ژئوگریدها یکی از شاخصترین و پرکاربردترین مصالح ژئوسنتتیکی در مهندسی ژئوتکنیک و عمران هستند که با هدف بهبود عملکرد سازههای خاکی، افزایش ظرفیت باربری، و ارتقای پایداری پروژهها مورد استفاده قرار میگیرند. این مصالح با ساختار شبکهای (مش،Mesh) منظم، نقش تسلیح و تثبیت خاک را ایفا میکنند. از میان انواع ژئوگریدها، ژئوگریدهای تکسویه (Uniaxial) و دوسویه (Biaxial) به طور گسترده در پروژههای مختلف بهکار میروند و هر یک ویژگیها و کاربردهای منحصر به فردی دارند.
نکته قابل توجه آن است که ژئوگریدها برخلاف تصور رایج، دارای دستهبندی یکسان و مشخصی نیستند و میتوان آنها را بر اساس معیارهای متعددی همچون نوع پلیمر سازنده، روش تولید، ساختار شبکهای و حتی نحوه عملکرد مهندسی تقسیمبندی کرد. همین تنوع در طبقهبندی و ویژگیهای ژئوگریدها، انتخاب و طراحی بهینه آنها را به یک چالش تخصصی برای مهندسان تبدیل کرده است. در این مقاله به مقایسه جامع ژئوگرید تکسویه و دوسویه از منظر ساختار، مشخصات فنی، رفتار مهندسی، نحوه عملکرد و کاربردهای هرکدام میپردازیم. همچنین، نکات کلیدی برای انتخاب و طراحی بهینه با توجه به شرایط پروژه را مورد بحث قرار میدهیم.
۱- تعریف و ساختار ژئوگریدها
ژئوگریدها مصالحی پلیمری با ساختار شبکهای منظم هستند که به صورت مشهایی با چشمههای مربعی، مستطیلی یا حتی مثلثی تولید میشوند.
شکل ۱: انواع ژئوگرید با چشمههای مربعی، مستطیلی و مثلثی
ژئوگرید تکسویه (Uniaxial Geogrid)
در این نوع ژئوگرید، مقاومت کششی غالباً در یک جهت (معمولاً جهت طولی) متمرکز است. ساختار آن به گونهای است که رشتهها یا نوارهای(Rib) اصلی در جهت طولی کشیده میشوند و مقاومت کششی در جهت عرضی در مقایسه با جهت طولی بسیار کمتر است.
شکل ۲: انواع ژئوگریدهای تکسویه بافتهشده، اکسترودشده و جوششده
ژئوگرید دوسویه (Biaxial Geogrid)
این نوع ژئوگرید در هر دو جهت طولی و عرضی تقریباً دارای مقاومت کششی مشابه و بالاست. ساختار آن به گونهای است که کشش و استحکام در هر دو محور ایجاد میشود.
شکل ۳: انواع ژئوگریدهای دوسویه بافتهشده، اکسترودشده و جوششده
ساختار تولید ژئوگریدها (تکسویه و دوسویه)
ژئوگریدها بر اساس فناوری ساخت به سه دسته عمده تقسیم میشوند که هر کدام میتوانند در انواع تکسویه یا دوسویه تولید شوند.
۱- ژئوگریدهای اکسترودشده (Extruded Geogrids)
در این روش، یک ورق پلیمری (اغلب پلیاتیلن (PE) یا پلیپروپیلن (PP)) به صورت شبکهای پانچ میشود و سپس در یک یا دو جهت کشیده میشود.
ژئوگرید تکسویه اکسترودشده: ورق پلیمری پانچشده فقط در یک جهت کشیده میشود و مقاومت کششی در همان جهت به طور چشمگیر افزایش مییابد.
ژئوگرید دوسویه اکسترودشده: ورق پانچشده ابتدا در یک جهت و سپس در جهت عمود بر آن کشیده میشود تا مقاومت کششی یکسانی در دو جهت حاصل شود.
شکل ۴: نحوه ساخت ژئوگریدهای تکسویه و دوسویه به روش اکسترودشده
۲- ژئوگریدهای بافتهشده (Woven Geogrids)
در این روش، الیاف یا نوارهای پلیمری مقاوم (معمولاً پلیاستر، پلیپروپیلن یا فایبرگلاس) در دو جهت تار و پود به هم بافته میشوند. سپس یک پوشش حفاظتی (مانند PVC یا پلیاتیلن) روی شبکه اعمال میشود تا دوام و مقاومت شیمیایی افزایش یابد.
ژئوگریدهای بافتهشده میتوانند تکسویه یا دوسویه باشند: اگر آرایش و ضخامت تارها در یک جهت غالب باشد، ژئوگرید تکسویه خواهد بود؛ اگر آرایش و تعداد تارها در هر دو جهت مشابه باشد، ژئوگرید دوسویه تولید میشود.
این نوع ژئوگریدها بهویژه برای پروژههایی با نیاز به انعطافپذیری و یا سازگاری با شرایط شیمیایی خاص کاربرد دارند.
شکل ۵: دستگاه بافت ژئوگریدهای به روش بافتهشده
۳- ژئوگریدهای جوششده یا چسباندهشده (Welded/Bonded Geogrids)
در این فناوری، نوارهای پلیمری سفت و محکم در دو جهت بر هم عمود شده و محل تلاقی آنها با استفاده از جوش حرارتی یا چسبهای مخصوص به هم متصل میشود.
ژئوگریدهای جوشی میتوانند با توجه به تعداد نوارهای هر جهت، تکسویه یا دوسویه تولید شوند. نوع دوسویه این ژئوگریدها بیشتر در تثبیت بستر راه و سطوح وسیع کاربرد دارد.
این محصولات عموماً سختتر و صلبتر هستند و در پروژههایی که کنترل تغییرشکلهای جانبی و مقاومت در برابر ضربه اهمیت دارد، استفاده میشوند.
شکل ۶: دستگاه جوش اولتراسونیک برای جوش دادن نوارهای ژئوگرید
رفتار مهندسی و مکانیزم عملکرد
۲-۱- ژئوگرید تکسویه
مقاومت کششی: بسیار بالا در یک جهت (معمولاً طولی)، مناسب برای جذب و انتقال تنشهای کششی بزرگ در همان جهت.
سختی و شکلپذیری: سختی بیشتر در راستای طولی و انعطافپذیری نسبی در راستای عرضی.
مکانیزم عملکرد: تمرکز بر تسلیح خاک یا سازه در یک محور (به عنوان مثال در دیوارهای حائل، شیبهای خاکی تند، خاکریزهای با هندسه محدود).
۲-۲- ژئوگرید دوسویه
مقاومت کششی : مقاومت برابر و بالا در هر دو جهت (طولی و عرضی)، توانایی توزیع تنش به صورت دوبعدی در بستر خاک یا مصالح.
سختی و شکلپذیری : سختی و مقاومت یکنواخت در دو محور، عملکرد متعادلتر در برابر بارگذاریهای دوبعدی (مثلاً بارهای ترافیکی).
مکانیزم عملکرد: انتقال و پخش بارهای اعمالشده در هر دو محور، مناسب برای پروژههایی با توزیع بار گسترده (مانند زیرسازی راه، فونداسیون، خطوط راهآهن و بستر فرودگاه و …).
۳- مقایسه کاربردهای ژئوگرید تکسویه و دوسویه
در پروژههای عمرانی و ژئوتکنیک، ژئوگریدهای تکسویه و دوسویه به عنوان اصلیترین انواع ژئوگریدها هر کدام کاربرد ویژهای دارند. ژئوگریدهای تکسویه به دلیل مقاومت کششی بالا در یک جهت خاص، عمدتاً در حوزههایی به کار میروند که بارگذاری و نیاز به تسلیح خاک، در یک محور غالب است؛ مانند دیوارهای حائل و شیبهای تند. از سوی دیگر، ژئوگریدهای دوسویه با دارا بودن مقاومت متعادل در دو جهت عمود بر هم، برای تثبیت و تقویت بستر راهها، جادهها و خطوط راهآهن بسیار مناسب هستند. انتخاب صحیح نوع ژئوگرید با توجه به شرایط بارگذاری، اهداف پروژه، بهبود عملکرد سازه و افزایش پایداری، کاهش هزینه و … تأثیر چشمگیری در موفقیت پروژه خواهد داشت. در ادامه، کاربردهای معمول برای ژئوگریدهای تکسویه و دوسویه ارائه شده است.
۳-۱- کاربرد ژئوگرید تکسویه
دیوارهای حائل خاک مسلح (MSEW Walls) : به علت تمرکز بار و فشار جانبی خاک در یک جهت (پشت دیوار)، ژئوگرید تکسویه بهترین گزینه برای جذب و انتقال نیروی کششی در راستای مورد نیاز است.
شکل ۷ : نمایی از دیوار خاک مسلح ژئوگریدی
شیبهای خاکی تند و شیروانیها : تثبیت و تسلیح لایههای خاک با نیاز به مقاومت کششی بالا در یک جهت مانند پروژههای جادهسازی در مناطق کوهستانی.
شکل ۸ : نمایی از خاکریز مسلحشده
پایداری سازههای مرتفع خاکی و ترانشهها: در پروژههایی که نیروی غالب در یک جهت خاص اعمال میشود و نیاز به کنترل تغییرمکان جانبی و نشست خاک داریم.
۳-۲- کاربرد ژئوگرید دوسویه
تقویت بستر راهها، جادهها و روسازیها : ایجاد بستری مقاوم در برابر نشست، توزیع تنش بارهای ترافیکی، افزایش ظرفیت باربری و کاهش ضخامت لایههای روسازی.
شکل ۹ : استفاده ژئوگریدها جهت تقویت بستر پروژههای راهسازی
زیرسازی خطوط راهآهن و فرودگاهها: تقویت و پایداری بستر در برابر بارهای دینامیکی و تکراری با الگوی توزیع بار در چند جهت.
شکل ۱۰ : استفاده از ژئوگریدها در بستر ریل راهآهن
تثبیت خاکهای ضعیف، سست و باتلاقی: پخش یکنواخت نیرو و جلوگیری از گسیختگیهای موضعی در خاکهای اشباع و نامناسب.
شکل ۱۱ : استفاده ژئوگریدها جهت تقویت بسترهای سست
۳-۳- مقایسه جامع ژئوگرید تکسویه و دوسویه
به منظور درک بهتر ویژگیها و کاربردهای هر یک از ژئوگریدهای تکسویه و دوسویه و همچنین تسهیل فرآیند مقایسه برای مخاطبان، کلیه مطالب و نکات مطرحشده در بخشهای فوق به صورت دستهبندیشده و منظم در قالب یک جدول گردآوری و ارائه شده است. این جدول کمک میکند تا تفاوتها و شباهتهای هر دو نوع ژئوگرید به صورت واضحتر و قابل فهمتر قابل مشاهده و ارزیابی باشد و انتخاب مناسب بر اساس نیاز پروژه صورت گیرد.
جدول ۱ : مقایسه ژئوگریدهای تکسویه و دوسویه
ویژگیها | ژئوگرید تکسویه(Uniaxial) | ژئوگرید دوسویه(Biaxial) |
جهت مقاومت کششی | فقط در یک جهت (در جهت طولی) | مساوی در دو جهت |
شکل چشمه | اغلب مستطیلی و کشیده | بیشتر مربعی یا نزدیک به مربع |
روش تولید | اکسترود، بافتهشده یا جوشی | اکسترود، بافتهشده یا جوشی |
انتقال بار | انتقال بار در یک جهت (جهتی که بیشترین مقاومت کششی را دارد) | انتقال و توزیع بار در دو جهت |
کاربردهای شاخص | دیوارهای حائل، شیبهای تند | راه، راهآهن، فرودگاه، کوله پلها، تقویت بستر |
۴- تفاوتهای طراحی ژئوگرید تکسویه و دوسویه در پروژههای عمرانی
در فرآیند طراحی، انتخاب نوع ژئوگرید باید بر اساس ماهیت نیروهای وارده، نوع خاک و عملکرد مورد انتظار باشد. تفاوتهای طراحی در این دو نوع ژئوگرید به چند عامل اصلی باز میگردد.
۴-۱- طراحی با ژئوگرید تکسویه
الگوی نیرو : در دیوار حائل خاک مسلح یا شیبهای تند، بار اصلی افقی بوده و باید در برابر فشار جانبی خاک مقاومت شود.
پارامتر مهم طراحی : مقاومت کششی نهایی ژئوگرید در جهت طولی (TUlt) و کرنش مجاز.
شکل ۱۲ : نمونهای از دیتاشیت ژئوگرید تکسویه
جهت نصب : باید ژئوگرید حتما در راستای بیشترین مقاومت کششی اجرا شود و هرگونه پیچش یا انحراف جهت مقاومت اصلی طراحی، کارایی را به شدت کاهش میدهد.
شکل ۱۳ : نحوه اجرا ژئوگریدهای تکسویه (مقاومت کششی اصلی باید عمود بر نمای دیوار باشد)
طول مسلحکننده : در دیوار حائل، معمولاً طول ژئوگرید به اندازه ۷۰ تا ۹۰ درصد ارتفاع دیوار در نظر گرفته میشود تا بتواند فشار جانبی را به خوبی منتقل کند.
جدول ۲ : حداقل طول مسلحکنندهها (FHWA-NHI-10-024)
شرایط بارگذاری و سازه | حداقل L/H |
بارگذاری استاتیکی با یا بدون سربار زنده | ۰.۷ |
خاکریز شیبدار | ۰.۸ |
بارگذاری لرزهای | ۱.۱ – ۰.۸ |
۴-۲- طراحی با ژئوگریدهای دوسویه
الگوی نیرو: در بستر راهها یا خطوط راهآهن، بارها در دو جهت عمود بر هم (طولی و عرضی) وارد میشوند و توزیع یکنواخت نیرو اهمیت دارد.
پارامتر مهم طراحی: مقاومت کششی نهایی در هر دو جهت (Tult,x و Tult,y) و همچنین رفتار ژئوگرید در کرنشهای ۲ و ۵ درصد.
شکل ۱۴ : نمونهای از دیتاشیت ژئوگریدهای دوسویه
جهت نصب : ژئوگرید دوسویه معمولاً نسبت به تکسویه حساسیت کمتری به جهت مقاومت کششی دارد و سرعت اجرا بیشتر است.
طول مسلحکننده : در تقویت بسترها، طول لایه ژئوگرید به کل عرض مسیر وابسته است و لایه به صورت پیوسته در زیر کل بستر پهن میشود.
۵- مزایا و معایب ژئوگریدهای تکسویه و دوسویه
۵-۱- مزایای ژئوگرید تکسویه
- دستیابی به مقاومت کششی بسیار بالا در یک جهت
- ایدهآل برای پروژههای دیوار حائل و شیبهای تند
- صرفه اقتصادی برای پروژههایی با بارگذاری یکجهته
۵-۲- معایب ژئوگرید تکسویه
- عدم کارایی برای توزیع بارهای چندجهته
- لزوم دقت بالا در جهتگذاری و نصب
- آسیبپذیری بیشتر نسبت به ژئوگریدهای دوسویه (به لحاظ مقاومت کم کششی در جهت فرعی)
۵-۳- مزایای ژئوگرید دوسویه
- توزیع یکنواخت بار و افزایش سختی در بستر
- کاهش ضخامت لایههای خاکریز و صرفهجویی در مصالح
- سرعت نصب بالاتر و حساسیت کمتر به خطاهای اجرایی
۵-۴- معایب ژئوگرید دوسویه
- هزینه بیشتر نسبت به حالت تکسویه
- وزن بیشتر رولها در مقایسه با ژئوگرید تکسویه با مقاومت مشابه
- محدودیت در ابعاد چشمه برای دانهبندی خاص
- وابستگی عملکرد به کیفیت خاک و تراکم مناسب
۶- نکات کلیدی انتخاب ژئوگرید
انتخاب نوع ژئوگرید به عوامل زیر وابسته است.
ماهیت و جهت بارگذاری : مهمترین اصل، تطابق مقاومت ژئوگرید با جهت بارگذاری است.
شرایط خاک : در خاکهای سست و دانهای، قفل و بست مکانیکی بین خاک و ژئوگرید نقش مهمی ایفا میکند. ابعاد و شکل چشمه ژئوگرید متناسب با دانهبندی خاک انتخاب شود. به عبارت دیگر، چشمه ژئوگرید باید با اندازه دانههای خاک سازگار باشد تا قفل و بست مناسبی ایجاد شود.
طول عمر مورد انتظار و شرایط محیطی : انتخاب پلیمر مقاوم در برابر عوامل محیطی (رطوبت، مواد شیمیایی، UV و …) طی طول عمر مورد انتظار و شرایط پروژه ضروری است.
ملاحظات اجرایی و اقتصادی : هزینه، سهولت نصب، در دسترس بودن نوع ژئوگرید و امکانات اجرایی باید در نظر گرفته شود.
استاندارد: حتماً از ژئوگریدهای دارای استاندارد معتبر جهانی (مانند ASTM، EN، ISO و …) استفاده شود.
۷- نتیجهگیری
مقایسه ژئوگرید تکسویه و دوسویه نشان میدهد که هر یک بسته به نوع پروژه، شرایط بارگذاری و نیازهای عملکردی، برتریها و محدودیتهای خاص خود را دارند. ژئوگرید تکسویه، گزینهای ایدهآل برای پروژههایی است که نیاز به مقاومت کششی بالا در یک جهت دارند، مانند دیوارهای حائل و شیبهای خاکی. در مقابل، ژئوگرید دوسویه با عملکرد یکسان در هر دو جهت، بهترین انتخاب برای تثبیت بستر راهها، خطوط راهآهن و سطوح وسیع است. انتخاب صحیح نوع ژئوگرید، با توجه به شناخت رفتار مکانیکی و کاربردی هر نوع، عامل کلیدی موفقیت و پایداری بلندمدت سازههای خاکی در پروژههای عمرانی و ژئوتکنیک خواهد بود.
۸- منابع
Shukla, S.K., An Introduction to Geosynthetic Engineering, CRC Press, 2025.
Koerner, R.M., Designing with Geosynthetics, 6th Edition, Xlibris, 2012.
FHWA-NHI-10-024: Design and Construction of Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes.
