کاربرد ژئوتکستایل های محافظ برای ژئوممبران ها در دفن زباله

, ,

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

/0 دیدگاه /توسط

ژئوسنتتیک ها از چه موادی ساخته می شوند؟ و چه کاربردی دارند؟

, , , , , ,

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 … .

/0 دیدگاه /توسط

ژئوسل: یک تکنیک ظهور یافته ی تقویت خاک در قرن 21

,

ژئوسل

امروزه اصلاح زیرساخت یکی از نیاز های اساسی است که به منظور فراهم کردن نیاز های زیرساختی جمعیت، یک ساختمان کوچک چند طبقه، اتوبان، خط آهن پر سرعت، پل های جدید، فرودگاه و غیره انجام می گیرد. از این رو بارگیری چنین ساختارهایی حائز اهمیت است. در نتیجه ی محدودیت فضایی شدید که بارها اتفاق افتاده است، ساختمان سازی بر روی خاک ضعیف انجام می شود. ساخت و ساز بر روی خاک ضعیف با بارگیری بالا یک چالش برای مهندسان عمران است.

جایگزینی خاک ضعیف بوسیله ی مقداری از خاک مستحکم  یا اصلاح ویژگی های مهندسی خاک ضعیف بوسیله ی تکنیکهای گوناگون اصلاح زمین در چنین موقعیتی انجام شده است. اگر چنین خاکی نتواند حذف شود یا حذف ان غیر اقتصادی باشد بنابراین می توانیم از تک نیک های اصلاح زمین استفاده کنیم.

تقویت خاک یکی از شناخته ترین تکنیک های اصلاح زمین است. ساخت و ساز آسان، اقتصادی بودن و پایین بودن زمان مورد نیاز برای این کار از مزایای اصلی تقویت خاک می باشند. استفاده از مکان یاب فلزی و ورقه شکل سنتی تقویت می باشد. ژئوسنتتیک ها موادی هستند که ساخته ی دست انسان می باشند و از انواع گوناگونی از پلیمرها برای افزایش، تقویت و اقتصادی کردن هزینه ی پروژه های ساخت و ساز مهندسی محیطی، حمل و نقل و ژئوتکنیکی استفاده می کنند. همچنین برای انجام کارهای زیر مانند جداسازی، تقویت، پالایش، زهکشی یا آب بندی مورد استفاده قرار می گیرند.

تحقیق و گسترش پیرامون سیستم های محدود کننده ی  روزنه دار توسط مهندسان آمریکایی در سپتامبر 1975 شروع شد تا قابلیت ساخت تاکتیکی پل نزدیک به جاده ها در زمین نرم را ازمایش کند.مهندسان دریافتند که سیستم های محبوس کننده ی ماسه دارای عملکرد بهتری نسبت به خرده سنگ می باشد.

از نظر موثر بودن این حبس، سیستم های محبوس کننده ی  روزنه دار دارای ویژگی های جذب کننده ی بیشتری می باشند که به جای اینکه ناشی از تقویت سایر ژئوسینتتیک های صاف باشد، ناشی از ساختار 3D می باشد. از این رو ژئوسل می تواند وضعیت حبس جانبی بهتری را فراهم کند تا خاک ها را پر کند. ساختار تقویت شده بوسیله ی ژئوسل ساخته شده اند و خاک پر شده در مقایسه با خاک تقویت نشده دارای استحکام بالاتر و مقاومت برشی بیشتری است.

کلمه ی ژئوسل دارای دو بخش است، اولین مورد ژئو که به معنای خاک و زمین است و دومین مورد  cell است که به معنای شکل روزنه دار برای پر کردن مواد مانند خاک، سنگ ها و غیره می باشند که در نتیجه ی ساختار سه بعدی که دارند  وضعیت حبس دایره ای را فراهم می کنند که از توزیع یک جانبه ی مواد جلوگیری می کند که در نتیجه ی ان یک ساختار حصیر مانند سفتی شکل می گیرد و بار غالب را در یک فضای وسیع تر توزیع می کند.

ژئوسل ها در ساخت کانال ها، خاکریزها و دیوارهای حائل، راه آهن و جاده ها استفاده می شوند.یک دیدگاه جزئی تر از بسته های ژئوسل در نمودار 1 آمده است.

 

نمودار 1- تصویر بزرگنمایی شده از ژئوسل

نمودار 1- تصویر بزرگنمایی شده از ژئوسل

امروزه ژئوسل ها از نوع جدیدی از ساختار پلیمری ساخته شده اند که همانند پلی اتیلن با غلظت بالا تا دمای پایین انعطاف پذیر اند. ژئوسل ها در اشکال و اندازه های گوناگونی وجود دارند. نمودار 2 انواع گوناگونی از اشکال ژئوسل را نشان می دهد.

 

نمودار 2- شکل هایی از عناصر تقویت کننده ی ژئوسل

نمودار 2- شکل هایی از عناصر تقویت کننده ی ژئوسل

 

الف. ژئوسل سوراخ سوراخ (Bathurst and Jarrett, 1998)

ب. ژئوسل ساخته شده توسط انسان (Dash et al., 2003[6])

ج. ژئوسل ساخته شده توسط انسان با الگوی لوزی شکل (Dash et al., 2003)

د. ژئوسل ساخته شده توسط انسان با الگوی هشتواره  (Dash et al., 2003)

مکانیسم تقویت

اگر پایه ی تقویت شده با ژئوسل را با  پایه ی تقویت نشده مقایسه کنیم، در این صورت به طور تجربی ثابت می شود که پایه های تقویت شده با ژئوسل، محفظه های جانبی و عمودی بیشتری را فراهم می کنند. بر اساس تحقیق Rajagopal و همکارانش در سال 1999، تقویت با ژئوسل، قدرت پیوستگی ظاهری را حتی برای خاک با میزان پیوستگی پایین نشان می دهد قدرت پیوستگی ظاهری بوجود آمده، به ضریب فشار ژئوسینتتیک استفاده شده برای ساخت ژئوسل بستگی دارد.

Dash و همکارانش در سال 2001 اظهار کردند که توسعه ی عالی در فعالیت های ساخت پی حتی با ژئوسل های نرم و صاف با عرضی برابر این پی قابل بدست آمدن است، زیرا پی بارها را در عمق بیشتری درون لایه های ژئوسل انتقال می دهد.سطح پی در این مورد مانند پی بسترسازی شده ی عمیق عمل می کند بنابراین عملکرد کلی را بهبود می بخشد، همچنین الگوی هشتواره برای ساخت ژئوسل ها نسبت به الگوی لوزی شکل مفیدتر می باشد.

Boushehrian و همکارانش در سال 2011 مطالعه ی تجربی و عددی تاثیر این عمق بر اولین لایه ی تقویتی را انجام داد و بین تقویت و استحکام تقویت ها در ظرفیت تحمل دایره ها و حلقه های فونداسیون ماسه فاصله ایجاد کردند. Sitharam و همکارانش در سال در سال 2007، موقعیت خاک تقویت شده ی ژئوسل با زیرساخت ماسه ی نرم را بررسی کردند. آنها یک کاهش اساسی را در پی و با فراهم کردن تقویت ژئوسل در این بستر نرم از ماسه گزارش کردند.

Vinodو همکارانش در سال 2011 نتایج مدل آزمایشی در رفتار تعدیلی پی میله ای را گزارش کردند که در طول چرخه ی بارگیری در ماسه ی تقویت شده با ژئوسل قرار دارد و نتیجه گرفتند که فونداسیون تقویت شده با ژئوسل یک افزایش 4 برابری در ظرفیت تحمل پی را در مقایسه با همتای تقویت نشده آش نشان می دهد.

علاوه بر این، نتایج آزمایشگاهی نشان می دهند که میزان فشار چرخه ای و فرکانس تاثیر قابل توجهی بر رفتار تعدیلی فونداسیون تقویت شده با ژئوسل دارد. هندسه ی این ازمایش در نمودار 3 آمده است.

نمودار 3- هندسه ی ژئوسل- بستر فونداسیون تقویت شده

نمودار 3- هندسه ی ژئوسل- بستر فونداسیون تقویت شده

محبوس کردن تقویت

تاثیر محبوس کردن ژئوسل ها به طور گسترده ای قدرت برشی دانه های خاک را افزایش می دهد. برای یادگیری بهتر این مکانیزم، Chen و همکارانش در سال 2013، آزمایشی را بر روی نمونه های ماسه ی تقویت شده با ژئوسل را در دو اندازه ی متفاوت انجام داد. این ژئوسل ها از ورقه های پلی اتیلنی با غلظت بالایی ساخته شده اند و تاثیر این فاکتورها مورد ازمایش قرار گرفتند که شامل شکل ( دایره ای، مستطیلی، و شش گوشه ای با برش عرضی)، اندازه و تعداد روزنه ها بود.

تاثیر این متغیرها بر روی مقاومت فشار نمونه ها مانند رفتار تنش کرنش مورد بررسی قرار گرفته اند. همچنین مشخص شده است که پیوستگی ظاهری نمونه های تقویت شده با شکل آنها متفاوت است، که در میان آنها اندازه ی حفره مهمترین فاکتور است.

در میان روزنه های همه ی شکل ها، روزنه های دایره ای پیوستگی ظاهری بالایی را به وجود می آورند.  بر اساس کار انجام شده ی Pokharel و همکارانش در سال 2010، در نتیجه ی ساختار سه بعدی، ژئوسل می تواند برای ذرات خام درون روزنه ها محدودیت جانبی بوجود بیاورد. بر اساس کار انجام شده ی Han و همکارانش در سال 2008، ژئوسل ها دارای ساختار سلولی سه بعدی هستند که می توانند با افزایش ظرفیت تحمل و کاهش فرورفتگی برای تثبیت فونداسیون ها مورد استفاده قرار بگیرند.

در این مطالعه، یک ژئوسل با ماسه پر می شود و مورد بارگیری عمودی قرار می گیرد تا شکسته شود. این آزمایش با استفاده از نرم افزار عددی FLAC3D مدلسازی شده است تا مکانیسم واکنش ژئوسل و ماسه را ارزیابی کند. نتایج تجربی و عددی هر دو مورد نشان می دهند که این ژئوسل ، مقاومت ظرفیت نهایی و میزان ماسه را افزایش می دهد.

الگوهای جایگزینی عمودی برای موارد تقویت شده و تقویت نشده. نمودار 4 الگوهای جایگزینی عمودی برای موارد تقویت شده و تقویت نشده را نشان می دهد.

نمودار4- الگوهای عمودی جایگزینی برای موارد تقویت شده و تقویت نشده

نمودار4- الگوهای عمودی جایگزینی برای موارد تقویت شده و تقویت نشده

همان طور که در نمودار 4 آمده است، الگوی جایگزینی عمودی برای موارد تقویت شده و موارد تقویت نشده کاملا مشابه است. فشار در زیر صفحه ی بارگیری به سمت بالا حرکت می کند. با این حال، بزرگی جایگزینی عمودی برای ماسه ی تقویت نشده خیلی بزرگتر از ماسه های تقویت شده در همان بارگیری افقی است.

کاربرد ژئوسل

ساختار پیاده رو و جاده

Thakur و همکارانش در سال 2012تاثیر تقویتی ژئوسل را بر اسفالت پیاده رو (RAP)را با زیرساخت ضعیف مورد مطالعه قرار داد و متوجه شد که  در مقایسه با پایه ی  تقویت نشده، ژئوسل عملکرد پایه های RAP را در زیر ساخت ضعیف بهبود بخشیده است و ژئوسل به طور قابل توجهی درصد  تغییر شکل پایه ی RAP را افزایش داده است.

تقویت ژئوسل فشار های عمودی منتقل شده به این زیرساخت را با توزیع این بار در یک ناحیه ی بزرگتر افزایش می دهد. Emersleben و همکارانش در سال 2008 افزایش ظرفیت تحمل لایه های پایه ی ماسه را در ساختار جاده ای بررسی کردند که در ان از ژئوسل استفاده شده بود.

بر اساس نتایج، لایه ی ژئوسل که درون لایه ی پایه ای ماسه در ساختار آسفالت قرار دارد، فشار عمودی در زیرسازی را در طول عبور وسیله ی نقلیه را حدود 30 درصد کاهش می دهد و مقدار لایه های پایه ی درون ماسه را در مقایسه با لایه ی تقویت نشده افزایش می دهد. که در نتیجه ی آن، انحنای اندازه گیری شده ی s  در سطح اسفالت همچنین کاهش یافته است.

در راه آهن

Leshchinsky و همکارانش در سال 2012 مدل عددی رفتار ساختار سنگین راه آهن با ژئوسل محبوس را مطالعه کرند. و در نهایت نتیجه گرفتند که حبس ساختار سنگین با استفاده از ژئوسل در کاهش تغییر شکل عمودی کاملا موثر است. بویژه در زمانی که موادی با کیفیت پایین مورد استفاده قرار بگیرند. مقاومت برشی بالاتر در ساختار سنگین، نیاز به تقویت دوباره و همچنین نیاز به اصلاح زیرساخت را نیز کاهش می دهد.

در محافظت از سراشیبی

Mehdipour و همکاران در سال 2012 یک مطالعه ی عددی بر تحلیل تقویت سراشیبی ها با ژئوسل را با در نظر گرفتن تاثیر خمیدگی  انجام دادند و مشاهده کردند که تقویت با ژئوسل در افزایش فاکتورهای ایمنی و کاهش تغییر شکل جانبی سراشیبی ها موثر است که ناشی از استحکام کششی و خمیدگی همزمان در تقویت با ژئوسل بود. همچنین ژئوسل تقویتی مانند یک قطعه ی وسیعی عمل می کند که صفحه ی تخریب شده را از توسعه و توزیع دوباره ی بار در ناحیه ی وسیع تر باز می دارد.

نتیجه گیری

با توجه به مطالعات گوناگونی که توسط محققان انجام شده است و همان طور که در این مقاله اشاره شد می توان نتیجه گرفت که ژئوسل یک تکنیک تقویت خاک است که به عنوان یک روش تطبیق پذیر از نظر موثر بودن هزینه شناخته شده است و تمامی محفظه های دایره ای را برای مواد فراهم می کند از این رو از گسترش جانبی خاک در بارگیری جلوگیری می کند.

بنابراین استفاده از تقویت با ژئوسل قدرت و استحکام خاک نرم را افزایش می دهد. همچنین کاربرد ان در زمینه ی مهندسی عمران گسترده است مانند محافظت از سراشیبی، تقویت زمین، جاده و راه آهن و حفاظت از کانال، افزایش ظرفیت تحمل خاک نرم برای تقویت پایه گذاری و غیره. همچنین کاربردهای دیگری نیز دارد که باید مورد بررسی قرار بگیرند.  همچنین رفتار کلی ژئوسل تقویت کننده ی خاک موضوع بحث برانگیزی در آینده  خواهد بود.

/0 دیدگاه /توسط

نظر اجمالی بر تاریخچه ی 35ساله ژئوممبران در صنعت معدن

,

اصولا ورقه های ژئوممبران برای سه هدف در معدن مورد استفاده قرار می گیرند: حوضچه های تبخیر ( یا استخر خورشیدی) برای بازیابی نمک، فرایند هیپ لیچ (استخراج مواد معدنی از صخره ها)، و از بین بردن پسماندها (صخره ها و سنگ هایی که بیشترین مواد معدنی آن ها از بین رفته است). بیشترین کاربرد ورق های ژئوممبران در معدن در حوضچه ی تبخیر و استخراج مواد معدنی است  که استخراج مواد معدنی فرآیند پیچیده ای است.

استخراج مواد معدنی موضوع اصلی این مقاله است، با این حال سایر موضوعات نیز در این مطالعه مورد بررسی قرار خواهند گرفت. بهترین تعریف برای استخراج مواد معدنی توسط  Thiel & Smith  در سال 2004 ارائه شده است. دره ی Andean که تحت استخراج مواد معدنی قرار گرفته است.

 

کاربرد ژئوممبران در معادن

کاربرد ژئوممبران در معادن

تاریخچه 

خاک رس، ژئوممبران و ورقه های ترکیبی

استفاده از ژئوممبران ها در معدن و در مقیاس بزرگ برای اولین بار احتمالا در استخرهای خورشیدی برای Tenneco Minerals in Utah , در آمریکا یا در Sociedada Química y Minera de Chile S.A. (SQM)  در شمال شیلی انجام شده است. اولین نصب Tenneco در 230 هکتار در سال 1970 انجام شده است. و اولین نصب SQM نیز تقریبا در همان اندازه و زمان انجام شده است. مهم تر از همه اینکه کاربردهای معدنی بیشتر شامل استخرهای کوچک شیمیایی است.

اولین پروژه ی استخراج مواد معدنی، استخراج مس بود بدون اینکه در آن از محدود کننده ی طبیعی استفاده شود. با استخراج طلا و نقره که در مونتانا، نوادا و آمریکا و در سال 1970 شروع شد، سیانور برای استخراج مواد معدنی معرفی شد و محدود کننده ها با وجود اینکه از نظر تکنیکی بی تغییر ماندند، به سرعت از نظر سیاسی  پیشرفته شدند. بیشترین عملیات های مرتبط با طلا و نقره در سال 1974 و 1983 در نوادا انجام شدند و در آن از ورقه هایی استفاده شد که میزان نفوذپذیری خاک به آنها کم است.

این در حالی است که ورقه های ژئوممبران در سال 1983 رایج شدند. در هیچ ورقه ی بزرگ مقیاسی برای استخراج مواد معدنی از آستر خاک استفاده نشده است.

استخراج مس در مقیاس بزرگ با پروژه ی Lo Aquirre در شیلی و در سال 1980 شروع شد. در اوایل سال 1990 حدود ده عملیات استخراج مس در شیلی انجام شده است. امروزه، بیش از ده ها ابزار تجهیز کننده در ژئوممبران ها استفاده شده است. SQM برای اولین بار استخراج مواد معدنی نیترات را در شمال شیلی و در سال 1985 شروع کرد، و ورقه های پلی وینیل کلراید  (PVC)را برای افزایش ویژگی های چند محوری انتخاب کرد که ناشی از حضور 30 درصدی نمک قابل حل در فونداسیون خاک بود.

این نمک ها حتی امکان ایجاد یک نقص جزئی را برای رشد پیشرونده درون یک گسیختگی بزرگ را فراهم می کنند که در صورتی این اتفاق می افتد که این ورقه نتواند نشست ناهموار بوجود آمده را اصلاح کنند. یکی از پروژه های استخراج طلا Summitville در Colorado, USA, که نهایتا به منظور از میان برداری مواد سمی انباشته  است، به طور اصلی در سال 1984 طراحی شد و از PVC برای پر کردن ورقه ی هیپ لیچ استفاده می کند. اما در سال 1985 ساختار آن به پلی اتیلن با غلظت بالا (HDPE) تبدیل شد. بزرگترین خاکریز سد با یک مانع نفوذ هسته ای ژئوممبران در VLDPE (the TS Ranch, Nevada) و در سال 1989 انجام شد.

کاربرد معدنی دیگر و بزرگ مقیاس استخر خورشیدی برای تجهیزات معدنی یک محلول پتاسیم در سال 1992و در 12 هکتار در شمال غربی آرژانتین انجام شد. متاسفانه، قرار گرفتن در معرض امواج فرابنفش می تواند تاثیر جدی ای بر نابودی ورقه ها و تخلیه ی حوضچه در یک سال بگذارد. VLDPE در اوایل سال 1990، به ثبت مهم تری در صنعت استخراج مواد معدنی دست یافت که کشش چند محوری نسبتا بالای مواد و مقاومت اصطکاکی خوب، مزایای این طرح را نشان داد.

استفاده از آن در استخراج مواد معدنی تا زمان قطع آن در سال 1994 ادامه داشت. با این حال در کمتر از دو سال ورقه ی انتخاب شده برای ساختار هیپ لیچ در نتیجه ی مقاومت کششی و اصطکاکی در مقایسه با HDPE ، همانند فرمولاسیون های گوناگون پلی اتیلن خطی با غلظت کم (LLDPE) شروع به کنترل کردند.

اولین ساختار ژئوممبران برای استفاده در استخراج مواد معدنی در دره ی Zortman-Landusky، پروژه ی استخراج طلا در مونتانا، برای اولین بار در سال 1979ساخته شد و در طی ده سال گسترش یافت و در نهایت به 150 m مواد معدنی در ورقه رسید. Zortman-Landusky از PVC  استفاده کرد که تا حدود سال 1985یک ژئوممبران شناخته شده  برای استفاده ی معمولی در استخراج مواد معدنی بود که مربوط به زمانی است که ورقه های HDPE در صنعت رایج شده بودند.

امروزه معروفترین ساختار ورقه ای برای استخراج طلا در Newmont’s Yanacocha در مرکز شمال Perú قرار دارد. بیشتر ورقه های استخراج کننده که در دره ها قرار می گیرند، از یک ساختار ورقه ای استفاده می کنند که بالاتر از حداکثر میزان سطح ذخیره ی آّب و ورقه های ژئوممبران دو لایه که در زیر آن سطح قرار دارد است.

ورقه های ژئوممبران تک لایه هنوز هم رایج ترین لایه ها برای استخراج مس با ساختار لایه ای رایجتر برای استخراج طلا و نقره هستند. ورقه های HDPE و LLDPE با ضخامتی به میزان 1.5 تا 2.0 میلی متر و لایه های PVC در 0.75 تا 1.0 میلی متر ضخامت در حال حاضر رایج ترین نوع و ضخامت لایه های قابل استفاده در صنعت معدن هستند.

2.2 ورقه های ژئوممبران دو لایه

ساخت استخرها با استفاده از ورقه های دو لایه در سال 1980 در نوادا شروع شد، ورقه های دو لایه در کاربرد های وسیع تری مانند لیچ پدها مورد استفاده قرار می گیرند که هنوز هم رایج اند. تا سال 1995 فقط شش نمونه ورقه برای استخراج مواد معدنی وجود داشت که شامل: پروژه ی Amax Gold’s El Guanaco در شیلی، پروژه ی Hecla’s La Cholla در مکزیک، و پروژه ی Piedmont’s Mother Load در نوادای آمریکا است. در حال حاضر چندین عملیات استخراج طلا در دره وجود دارد که به وسیله ی استخراج، فرایند آبگیری را انجام می دهد و بنابراین می تواند دهانه های هیدرولیکی قابل توجهی را در این ورقه تا حدود 40 متر افزایش دهد.

معروفترین نوع شناخته شده Pierina در معدنی در Perú است ( تصویر شماره 1)، معدن Veladero در آرژانتین و معدن Cripple Creek در Colorado, USA,، همگی از ورقه های دو لایه که کم تر از حداکثر میزان سطح آّب می باشند ساخته شده اند. عمق معدن در طول این لایه دارای دامنه ای به میزان 125 تا 160 متر برای این پروژه ها است.

اضافه کردن یک ژئوممبران ثانویه و سیستم جمع آوری ترشحات و سیستم بازیافت  (LCRS) 30 تا 100 درصد به هزینه ی ثابت شده اضافه خواهد کرد. با این حال، قابلیت ساخت یک فاکتور مهم محسوب می شود. برای مثال بزرگترین لیچ پد در شیلی از 150 هکتار تجاوز می کند.

همچنین مقاومت درونی یک فاکتور کلیدی دیگری است. لیچ پدهایی که در دره قرار می گیرند عموما در سراشیبی قرار دارند. برای پر نگه داشتن دره، ورقه های دو لایه ژئوممبران (که از ساختار لایه های پایینی هستند) پایین تر از بیشترین میزان سطح آب قرار می گیرند. ساختار لایه ها بالاتر از این سطح استاندارد است. سراشیبی ها می توانند از 0.75 افقی تا 1 عمودی تجاوز کنند. سنگ معدن به طور عمد در یک وضعیت سست قرار می گیرد تا توزیع و تراوش محلول را افزایش دهد.

بر اساس مطالعه ی انجام شده توسط  Breitenbach, در سال 2004این ته نشینی وسیع و بالقوه در خیس شدن و بهبود وضعیت قرار گیری تاثیر می گذارد.  بنابراین، پتانسیل قرارگیری سنگ معدن در طول سراشیبی برای کشیده شدن لایه حائز اهمیت است و استفاده از یک ژئوممبران دو لایه ای این خطر را افزایش خواهد داد. در حالی که می تواند در این طرح مدیریت شود. با این حال منطق قوی تری را برای هدایت پروژه ها به سمت ورقه های هم نشست نشان می دهد..

نتیجه گیری تاریخچه ی 35 ساله

اخیرا در صنعت معدن از ورقه های ژئوممبران برای مصارف گوناگونی از جمله استخر خورشیدی، پدهای هیپ لیچ و آبگیری پسماند استفاده می شود. نصب سالیانه احتمالا بیش از 2000 هکتار از سیستم های ورقه ای پایه با نواحی پوشیده توسط ژئوممبران را شناسایی کرده  که در ورقه های ضد آب از آن استفاده شده است ( در بعضی از موارد این نواحی پوشیده با ژئوممبران حائز اهمیت اند). HDPE و LLDPE در صنعت لیچ پد شناخته شده اند که دارای 1.5 میلی متر تا 2.0 میلی متر ضخامت می باشند.

PVC هنوز هم در امور مربوط استخر خورشیدی کاربرد دارند و دارای ضخامت 0.75 تا 1.0 میلی متر می باشند و رایجترین نوع ژئوممبران می باشند که با تغییر در HDPE شناخته شده اند. بحث های نوظهور در هیپ لیچ شامل: بارگیری های قوی مورد استفاده در ژئوممبران ها و لوله های زهکشی، مقاومت سراشیبی و اثرات زلزله، تاثیرات دمایی بویژه با در نظر گرفتن سوراخ شدگی ژئوممبران است.

/0 دیدگاه /توسط

تاثیر تثبیت خاک

, , ,

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.

/0 دیدگاه /توسط