مروری بر انواع ژئوتکستایل ها و ژئوگریدها و کاربردهای آن ها (گرد آورنده: زهرا شاه مراد)

ژئوسنتتیک ­ها

ژئوسنتتیک ­ها محصولات مصنوعی هستند که برای تقویت و پایدارسازی زمین به کار می­روند. ژئوسنتتیک­ها معمولا از پلیمرها تولید شده و برای حل مشکلات ناپایداری و زیست محیطی در ژئوتکنیک کاربرد دارند. توسعه این محصولات بعد از جنگ جهانی دوم آغاز شد. از آن زمان به بعد، آن­ها به یکی از نوآوری­های برجسته در حوزه ژئوتکنیک تبدیل شدند.  ژئوسنتتیک­ها شامل 8 محصول می­شوند. این محصولات شامل ژئو تکستایل، ژئوگرید، ژئونت، ژئوممبران، ژئوسنتتیک کلی لاینر، ژئوفوم، ژئوسل و ژئوکامپوزیت می­باشند.

در این مقاله به طور خاص ژئوتکستایل­ ها و ژئوگریدها  مورد بررسی قرار گرفته و انواع و کاربردهای آن­ها ارائه شده است.

ژئوتکستایل (GTX):ژئوتکستایل­ ها یکی از بزرگترین گروه­های ژئوسنتتیک­ ها بوده و محصولاتی پلیمری، صفحه ­ای و نفوذ پذیر می­باشند. بعضی از ژئوتکستایل­ ها از بافته شدن الیاف­ های پلیمری توسط دستگاه­ های بافنده تولید شده و بعضی دیگر  از کنار هم قرار گرفتن الیاف­های پلیمری به طور نامنظم، توسط روش­های مختلف (گرمایی، شیمیایی و مکانیکی) تشکیل می­شوند(1). ژئوتکستایل­ های بافته شده دارای مقاومت بیشتری نسبت به انواع بافته نشده هستند و برای استفاده در زیرسازی جاده­ های آسفالت شده و آسفالت نشده، جلوگیری از فرسایش و زهکشی زیرسطحی مناسب هستند(2). ژئوتکستایل­ ها نفوذپذیر بوده و قادر به هدایت سیالات در امتداد و عمود بر صفحه­ شان هستند.

ژئوتکستایل­ ها کاربردهای زیادی داشته و در حال حاضر مشکلات ژئوتکنیکی سازه­ های عمرانی زیادی نظیر جاده­ ها، راه آهن­ها، خاکریزها، سازه­ های نگهبان، مخازن زیرزمینی، سدها و ... را برطرف می­ کنند. ژئوتکستایل­ ها قادر به افزایش مقاومت خاک با هزینه ­ای کم­تر از روش­های معمولی نیلینگ می­باشند.

عملکردهای ژئوتکستایل­ ها

بسته به نوع نیاز ژئوتکنیکی، ژئوتکستایل­ ها می­توانند عملکردهای متفاوتی داشته باشند. در ادامه به بررسی برخی از مهمترین عملکردهای ژئوتکستایل­ ها در سازه­های عمرانی پرداخته می­شود:

جداکننده: برای جلوگیری از اختلاط لایه­ هایی از خاک که دارای ذراتی با ابعاد مختلف می­ باشند، ژئوتکستایل مورد استفاده قرار می­گیرد.

زهکش: در صورت به کارگیری ژئوتکستایل به عنوان زهکش، ژئوتکستایل به عنوان یک مجرا برای هدایت سیالات در درون صفحه ­اش عمل می­کند. معمولا ژئوتکستایل­ های بافته نشده ضخیم به عنوان زهکش به کار می­ روند.

فیلتر: در تمامی خاک­ ها، جریان آب سبب به حرکت درآوردن ذرات ریز خاک می­شود. به کارگیری ژئوتکستایل­ ها مانع از حرکت ذرات ریز خاک به همراه جریان سیال می­ شود و در اصل ژئوتکستایل به عنوان یک فیلتر عمل می­کند. استفاده از ژئوتکستایل به عنوان فیلتر، مهم­ترین، رایج­­ترین و شناخته شده­ ترین عملکرد ژئوتکستایل­ ها می­باشد(3).

کنترل کننده فرسایش: فعل و انفعال داخلی ژئوتکستایل و خاک، سبب افزایش چسبندگی و اصطکاک شده و زمین را در برابر تنش­ های کششی و برشی تقویت می­ کند.

آب بند: هر دو نوع ژئوتکستایل بافته شده و بافته نشده می­توانند به عنوان یک آب بند به کار روند در صورتی که به قیر طبیعی آغشته شوند. در این صورت نفوذپذیری ژئوتکستایل به شدت کاهش می­ یابد.

تقویت کننده زمین: قرار دادن ژئوتکستایل در درون خاک سبب ایجاد نیروی چسبندگی و اصطکاکی زیاد بین خاک و ژئوتکستایل می ­شود و در نتیجه مقاومت کششی و برشی افزایش می یابد. بنابراین استفاده از ژئوتکستایل­ ها به عنوان تقویت کننده خاک ­ها بسیار رایج می­ باشد(3)

کاربردهای ژئوتکستایل­ ها

کاربرد ژئوتکستایل­ ها در عمران

• در زیرسازی جاده ­ها و خط آهن­ ها، ژئوتکستایل­ ها به عنوان جدا کننده ، تقویت کننده ، فیلتر و زهکش به کار می ­روند.
• در روکش آسفالت به منظور جلوگیری از ترک انعکاسی و به عنوان آب بند
• در سد سازی به عنوان فیلتر و زهکش
• در دیواره های حائل به عنوان فیلتر و زهکش
• در خاکریزها به عنوان فیلتر و زهکش
• محافظ لایه ژئوممبرین در تونل ، تالاب ها ، استخر ، کانال های انتقال آب ، و.....
• محافظ دیواره های رودخانه ، سواحل ، اسکله ، دیوار حایل و ......(4)

 کاربرد ژئوتکستایل­ ها درصنعت نفت

• در اطراف چاه­ های نفت معمولا لایه­ هایی از ژئوممبران و ژئوتکستایل به منظور مقاوم سازی دیواره­ های چاه، نصب می­شود.
• در هر موقعیتی که ژئوممبران­ ها به عنوان لایه­ های عایق به کار رفته یاشند (مثل مخازن ذخیره­ سازی)، یک لایه ژئوتکستایل به منظور محافظت از ژئوممبران نصب می­شود(5).
• حفاظت پوشش کاتدیک لوله­ های نفت و گاز در مناطق سنگلاخی(4).

کاربرد ژئوتکستایل­ها در کشاورزی

• تثبیت خاک و جلوگیری از فرسایش

کاربرد ژئوتکستایل­ ها درمعدن

• محافظ پوشش­ های عایق (ژئوممبران) آسیب پذیر در تونل­ های معدنی و سدهای باطله

ژئوگریدها

ژئوگریدها دسته­ ی دیگری از ژئوسنتتیک­ ها هستند که به منظور تقویت خاک و دیگر محیط­ های مشابه به کار می ­روند. ژئوگریدها دارای مقاومت کششی بالایی نسبت به خاک­ ها هستند بنابراین به کارگیری آن­ها و قفل شدگی آن­ها در خاک­ سبب افزایش مقاومت خاک می­ شود(1). این دسته از ژئوسنتتیک­ ها معمولا در مناطقی که خاک­ ها اشباع یا نم ­دار هستند، در بالا و پایین لایه ژئوتکستایل قرار می­ گیرند. مزایای به کارگیری ژئوگریدها تقریبا مشابه مزایای به کارگیری ژئوتکستایل­ ها می­باشد(6).

انواع ژئوگریدها

ژئوگرید ها از نظر نحوه تولید، ماده تشکیل دهنده و شکل شبکه به انواع مختلفی تقسیم می­شوند.

• از نظر نحوه تولید به انواع بافته شده، یکپارچه و جوش داده شده نقسیم می­ شوند(7).

ژئوگریدهای بافته شده از الیاف پلیمری تشکیل شده­ اند که به طور منظم توسط یک ماشین بافنده، به هم بافته شده­ اند.

ژئوگریدهای یکپارچه، شبکه ­هایی هستند که ازسوراخ شدن صفحات یکپارچه پلیمری توسط قالب­ هایی منظم تشکیل شده ­اند.

ژئوگریدهای جوش داده شده، از متصل شدن نوارهای پلیمری توسط گرما به وجود می­ آیند.

• از نظر انواع مواد تشکیل دهنده، ژئوگریدها به انواع پلی استری، پلی اتیلنی و پلی پروپیلنی تقسیم می شوند.
• از نظر شکل شبکه به انواع تک سویه و دو سویه تقسیم می شوند.

ژئوگریدهای تک سویه برای تقویت دیوارها و شیب­ های خاکی درشت دانه که تنها باربری در یک جهت نیاز است، مناسب می­ باشند. در حالی که ژئوگریدهای دو سویه برای تسلیح خاک ­هایی که باربری در دو جهت متعامد نیاز است، مناسب هستند. از ژئوگریدهای تک سویه برای تسلیح دیوارهای حائل، شیروانی­ ها، سدها، جلوگیری از ریزش کوه و خاکریز جاده­ها استفاده می­شود. از ژئوگریدهای دوسویه  در زیرسازی جاده­ ها و برای کمک به توزیع تنش در محدوده بزرگتری استفاده می­ شود(8).

کاربرد ژئوگریدها راه سازی و راه آهن: استفاده از ژئوگریدها در ساخت جاده ­ها و خطوط آهن به منظور تقویت خاک­ های سست از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. ژئوگریدها معمولا جایگزین مناسبی برای روش­ های سنتی تقویت زمین که اغلب زمان­بر و پر هزینه هستند، می­ باشند. استفاده از ژئوگریدها سبب افزایش مقاومت و ظرفیت باربری خاک می­ شود(9).

آسفالت: استفاده از ژئوگریدها در بین لایه­ های آسفالت رایج بوده و علاوه بر افزایش مقاومت آسفالت، سبب کاهش آسفالت مورد نیاز نیز می­ گردد. قفل شدگی ژئوگرید در اجزای آسفالت همانند قفل شدگی آن در دانه­ های خاک می­ باشد. این قفل شدگی سبب افزایش مقاومت آسفالت و کاهش تنش و کرنش­ های جانبی می­ شود.

سازه­ های نگهبان (تکیه گاه­ های) پل­ ها: از آنجا که بار پل­ ها به تکیه گا­ه­ ها و خاک اطراف آن وارد می ­شود، این سازه­ ها باید تقویت شوند. ژئوگریدها از جمله مهم­ترین مصالحی هستند که به منظور پایدارسازی تکیه­ گاه­ های پل­ ها به کار می ­روند.

دیوارهای حائل: در سطوح مختلفی از خاک اطراف دیوار حائل، از ژئوگریدها به منظور تحکیم و تقویت خاک استفاده می­ شود.

تقویت شیروانی­ های خاکی: فرسایش شیروانی­ های خاکی توسط باد و باران به عدم پایداری و نهایتا گسیختگی شیروانی­ های خاکی منجر می­ شود. نگهداری از این شیروانی ­ها بدون استفاده از ژئوگریدها بسیار پرهزینه خواهد بود. به کارگیری ژئوگریدها سبب تثبیت خاک شیروانی­ ها و جلوگیری از فرسایش و فراهم آوردن محیط مناسب برای رشد چمن خواهد شد(6)

تقویت محیط اطراف شمع­ ها: در مواقعی که خاک پی­ ها بسیار سست است و روش­ های رایج تحکیم پاسخگو نیستند، شمع­ هایی (ستون­ هایی) به داخل خاک رانده می ­شوند تا ظرفیت باربری خاک را افزایش دهند. به کارگیری ژئوگریدها در فضای بین شمع ­ها سبب انتقال بار از خاک سست به شمع­ ها می­ گردد.

حفاظت لوله­ های انتقال نفت و گاز: در مواردی که لوله از مناطق باتلاقی دارای خاک سست با میزان آب­ های زیرزمینی بالا عبور کند. با استفاده از یک لایه ژئوگرید می­ توان بستری مناسب برای لوله آماده کرد(6).

علاوه بر موارد فوق، ژئوگریدها در احداث راه­ های دسترسی به مناطق باتلاقی، احداث دیوارهای ساحلی، کنترل سیلاب، زهکشی، استفاده در لاینینگ و شاتکریت نیز کاربرد دارند(6).

مراجع

[1] Müller, W., Saathoff, F., "Geosynthetics in geoenvironmental engineering". Science and Technology of Advanced Materials 16, (2015).

[2] http://www.erosionpollution.com/geotextile-types.html

 [3] https://www.wbdg.org/ccb/ARMYCOE/COETM/ARCHIVES/tm_5_818_8.pdf

[4] http://www.istgah.com/fireview/kid_395/1166459.html

[5] Specialty Fabrics Review | February 2013.

[6]علی ساکت، شکوفه خدیوی،. "ژئوگرید و کاربردهای آن"، پایگاه ملی داده­های علوم زمین کشور، سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی، وزارت صنایع و معادن (1385).

[7] http://www.slideshare.net/SirmoiWekesa/introduction-to-geosynthetics-types-and-applicationssirmoi-wekesa?related=2.

[8] http://www.tritonenviro.com/products/grids/

[9] https://secure.ifai.com/gmanow.com/repository/8/2310/geogrid_brochure.pdf