش در سال 1996، و نارنجوو همکارانش 1996، و کوئرنر و همکارانش در سال 1996 و بعد از آن کوئرنر در سال 2010 یک پایه ای را برای طراحی لایه ی حفاظتی سازگار با این سیستم را بوجود آوردند.

یک حداکثر از 25 درصد از تغییر محلی EL به عنوان مقدار محدود برای تغییر شکل محلی در المان و بسیاری از کشور های اروپایی تنظیم شده است. این مقدار توسط گروه المانی Quo Vadis  پیشنهاد شده است که توسط چندین نفر با نام های سیگر و غیره توضیح داده شده است.

تغییر شکل بحرانی محدود HDPE  در محدوده ای بین 3 تا 5 درصد قرار دارد. اگر این تغییر شکل ها باعث ایجاد آسیب در این ساختار شود می تواند موجب افزایش فشار سریع شود. این مقدار از 3 تا 5 درصد باید با تغییر شکل لبه ی EB در یک تغییر نسبی مقایسه شود. بخش بیرونی ژئوممبران خمیده کشیده شده است و بخش داخلی در اثر خمیدگی و تا خوردگی تحت فشار است.

نمودار 6 یک مثال از یک محاسبه ی FEM را با یک تغییر شکل نسبی محلی در 0.25 درصد نشان می دهد. نمودار بعضی از بخش های لبه یا قسمت های تاخورده و تغییر شکل یافته را در 4 درصد، 1 درصد و 3.6 درصد نشان می دهد.

بالاترین میزان برای تغییر شکل محلی 0.25 درصد در نظر گرفته شده است که همان طور که نشان داده شده است این مقدار شبیه به یک تاخوردگی و خمیدگی به میزان 3 درصد است که یک تغییر شکل بحرانی برای HDPE  است. علاوه بر این، ژئوممبران می تواند در پی حملات شیمیایی و دوره ای تحت فشار بیشتری قرار بگیرد.

بنابراین این تغیر شکل می تواند به عنوان یک پدیده برای طراحی لایه های محافظتی مورد استفاده قرار بگیرد: لایه های محافظتی باید به گونه ای طراحی شوند که تغییر شکل محلی که ناشی از فرورفتگی توسط اشیایی با لبه ها و دارای نوک است از تغییر شکل مجاز تجاوز نکند. بنابراین یک تغییر شکل محلی 0.25 درصد به عنوان مقدار محدودی برای تغییر محلی در المان و بسیاری از کشور های اروپایی در نظر گرفته شده است.

تجهیزات تست و روش ها

سیلندر تست دارای سطح داخلی صاف است و قطر داخلی ان باید بین 300 میلی متر تا 500 میلی متر باشد. این الوستومر که بر اساس تنظیمات ازمایش دارای ضخامت 25 میلی متر به علاوه و منهای 1 میلی متر است و دارای سختی به میزان 50 به علاوه و منهای Shore A و دارای قطری شبیه به قطر لوازم تست می باشد. در بالا ترین بخش الومستر یک صفحه ی فلزی صاف برای اندازه گیری تغییر شکل قرار گرفته است که همانند ژئوممبران و لایه های حفاظتی است که باید مورد بررسی قرار بگیرند.

برای بررسی کارایی این محافظ ها یک ژئوممبران HDPE با ضخامت 2.5 میلی متر استفاده شده است. برای شبیه سازی شرایط مکانی مورد انتظار این تست به مدت 1000 ساعت و در یک دمای 40 درجه ی سانتی گراد  و با 1.5 دفعه ایجاد فشار مورد انتظار در این موقعیت است.

برای کاهش زمان تست در دمای آزمایشی 20 درجه ی سانتی گراد به جای محیط واقعی دفن زباله یعنی 40 درجه ی سانتی گراد، این روش تست امکان کاهش دما را از 40 درجه به 20 درجه ی سانتی گراد فراهم آورد و با میزان زمان کمتر یعنی 100 ساعت به جای 1000 ساعت، و این در صورتی است که میزان این فشار بوسیله ی سایر فاکتورها از 2.25 تا 2.5 افزایش پیدا کند. این فاکتور ها نه تنها در پیوستB EN 13719 قرار گرفته اند بلکه همچنین در توضیحات BAM  المان نیز آمده اند.

بر اساس نیازمندی های تست دو روش متفاوت قابل ازمایش خواهند بود که در طول بررسی مورد استفاده قرار گرفته اند.

تست شاخص: توپ های آهنی با قطر 20 میلی متر و کمترین ضخامت لایه به میزان 150 میلی متر که در بالاترین قسمت لایه ی محافظ قرار دارد.

پیوست  B دارای کاربرد مرتبط با تست می باشد ساختار متراکم گرانولی در دسترس که با ضخامتی بیش از 300 میلی متر نصب شده است.

ارزیابی تغییر شکل بوسیله ی EN 13719

برای ارزیابی تغییر شکل ژئوممبران، سطح صاف فلزی مورد ازمایش قرار می گیرد. در صورت وجود سوراخ و هر گونه آسیب دیدگی واضح تعداد آنها ثبت می شود.

در بخش بعدی 5 مورد تخریب به همراه بیشترین تغییر شکل در ورقه ی فلزی انتخاب شده اند. با این حال، تنها تغییر شکل هایی که با فاصله ی بیش از 25 میلی متر از لبه قرار دارند مورد بررسی قرار می گیرند. برای هر کدام از تخریب ها دو محور مستطیلی بر روی صفحه و در عمق ترین نقطه کشیده شده است.

با کمک ابزار اندازه گیری تغییر شکل، میزان این تغییر شکل برای هرکدام در طول این محور 3 میلی متر به علاوه و منهای 0.20 در نظر گرفته شده است. میزان تغییر شکل عمودی حدود 0.01 میلی متر در هر فاصله ی افقی از یک طرف تغییر شکل به طرف دیگر در نظر گرفته شده است. لبه ی این تغییر شکل به عنوان یک نقطه تعریف می شود که دو تفسیر پی در پی یک طول عمودی متفاوت که کمتر یا برابر 0.06 است. سپس این روش در طول سایر محورها تکرار شده است. اندازه گیری تغییر شکل باید در طول دوره ی 24 ساعتی و بعد از حذف فشار استفاده شده انجام شود

ژئوسنتتیک

ژئوسنتتیک ها موادی هستند که ساخته ی انسان اند و برای افزایش کیفیت خاک مورد استفاده قرار می گیرند. این کلمه از Geo به معنای زمین یا خاک به علاوه ی synthetic به معنای ساخته ی انسان مشتق شده است. ژئوسنتتیک ها به طور ویژه ای از پلیمرهایی با پایه ی پتروشیمیایی ساخته شده اند که از نظر زیست شناسی بی جان هستند و از فعالیت های باکتریایی و اسفنجی تجزیه نمی شوند.

در حالیکه بیشتر آنها لزوما از نظر شیمیایی فاقد هر گونه واکنش می باشند، ممکن است بعضی از آنها بوسیله ی مواد پتروشیمیایی آسیب ببینند و بعضی از آنها دارای میزانی از حساسیت به امواج فرابنفش باشند.

مواد ژئوسینتتیک بر روی خاک یا درون خاک قرار می گیرند  تا یکی از چهار مورد زیر را انجام دهند ( بعضی از آنها بیش از یک مورد از موارد زیر را به طور همزمان انجام می دهند):

  • جداسازی، محبوس کردن، توزیع بارها 

بهبود تراز نهایی خاک های گوناگونی مانند خاک جاده، کوچه و باریک راه ها

بهبود مکان های دارای شیب مانند سیل گیرها، دامنه ی تپه ها و نقطه ی ورودی رودها

دیواره های خاک، زمینهای مجاور پل ها، آبراهه های سرپوشیده یا پل ها و خاک ها

  • جلوگیری از حرکت خاک (لوله کشی) در حالی که به آب اجازه ی حرکت درون مواد را می دهد

مانند سیستم های زهکشی و خاکریز کردن پیرامون سازه های آبگیر

  • کنترل فشار آب

 راه اندازی جریان زهکشی در سطح صافی از مواد مانند دیوارهای فونداسیون تا به آب  این امکان را بدهد که در محیط زهکشی حرکت کند.

تعداد زیادی از مواد گوناگون ژئوسینتتیک که بسیاری از آنها دارای نام های مشابه ای می باشند، همچنین دارای نام های تجاری یکسانی می باشند، که شناسایی آنها بدون یادگیری طبقه بندی اساسی تا حدودی گیج کننده می باشد. برای این انواع که به طور ویژه ای در کشاورزی استفاده می شوند، طبقه بندی زیر وجود دارد:

  • ژئوتکستایل ها که برای زهکشی، جداسازی، و تقویت به کار می روند که در دو شکل موجود می باشند:
  1. بافته شده ها پارچه مانند هایی با فیبرهای بافته شده ی قائم که به یکدیگر چسبیده اند.
  2. بافته نشده ها موادی با فیبرهایی که به طور تصادفی انتخاب شده اند.
  • ژئوگریدها مواد مشبکی هستند که برای تثبیت و تقویت به کار می روند.
  • ژئوسل ها موادی هستند که دارای حفره در یک رشته می باشند و برای تثبیت به کار می روند.
  • ژئوممبران ها لایه هایی با نفوذپذیری پایین یا موادی با جریان محدود شده می باشند.
  • کنترل فرسایش مواد  قابل تجزیه و غیر قابل تجزیه از باکتری ها

ژئوتکستایل ها

ژئوتکستایل ها به عنوان هر گونه تکستایل قابل نفوذی می باشند که در فونداسیون خاک، صخره، زمین و یا  سایر مواد ژئوتکنیکال مرتبط مهندسی به شمار می روند و به عنوان یک بخش اصلی از پروژه ها، ساختار ها و سیستم هایی که ساخته ی دست انسان اند حساب می شوند. آنها به طور ویژه ای برای اهداف کشاورزی در مواد ژئوسینتتیک استفاده می شوند.

همچنین مواد پارچه ای یا پارچه مانندی هستند که بر اساس روش استفاده شده برای جاگذاری فیبرها یا الیاف در این پارچه طبقه بندی می شوند. ژئوتکستایل ها به طور ویژه ای در رول هایی با عرض تقریبی 5.6 متر و طول 50 تا 150 متر وجود دارند.

بافته شده: این محصولات پارچه مانند بوسیله ی بافت داخلی یکدست و منظمی از فیبرها و الیاف ها و در دو روش ساخته شده اند  که در نمودار 1 نشان داده شده اند. این محصولات دارای الگوی ساختاری شفاف و منظمی هستند و دارای منافظ قابل تشخیص و قابل اندازه گیری می باشند. ژئوتکستایل های بافته شده به طور ویژه ای برای جداسازی، تقویت، توزیع بار پالایش و زهکشی خاک مورد استفاده قرار می گیرند. و می توانند دارای مقاومت در برابر فشار و فشار کششی نسبتا پایین یا کشسانی محدود تحت بارگیری  باشند( به طور نمونه تا میزان 15 درصد).

نمودار 1- یک نمونه ژئوتکستایل بافته شده

شکل1- یک نمونه ژئوتکستایل بافته شده

بافته نشده: این پارچه ها بوسیله ی یک جاگذاری تصادفی از فیبرها در یک حصیر و اتصال به وسیله ی پیوند حرارتی، پیوند با رزین یا پانچ سوزنی ساخته می شوند که در نمودار 2 نشان داده شده است. این محصولات دارای هیچگونه الگوی فیبر شفافی نیست. ژئوتکستایل های بافته نشده به طور ویژه ای برای جداسازی، تثبیت، توزیع بار و زهکشی خاک مورد استفاده قرار می گیرند اما برای تقویت خاک و بقا دیوارها مورد استفاده قرار نمی گیرند. آنها دارای فشار و نیروی کشسانی بالا و قابل توجهی تحت شرایط بارگیری می باشند.

نمودار 2- یک نوع ژئوتکستایل بافته نشده

شکل2- یک نوع ژئوتکستایل بافته نشده

نمودار 3- ویژگی های اصلی ژئوتکستایل ها

شکل3- ویژگی های اصلی ژئوتکستایل ها

ژئوگریدها

همان طور که در نمودار 4 آمده است، ژئوگریدها موادی با دریچه های سوراخ سوراخ یا شبکه ای هستند که به طور جداناپذیری به پلیمرها متصل شده اند. که از ابتدا برای تقویت خاک مورد استفاده قرار گرفته اند. استحکام آنها می تواند بیش از ژئوتکستایل های معمولی باشد. ژئوگریدها دارای فشار و کشسانی کمی تا حدود 2 تا 5 درصد تحت شرایط بارگیری می باشند. در هر جا که امکان پذیر باشد، می توان از آنها در موقعیت های کشاورزی استفاده کرد.

در یک پروژه ی خلاصه شده در برگه ی گزارش 590.302-2، تحت عنوان” دسترسی پیشرفته ی دام به آبی که از ژئوسینتتیک ها و شن استفاده می کند” از یک محصول ژئوگرید برای دستیابی دام به دریاچه استفاده کرد. از آنجایی که بر اساس برگه ی گزارش644.000-2 ثابت شده است که یک ژئوتکستایل با هزینه ی پایین تر، یک ماده ی جایگزین مناسب برای ژئوگرید در چنین موقعیتی است، به یاد داشته باشید که این پروژه با کاربردهای بسیار زیادی در نظر گرفته خواهد شد، مانند استفاده از ژئوسینتتیک در ساخت جاده ها، راه باریکه ها و ورودی رودها.

نمودار 4 - یک نمونه ژئوگرید

شکل4 – یک نمونه ژئوگرید

ژئوسل ها

همان طوری که در نمودار 5 نشان داده شده است، در حالی که ژئوتکستایل ها و ژئوگریدها مواد صافی هستند، ژئوسل ها یا ژئووب ها دارای عمق می باشند. آنها به طور ویژه ای از ورقه های پلی اتیلن ساخته شده اند و هنگام باز شدن برای استفاده به صورت تا شده می باشند. در سراشیبی ها با زیرساخت ملایم و کنترل فرسایش در کانال ها مورد استفاده قرار می گیرند. و حتی ممکن است در بالاترین سطح از یک ژئوتکستایل یا ژئوگرید مورد استفاده قرار بگیرند.

در حالیکه در دسته های به هم فشرده روی هم قرار می گیرند، به طور ویژه ای در زمان پهن کردن  ناحیه ای با عرض 2.5 متری و طول 6 تا 12 متر را پوشش می دهند. با توجه به Factsheet 644.000-2، از ژئوسینتتیک در ساخت جاده، راه باریکه، و ورودی رودخانه استفاده می شود.

نمودار 5- یک نمونه ژئوسل

شکل5- یک نمونه ژئوسل

ژئوممبران ها

در حالیکه ژئوتکستایل ها، ژئوگریدها و ژئوسل ها، معمولا نفوذپذیرند تا این امکان را برای آب فراهم کنند که درون آنها پالایش شوند، ژئوممبران ها ورقه های پلیمری استفاده شده برای کنترل حرکت جریان می باشند.

این مواد، دارای نفوذپذیری کمی می باشند و در حوضچه ها، گودال ها و غیره مورد استفاده قرار می گیرند تا leachate را کنترل کنند.

کنترل فرسایش

مواد ژئوسینتتیک زیادی مانند تیوپ ها، حصیر ها و غیره برای کنترل فرسایش به کار می روند. برخلاف سایر ژئوسینتتیک ها، این مواد ممکن است قابل تجزیه باشند مانند  پوشال و پوشش حصیری

تبصره: این factsheet با ژئوسینتتیک ها ( موادی که باید در خاک مورد استفاده قرار بگیرند) سر و کار دارد، بسیاری دیگر شامل سینتتیک مشبک یا محصولات گرید است که برای استفاده غیر از خاک در دسترس اند مانند حصار های پلاستیکی مشبک، پارچه های سایه دار و تورسازی و … .

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.