up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله ژئوسنتتيک ها PDF
QR code - ژئوسنتتيک ها

ژئوسنتتيک ها

● مقدمه اي بر ژئوسنتتيک ها (Geosynthetics)
ژئوسنتتيک ها (Geosynthetics) دسته اي از ژئومتريالها هستند که در انواع پروژه هاي عمراني کاربرد دارند. در ساخت اين محصولات از مواد پليمري (پلاستيکي) مشتقات نفتي استفاده شده که خاصيت اصلي آنها، فساد ناپذيري در مقابل عوامل درون خاک است. از اهم مشتقات ژئوسنتتيک ها مي توان به ژئوتکستايل ها (Geotextiles)، ژئوگريدها (Geogrides)، ژئوممبران ها (Geomembranes)، ژئودرين ها (Geodrains)، ژئوسيل ها (Geocells)، و... اشاره نمود که، هر يک براساس ويژگي هاي آن، کاربرد خاصي داشته و در راه و باند، آب و سد، هيدروليک، خاک، ژئوتکنيک، نفت و گاز و پتروشيمي و ساختمان مورد استفاده قرار مي گيرد. متداولترين نوع اين مواد پلي استريلي، اولفين، کائوچو (پلاستيکي)، فايبرگلاسها و مواد طبيعي مي باشند. اين محصولات نقش فيلتراسيون، جداکننده، زهکش وتسليح کننده را دارند، همچنين مانند سدي در برابر مواد سيال و گازها عمل مي کنند. در ادامه، به معرفي هر يک از محصولات ياد شده و خواص آن پرداخته مي شود.
● ژئوتکستايل ها ( Geotextiles )
ژئوتکستايل ها غالباً از پليمرها يا پلي پرپيلن ها ساخته شده اند. پلي پرپيلن ها داراي وزن مخصوص کمتر از واحد بوده ( ۰.۹= y) و محکم و بادوام هستند. از الياف و فيبرهاي رشته اي پلي پرپيلن ها در ساخت ژئوتکستايل هاي بافته شده (Woven) و بافته نشده (Nonwoven) استفاده مي شود. همچنين از فيبرهاي پلي استر با مقاومت بالا نيز در ساخت ژئوتکستايل ها استفاده مي شود. پلي استرها داراي وزن مخصوص سنگين تر از آب بوده (۱ = y) و از مشخصه هاي خزشي و مقاومتي عالي برخوردار بوده و با اغلب خاکها سازگار مي باشند. به طور کلي ساختار ژئوتکستايل ها به دو نوع اصلي تقسيم مي شوند و ديگر روشهاي توليد نظير بافت و اتصالات بخيه اي براي توليد محصولات ويژه اي استفاده مي شود.
- بافته شده يا منسوج (Woven Geotextiles) : روش ساخت اين مواد، رد شدن الياف از ميان يکديگر و تشکيل فيبر مي باشد . اين ژئوتکستايلها از الياف تک رشته اي يا چند رشته اي يا فيلم هاي بريده ساخته مي شوند . فيلم هاي بريده شده مي توانند به صورت صاف يا به شکل الياف هاي فيبريله شده (شبکه هاي عنکبوتي شکل) قرار گيرند. ساخت اين نوع ژئوتکستايلها در دو مرحله صورت مي گيرد : مرحله اول، توليد فيلامنت ها يا فيلم هاي برش داده مي باشد و مرحله دوم بافتن الياف به هم و تشکيل ژئوتکستايل مي باشد. عملکرد اصلي فيلم هاي برشي معمولا در سازه هاي کنترل کننده رسوبات نظير حصارهاي گل و لاي و تثبيت جاده ها بوده، اما در زهکشي زيراساس و مهار فرسايش نقشي ندارد . الياف برشي صاف مقاومت بالايي دارند اما از نفوذپذيري پاييني برخوردارند،در عوض الياف نواري فيبريله شده نفوذپذيري بالايي داشته و منافذ موجود در آن يکنواخت تر از نوارهاي صاف مي باشند.
- بافته نشده يا غيرمنسوج (NonWoven Geotextile) : ساخت اين نوع ژئوتکستايلها بوسيله فيبرهاي نواري شکل (فيبرهاي نواري کوتاه اغلب با طول ۱ تا ۴ اينج) يا فيلامنتهاي ممتد که به صورت نامنظم در لايه هاي شبکه اي پخش شده اند صورت مي گيرد. سپس اين شبکه فيلامنتي با عبور از دستگاههاي بافندگي يا ماشينهاي اتصال دهنده فيلامنت يا فيبرها به هم متصل مي شوند. نقش ژئوتکستايلهاي غير منسوج، زهکشي زير اساس، مهار فرسايش و تسليح جاده هاي اجرا شده روي خاکهاي نرم و سست مي باشد.
● ژئوگريدها (Geogrides)
از انواع محصولات ژئوگريدها، نوع مشبک است که به صورت تار و پود، يا فواصل معين، در دو جهت و با مقاومت بالا توليد مي شود. از اين شبکه ها به اشکال تک لايه و چند لايه، مي توان، براي مسلح و مقاوم نمودن سطوح خاکريزي، با مساحت کم استفاده نمود. ژئوگريدها ضمن بالا بردن پايداري خاک از تغيير مکان هاي افقي آن جلوگيري مي کند. ژئوگريدها مصالح يک يا چند لايه اي بوده که از تزريق پلي پروپيلن و پلي اتيلن با تراکم بالا و يا بافت الياف پلي استري بسيار سخت تشکيل شده اند.اين ژئوگريدها داراي منافذ (روزنه) بزرگ بوده که واکنشهاي ميان خاک يا سنگهاي درشت دانه و لايه ژئوگريد را افزايش ميدهد.ژئوگريدها بواسطه داشتن مشخصه هايي نظير مقاومت کششي و سختي بالا، نقش موثري در تسليح خاکها و سنگهاي درشت دانه دارند. و در انواع ژئوگريدهاي پانچ شده و ژئوگريد بافته قيراندود مي باشد.
● ژئونت ها (Geonets)
ساختار ژئونت ها از نوارهاي پليمري متقاطع مي باشد که از آن به عنوان زهکش استفاده مي شود.جنس اکثر ژئونت ها از پلي اتيلن مي باشد.
● ژئوکامپوزيت (ترکيب ژئوگريد با ژئوتکستايل) (Geocomposite)
ژئوکامپوزيت ها ترکيبي از محصولات ژئوسنتتيک با مشخصه هاي عالي مي باشند . ترکيب آن محصولات در طيف وسيع و مطابق با طراحي هاي خاص صورت مي گيرد. ژئوگريدها با توجه به ساختار و خواص پليمرها داراي مقاومت نهايي محدود شده اي هستند. در يک سيستم مرکب، يک ژئوگريد به همراه ژئوتکستايل براي سهولت، در توسعه سطح خاکريز مي تواند بکار گرفته شود و سپس خاکريز بر روي آن اجرا گردد. ژئوکامپوزيت ها همچون کولباندرين (زهکشي عميق) و يا انکادرين (زهکشي افقي و قائم) در تحکيم اراضي سست، از طريق تسهيل در خروج آب موجود در خاک و جمع آوري و هدايت آبهاي نشتي و در تماس با سازه ها با استفاده از زهکشي هاي قائم و افقي، مورد استفاده قرار گيرد.
● ژئوکامپوزيت هاي زهکش (ژئودرين) (Drains Geocomposite)
يک نوع از ژئوکامپوزيت ها به نام آنکادرين به سه لايه کامپوزيتي عايق رطوبتي، زهکشي و جمع کنندگي و هدايت و انتقال آب گذري، با کاربري بسيار بالايي عمل زهکشي و عايق رطوبتي را در ديواره هاي در ارتباط با خاک انجام مي دهد. همچنين از نوع ديگري از کامپوزيت هاي آنکادرين با خاصيت زهکشي افقي، جهت ايجاد فضاهاي سبز روي پشت بام ها و باغ هاي پشت بامي استفاده مي شود. اين محصولات با توجه به سبکي وزن، انعطاف پذيري، سرعت عمل در نصب و راحتي حمل و نقل، استفاده وسيعي در صنعت ساختمان، در کشورهاي اروپايي و آمريکايي، پيدا کرده است. به علاوه نوع ديگري از اين محصولات جهت زهکشي و در قالب بندي (کفراژ) فونداسيون ها و در ديوارهاي حائل و يا در زهکشي و تحکيم پارکينگ ها و ... مورد استفاده قرار مي گيرد. کارکرد عمومي محصولات انکادرين به طور عمده به عنوان زهکش در پشت ديوارهاي قائم و حائل لبه جاده، خاکريزها و تونل ها و به طور افقي به عنوان زهکش در زير محوطه هاي پارکينگ زير فضاي سبز (اماکن ورزشي و استاديوم ها) و بام ها، سيستم هاي فاضلاب و Landfill است.
متداولترين ژئوکامپوزيتها نوع زهکش آنها است. ساختار ژئوکامپوزيت ها متشکل از يک لايه ژئونت در مرکز مي باشد که اين لايه مي تواند ضخيم يا نازک باشد و از دو طرف بوسيله يک لايه ژئوتکستايل احاطه شده است. ژئوکامپوزيتها از لحاظ کاربردي به زهکش هاي سفره اي، زهکش هاي صفحه اي، زهکش هاي لبه اي و زهکش هاي فتيله اي (wick drain) تقسيم مي شوند.
● زهکش هاي سفره اي (Blanket Drains)
کاربرد اين نوع زهکش ها معمولا در سايتهاي دفن زباله و زهکشي شيرابه ها مي باشد. اخيراً از اين ژئوکامپوزيتها در زهکشي سطوح جاده استفاده مي شود.
● زهکش هاي صفحه اي (Panel Drains)
نصب اين نوع زهکش ها در مجاورت سازه هايي انجام مي شود که متحمل فشارهاي هيدروليکي مي باشند. (مانند سدهاي خاکي )
● زهکش ها ي لبه اي (Edge Drains)
اين نوع زهکشها اغلب درمجاورت سنگفرشها و به منظور ذخيره و جابجايي (انتقال) زهابهاي جانبي در بستر جاده مي باشد.
● زهکش هاي فتيله اي (Wick Drains)
اين نوع زهکش ها در عمق زمين فرو مي روند و مسيري براي زهکشي فراهم مي کنند.نقش اصلي اين زهکش ها کاهش نشست خاکريزهاي واقع شده بر خاکهاي سست و نرم مي باشد.
انواع ديگر ژئوکامپوزيت ها - ژئوکاپوزيت ها در انواع متعددي توليد مي شوند. به عنوان مثال، الياف بسيار محکم به لايه اي ژئوتکستايل نبافته، تابيده شده اند تا محصولي بسيار محکم و در عين حال با ميزان نفوذپذيري مشخص (توسط ژئوتکستايل نبافته) بدست آيد.
● ژئوممبران (Geomembrane)
ژئوممبران ها ورقهاي پلاستيکي غيرقابل نفوذ مي باشند و به عنوان يک عايق بسيار مقاوم و کم هزينه و داراي طول عمر زياد، در بسياري از صنايع کاربرد دارد که از آن جمله مي توان به موارد زير اشاره نمود:
▪ آب و فاضلاب: از ژئوممبران ها جهت ساخت لاگون ها، کانال هاي آبرساني، حوضچه ها و استخرها و درياچه هاي مصنوعي استفاده مي شود. با توجه به اينکه ژئوممبران در تماس با خاک هستند، برحسب لزوم امکان ترکيب آنها با ژئوتکستايل و يا ژئوگريدها ميسر است.
▪ ايزولاسيون سازه هاي زيرزميني در برابر نفوذ آبهاي سطحي و زيرزميني: در اين خصوص مي توان به ايزوله ديوارهاي متروهاي شهري و سازه هاي هيدروليکي و غيره اشاره نمود.
▪ سايت دفن زباله شهري و صنعتي و خطرناک: با استفاده از ژئوممبران مي توان مخازن کاملاً ايزوله از محيط اطراف، جهت دفن زباله هاي شهري و صنعتي ايجاد نمود. ژئوممبران ها داراي انواع فراواني، به لحاظ مقاومت در برابر مواد شيميايي و مخرب هستند.
▪ ايجاد و توسعه زمين هاي کشاورزي در محيط هاي نامساعد.
ژئوممبرانها به دو نوع کلي تقسيم مي شوند: غلتکي و تزريقي.
● ژئوممبرانهاي غلتکي (Calendered Geomembrane)
در اين روش مواد مذاب viscous از ميان غلتک هاي چرخان عبور مي کنند و لايه ژئوممبران را تشکيل ميدهد. متداولترين نوع ژئوممبرانها غلتکي شامل پلي ونيل کلرايدPVC)،(CSPE، (CPE) و محصول جديد با نام پلي پروپيلن (PP) مي باشد . ژئوممبرانهايي که از ترکيبات متفاوت پليمري از جنس اتيلن ساخته شده اند، کاربرد ويژه اي دارند .در اغلب موارد اين ورقها به وسيله لايه اي تکستايل محافظت مي شوند تا مقاومت کششي، برشي و سوراخ شدگي آن افزايش يابد.
● ژئوممبرانهاي تزريقي (Extruded Geomembrane)
توليد اين نوع ژئوممبرانها با عبور مواد رزيني پليمري مذاب از ميان حديده ها و بوسيله دستگاه تزريق چرخان صورت مي گيرد . اين ورقها يا بوسيله قالبهاي افقي صاف يا تيوب هاي استوانه اي توليد مي شوند،که در روش اول ورقهاي عريض صاف بر روي تسمه نقاله هايي پهن مي شوند و در روش دوم ورقها به روش (blown film) و عبور هوا ورقها به پايين هدايت مي شوند و بوسيله غلتکهاي گازانبري شکل که در بالاي حديده قرار گرفته اند کشيده مي شوند. در روش (blown film) قبل از خالي شدن محفظه از هوا، ورقها را بايد برش داد . متداولترين نوع ژئوممبرانهاي تزريقي،ژئوممبرانهاي HDPE (با تراکم بالاي پلي اتيلن) و ژئوممبرانهاي با تراکم پايين پلي اتيلن نظير VFPE بوده که بسيار انعطاف پذير ميباشند . ژئوممبرانهاي پلي پروپيلن جديدترين نوع ژئوممبرانهاي تزريقي (مانند ژئوممبرانهاي غلتکي) مي باشند.
از انواع ديگر ژئوممبرانها نوع مضرس آن مي باشد که بواسطه بافت ويژه شان سطح تماس خوبي ميان خاک و ديگر محصولات ژئوسنتتيک برقرار مي کنند. وجود چند نوع مواد پليمري در ژئوممبرانهاي تزريقي باعث افزايش مقاومت آنها مي شود. همچنين اين محصول در ضخامت و ابعاد مختلف موجود مي باشد.
● غشاهاي بنتونيتي (GCLs)
اين محصول از يک لايه نازک مواد بنتونيتي تشکيل شده است.مواد بنتونيتي موجود با جذب رطوبت از اطراف هيدراته شده و مانند سدي نفوذ ناپذير عمل ميکند. مواد بنتونيتي بوسيله يک لايه ژئوتکستايل يا ژئوممبران از دو طرف احاطه مي شود. اتصال اين لايه ها بوسيله دوخت يا چسبهاي شيميايي انجام مي شود. در ويونگ، داکوتاي شمالي و مونتاناي امريکا نوع رس سديم دار اين لايه هاي بنتونيتي متداول مي باشد، همچنين GCL ها نسبت به لايه هاي رسي متراکم از کيفيت بهتري برخوردارند.
● ژئوپايپها (Geopipe)
نوع ديگري از محصولات ژئوسنتتيک لوله هاي پلاستيکي مي باشند. جنس اين لوله ها اغلب از HDPE (پلي اتيلن متراکم)،PVC (پلي ونيل کلريد)، PB (پلي بورتان)، ABS (اکريليوتيل بوتادي استرين) و CAB (بيوترات استات سلولز) مي باشد. اين محصول از لحاظ کاربردي بسيار متنوع بوده و در پروژه هاي عمراني نظير احداث بزرگراهها، راه آهن، زهکشي لب جاده، زهکشهاي محل تقاطع جاده و سيستمهاي انتقال شيرابه ها استفاده مي شوند.
● ژئوفوم (Geofoam)
ژئوفوم ها جديدترين نوع محصولات ژئوسنتتيک بوده و هر نوع فوم که در امور ژئوتکنيک بکار رود با اين نام شناخته مي شود. ژئوفوم ها در قطعه هاي بزرگ و سبک ساخته مي شوند و در سازه هاي خاکي يا سنگفرشها به عنوان عايقي در برابر گرما و حرارت عمل مي کنند. ژئوفوم ها اغلب از مواد پلي استري ساخته مي شوند. کاربرد ژئوفوم ها اغلب در زير سنگچينهاي بنا شده بر روي خاکهاي نرم و سست، سطوح زيرين جاده، سنگفرش باند فرودگاه، سيستمهاي راه آهن که دائما در معرض انبساط و انقباض قرار مي گيرند و همچنين در زير تانکهاي ذخيره مايعات نوشيدني خنک و سطوح شيبدار استفاده مي شوند .
● شبکه ها و پوششهاي مهار کننده فرسايش خاک
اين محصولات مانع از فرسايش و هدررفتن خاک در بستر هاي بذرپاشي شده مي شود و پوششهاي گياهي محافظ خاک را در محل تثبيت مي کند. شبکه هاي مهار کننده خاک (ECN)، توريهاي بافته با منافذ باز (ECM) و پوششهاي مهار کننده فرسايش خاک (ECB) متداولترين نوع اين محصولات مي باشند. جنس اين مواد از فيبرهاي طبيعي و غيرقابل تجزيه مي باشند. اين فيبرها شامل پوششهاي کاهگلي، علوفه ها يا الياف کنفي حاصل از کشاورزي، پوششهاي بدنه نارگيل و يا تراشه هاي چوب مي باشند.
پوشش هاي تسليح کننده گياهان ( قبل و بعد از جوانه زدن )
بافت اين پوششها سه بعدي و محکم بوده و متشکل از شبکه هاي پليمري با مونوفلامنت هاي درهم ريخته يا الياف بافته شده مي باشند. نقش اين پوششهاي سه بعدي انعطاف پذيري، تقويت و رشد عميق پوششهاي گياهي در درازمدت بوده و نصب آنها در مجاورت خاکهاي کود(مرغوب)، بذرها يا چمن ها، مانع از فرسايش پوششهاي گياهي مي شود.
● سنگچينهاي ساختگي
اين نوع سنگچينهاي ساختگي (FFR) با پمپاژ مواد دوغابي سيماني به درون پارچه دو لايه که فواصل مياني آنها بوسيله سيم يا بافت متصل شده، ساخته مي شوند. اين سازه بادوام و سخت بوده و همانند سازه هاي بتوني آسفالتي يا بتني درجاريخته عمل مي کند. عملکرد اين سازه با توجه به نوع طراحي آن مي تواند متفاوت باشد،يعني مي تواند به عنوان سد عمل کند يا نفوذپذيري آن بسيار بالا باشد و مي تواند سخت يا انعطاف پذير باشد و به عنوان سيستمهاي سنگي محافظ نظير Rip Rap يا Gabion عمل کند.
ژئوسل ها (سيستمهاي محصور کننده) (Geocells) يک شبکه سه بعدي همانند لانه زنبوري از نوارهاي پلي استر نبافته، متصل به يکديگر، ساخته شده که با دوخته شدن اين شبکه ها به يکديگر، فضاهايي مانند لانه زنبور (۶ ضلعي) ايجاد شده که با پر شدن از خاک، شن، بتن يا مصالح ديگر، استحکام و صلبيت کافي جهت شيب ها، ترانشه ها، ديوارها در برابر فرسايش و ريزش ايجاد مي کند. امروزه پيشرفت صنعت استفاده از ژئوسنتتيک ها آنچنان وسيع و گسترده شده است که تقريباً غيرممکن را امکان پذير نموده است، (حتي اسکي نمودن در فضاهاي سربسته برروي يخ با استفاده از لايه هاي صفحه اي انکادرين). امروزه نه تنها از مواد ژئوکامپوزيتي جهت سالن هاي اسکيت يخ و برف و استاديوم هاي ورزشي و زمين هاي چمن مصنوعي و درخت کاري و فضاي سبز بام ها استفاده هاي فراوان مي شود، بلکه حتي مي توان با استفاده از تکنولوژي از صنعت ژئوسنتتيک و تلفيق با تکنولوژي هاي ديگر در کشاورزي، همچون آبياري قطره اي، کويرها را نيز آباد نموده مورد بهره برداري قرار داد و در نتيجه کمک شاياني به اقتصاد و آباداني کشورها نمود.
● حصارهاي گل و لاي (Silt Fence)
اين سازه متشکل از يک لايه ژئوتکستايل مي باشد که بوسيله تيرکهاي چوبي در محل ثابت نگه داشته مي شود و بخش انتهايي اين سازه در خاک مدفون مي شود.عملکرد اين سازه به شرح ذيل مي باشد:
▪ مانع از جابجايي ذرات ماسه اي و گل و لاي مي شود.
▪ خاکها و ذراتي که در مجاورت اين حصار جمع مي شوند به عنوان لايه فيلتراسيون عمل کرده و شدت جريان آبهاي پشت حصار را کاهش ميدهد.
▪ به اين ترتيب آبها در پشت اين حصار جمع شده و مانند يک حوضه رسوبي براي جمع آوري ذرات خاک معلق حاصل از حرکت آب عمل مي کند و از جابجايي ذرات معلق خاک جلوگيري مي کند.
● پرده هاي مهار کننده گل و لاي
در مکانهايي که عمل لايروبي در آن انجام مي شود يا کناره هاي سواحل که در دست احداث مي باشند به منظور جلوگيري از گل آلود شدن آب از اين سازه ها استفاده مي کنند. لبه بالايي اين سازه ها بوسيله کابل يا ريسماني در آب شناور ميماند وبه لبه پاييني آن وزنه هايي متصل مي شود تا در آب بصورت عمودي بايستد . همچنين از تيرکها،تيرچه ها يا قلابهايي براي ثابت نگه داشتن اين پرده ها در آب استفاده مي شود . به طورکلي، اين پرده ها در سواحلي استفاده مي شوند که جريان آب از ۵ فوت در ثانيه (۵ ۱ متر در ثانيه) و عمق آب از ۱۵ تا ۲۵ فوت (۵ تا ۸ متر) تجاوز نکند.

دانلود نسخه PDF - ژئوسنتتيک ها