ژئوسنتتیک یک محصول محبوب در دنیای مهندسی است. این محصول یک ماده پلیمری مشتق‌شده است که معمولا در اجزای مهم یک سازه برای دستیابی به اهداف مهندسی استفاده می‌شود. پیشوند «geo» نشان می‌دهد که این محصول ارتباط زیادی با مواد زمین‌شناسی خاصی مانند سنگ، خاک و زمین دارد. یک محصول ژئوسنتتیک می‌تواند چندین عملکرد مختلف شامل تقویت، جداسازی، زهکشی، سد، مدیریت فرسایش خاک و … را داشته باشد. احتمالا برای شما سوال باشد که کاربردهای ماده ژئوسنتتیک چیست؟
در این مقاله از فرنام بسپار قصد داریم به این سوال‌ها جواب دهیم که متریال ژئوسنتتیک چیست؟ چند نوع دارد؟ در کجاها کاربرد دارد؟ پس اگر قصد دارید به پاسخ همه سوالات را بدانید، تا آخر مقاله همراه ما باشید.
تاریخچه ژئوسنتتیک ها
برای توضیح بهتر در مورد این سوال که ژئوسنتتیک چیست ؟ بهتر است از تاریخچه آن شروع کنیم. با ظهور پلیمرها در اواسط قرن بیستم، مواد بسیار پایدارتری در دسترس قرار گرفتند. این مواد اگر به‌درستی ترکیب شوند، می‌توان سال‌های زیادی از آنها استفاده کرد. در دهه ۱۹۶۰ استفاده از ژئوسنتتیکها به‌عنوان فیلتر در ایالات متحده گزارش شد. پس از آن کنفرانسی در سال ۱۹۷۷ برگزار شد که بسیاری از تولیدکنندگان و متخصصان را گرد هم آورد. انجمن بین‌المللی ژئوسنتتیک (IGS) در سال ۱۹۸۲ تاسیس شد. پس از آن هر چهار سال یک بار، کنفرانسی در سرتاسر جهان سازماندهی شد.
در حال حاضر موسسات ژئوسنتتیک جداگانه، گروه‌های تجاری و گروه‌های استانداردسازی فعال در این حوزه وجود دارند. تقریبا بیست دانشگاه دوره‌های مستقل ژئوسنتتیک را تدریس می‌کنند و همه آنها این موضوع را در دوره‌های مهندسی ژئوتکنیک گنجانده‌اند. فعالیت در زمینه ژئوسنتتیکها به‌طور پیوسته در حال رشد است.
برای آنکه بدانیم ماده اصلی ساخت ژئوسنتتیک چیست ؟ بهتر است ابتدا انواع آن را بشناسیم. ژئوسنتتیکها را می‌توان با انواع مختلفی از پلیمرها تهیه کرد. با این حال محبوب‌ترین پلیمرها که برای ساخت ژئوسنتتیکها استفاده می‌شوند، شامل موارد زیر است:
- پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)
- پلی پروپیلن (PP)
- پلی‌استر (PET)
این سه پلیمر در برابر تخریب بیولوژیکی و شیمیایی بسیار مقاوم هستند. تولیدکنندگان افزودنی‌ها یا اصلاح‌کننده‌ها را به ترکیب پلیمری اضافه می‌کنند تا ویژگی‌های مطلوبی مانند مقاومت در برابر هوا و مقاومت در برابر اشعه فرابنفش را ایجاد کنند. سایر پلیمرها مانند آرامیدها یا پلی وینیل الکل (PVA) برای کاربردهای بسیار تخصصی که به استحکام بسیار بالایی نیاز است، استفاده می‌شوند.
انواع ژئوسنتتیک؛ ژئوسنتتیک ها به چند گروه تقسیم می شوند؟
در حالت کلی، ۸ نوع مختلف ژئوسنتتیک وجود دارد. هر یک از این مواد در نحوه طراحی و کاربرد با یکدیگر متفاوت هستند. در ادامه قصد داریم به انواع ژئوسنتتیکها بپردازیم.
ژئوگریدها
ژئوگریدها مواد پلیمری هستند که ساختار شبکه‌ای یا شبکه مانند دارد. ژئوگرید به دلیل ساختار خاص خود، دارای یک دهانه بزرگ است که به دیافراگم شناخته می‌شود. این نوع ژئوسنتتیک، برای اهداف تقویتی در خاک کاربرد دارد و معمولا در زیرسازی کنار جاده‌ها از آن استفاده می‌کنند. معمولا این نوع، از مواد پلیمری مانند پلی‌استر، پلی وینیل الکل، پلی‌اتیلن یا پروپیلن ساخته می‌شود. مواد ژئوگرید از نظر کششی، قوی هستند که بار را روی سطوح وسیعی از سطح خاک منتقل یا توزیع کند و باعث افزایش پایداری خاک شود.
ژئوممبران
ورق ژئوممبران ورقه نازک غیرقابل نفوذی از مواد پلاستیکی است که معمولا به عنوان مانعی برای مایعات یا گاز، کنترل حرکت سیالات و مهار پروژه‌های مهندسی ژئوتکنیک، استفاده می‌شود. این ماده، پرمصرف‌ترین مواد ژئوسنتتیکی است و وظیفه اصلی آن این است که مانند یک سد عمل کند. کاربردهای ژئوممبران عبارت‌اند از:
- برای کنترل خاک منبسط شده
- برای کنترل خاک‌های منجمد
- برای جلوگیری از نفوذ آب در مناطق حساس
- برای ایجاد موانع به‌عنوان سد
- به‌عنوان یک سد موقت
- به‌عنوان پوشش حوضچه‌ها
ژئوسل
ژئوسل ماده مصنوعی با ساختاری سلولی لانه زنبوری سه‌بعدی است که با خاک فشرده پر می‌شود تا یک سیستم محدودشده را تشکیل دهد. از ژئوسل برای کنترل فرسایش، تثبیت خاک، پایداری شیب‌های تند و غیره استفاده می‌شود. این ماده، بهتر از ژئوتکستایل یا ژئوگرید عمل می‌کند. اگر به چند مورد از کاربردهای آن اشاره کنیم می‌توان موارد زیر را نام برد:
- به‌عنوان یک ماده تقویت‌کننده در جاده‌ها استفاده می‌شود.
- برای شیب تند خاک و حفاظت کانال استفاده می‌شود.
- برای اهداف حفظ زمین کاربرد دارد.
- برای حفاظت از محل‌های دفن زباله استفاده می‌شود.
مطالعه بیشتر: ژئوسل چیست؟
ژئوفوم
ژئوفوم‌ها بلوک‌های بزرگ سبک وزنی هستند که با فرآوری پلی‌استایرن به فوم ساخته می‌شوند. این یک ژئوسنتتیک، سبک‌وزن و عایق حرارتی است که برای دستیابی به عملکردهای مهندسی مختلف در خاکِ مدفون، استفاده می‌شود. چگالی کم ژئوفوم، آن را در پروژه‌های مهندسی به‌عنوان ماده پرکننده روی خاک‌های با پی نرم یا قابل تراکم بسیار مفید کرده است.
ژئوکامپوزیت‌ها
ژئوکامپوزیت‌ها ترکیبی از ژئوتکستایل، ژئونت، ژئوگرید و ژئوممبران است. ترکیب ویژگی‌های ژئوسنتتیکها، محصولی با مزایای بیشتری نسبت به یک محصول جداگانه ایجاد می‌کند. همچنین، مواد ذکر شده در بالا را می‌توان با هر ماده مصنوعی دیگری مانند ورق‌های پلاستیکی یا کابل‌های فولادی ترکیب کرد. این ماده دارای عملکردهای مختلفی شامل تقویت، جداسازی، زهکشی و غیره است.
ژئوتکستایل
ژئوتکستایل‌ها بزرگترین گروه ژئوسنتتیکها هستند که از آنها به‌عنوان اولین متریال ژئوسنتتیک نام برده می‌شود. آنها پارچه‌های نفوذپذیری هستند که از الیاف مصنوعی مانند پلی‌استر یا پلی‌پروپیلن تشکیل شده‌اند. اگرچه نصب این ماده به کاربرد آن بستگی دارد؛ اما در حالت کلی نصبی آسانی دارند. این دسته از ژئوسنتتیکها، هنگامی که در ارتباط با خاک استفاده می‌شود، می‌توانند عملکردهای متنوعی از جمله جداسازی، فیلتراسیون، زهکشی، حفاظت و تقویت را داشته باشند. آنها را می‌توان در طیف وسیعی از کاربردها در پروژه های مهندسی استفاده کرد.
مطالعه بیشتر: ژئوتکستایل چیست؟
ژئوپایپ
ژئوپایپ به هر نوع لوله پلیمریِ سوراخ‌دار یا یکپارچه گفته می‌شود که تخلیه گازها و مایعات را در پروژه‌های ساختمانی آسان می‌کند. آنها معمولا در یک ژئوتکستایل پیچیده می‌شوند تا قابلیت زهکشی خود را حفظ کنند. کاربردهای مختلفی برای ژئوپیپ‌ها وجود دارد که می‌توان از آنها استفاده کرد. از جمله می‌توان به جمع‌آوری گاز در دفن زباله اشاره کرد.
آسترهای خاک رس ژئوسنتتیک
آسترهای خاک رس ژئوسنتتیک با استفاده از دو ورقه ژئوتکستایل با لایه‌ای از خاک رس بنتونیت سدیم که بین آنها قرار گرفته است، ساخته می‌شود. ورق‌ها برای ایجاد یکپارچگی ساختاری به یکدیگر متصل می‌شوند. سپس آنها را تحت عملیات حرارتی قرار می‌دهند تا لایه‌ها در جای خود محکم شوند. آسترهای خاک رس ژئوسنتتیک جایگزین سریع‌تر و راحت‌تری برای پوشش رسی سنتی حوضچه‌ها هستند. آسترهای GCL برای بسیاری از کاربردهای ژئوتکنیکی از جمله تصفیه زباله و دفن زباله استفاده می‌شوند.
عملکرد ژئوسنتتیک ها
به نظر شما کاربرد و عملکرد ژئوسنتتیک چیست؟ ژئوسنتتیکها دارای چندین عملکرد اصلی هستند. البته برخی از ژئوسنتتیکها نسبت به سایرین، عملکردهای بیشتری دارند که با کاهش تعداد محصولات، باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه خواهند شد. البته عملکرد ژئوسنتتیکها را معمولا به دو نوع مکانیکی و هیدرولیکی تقسیم می‌کنند؛ پس بیایید نگاهی به هر یک از عملکردهای ژئوسنتتیک بیندازیم.
عملکرد مکانیکی ژئوسنتتیک ها
در این بخش به طور کامل توضیح داده‌ایم که عملکرد مکانیکی ژئوسنتتیک چیست.
عملکرد مانع یا سد
از ژئوسنتتیکها می‌توان برای ایجاد یک سدِ نسبتا غیرقابل نفوذ برای مهار سیالات یا گازها استفاده کرد. شکل‌های مختلفی از ژئوسنتتیکها با این نوع کاربرد وجود دارند. ژئوممبران‌های ساخته شده از پلی‌اتیلن و پلی‌وینیل کلراید (PVC) نفوذناپذیری بالایی دارند. در این شرایط، ژئوسنتتیک برای مهار سیال در کاربردهای معدنی، صنعتی و کشاورزی استفاده می‌شود. آنها همچنین همراه با کامپوزیت‌های زهکشی برای مهار زباله کاربرد دارند.
عملکرد محافظت
ژئوسنتتیکها می‌توانند عملکرد محافظتی را انجام دهند. برای مثال ژئوتکستایل‌ها را می‌توان برای محافظت از ژئوممبران جهت جلوگیری از سوراخ شدن در هنگام قراردادن پرکننده‌های پوششی، استفاده کرد. همچنین مواد ژئوسنتتیک نوع ژئونت را می‌توان برای محافظت از خطوط لوله در طول عملیات به‌کار برد.
عملکرد تقویت
ژئوسنتتیک‌هایی مانند انواع خاصی از ژئوگریدها و برخی ژئوتکستایل‌ها که سختی و استحکام بالایی دارند، می‌توانند خواص مکانیکی خاک را با افزودن یک عنصر تقویت‌کننده که استحکام و مقاومت در برابر تغییر شکل را افزایش می‌دهد، بهبود ببخشند. استفاده از ژئوسنتتیکها که عملکرد تقویتی را ارائه می‌کنند، مهندسان را قادر می‌سازد تا دیواره‌های خاکی را روی پایه‌های نرم بسازند و سراشیبی‌ها را با زوایای تندتر ایجاد کنند.
عملکرد تثبیت
در بعضی کاربردها از ژئوسنتتیکها برای تثبیت خاک‌های دانه‌ای استفاده می‌شود. این کار معمولا از طریق یک مکانیسم به‌هم پیوسته اتقاق می‌افتد. در تثبیت مکانیکی یک لایه کامپوزیت ایجاد می‌شود که در برابر تغییر شکل قوی‌تر و مقاوم‌تر است.
عملکرد کنترل فرسایش
کنترل فرسایش، محدود کردن آسیب به زمین بر اثر باد یا آب است. هنگامی‌که لایه بالایی زمین فرسایش می‌یابد، رشد مجدد آن زمان زیادی می‌برد. در اینجاست که ژئوسنتتیک‌های کنترل فرسایش، وارد می‌شوند تا به طبیعت کمک کنند. ژئوسنتتیک‌های کنترل فرسایش، معمولا به شکل حصیرهای چند لایه، فرسایش خاک ناشی از برخورد قطرات آب و رواناب سطحی را کاهش می‌دهند. پس در مناطقی که زمین در معرض جریان آب یا بارندگی است، ژئوسنتتیک‌های کنترل فرسایش برای محافظت از لایه بالایی خاک، تشویق پوشش گیاهی به رشد و جلوگیری از دست دادن خاک در آینده ایده‌آل هستند.
عملکرد هیدرولیکی ژئوسنتتیک ها
همانطور که گفتیم ژئوسنتتیکها علاوه‌بر عملکرد مکانیکی دارای عملکرد هیدرولیکی هستند و برای آنکه بدانید عملکرد هیدرولیکی ژئوسنتتیک چیست ؟ همچنان همراه ما باشید.
زهکشی
زهکشی خوب برای جاده‌ها ضروری است؛ چراکه آب زیر سطح می‌تواند منجر به نرم شدن خاک‌های زیرین و در نهایت از دست دادن استحکام در ساختار جاده شود. بنابراین ژئوسنتتیکها را می‌توان در جاده‌ها و راه‌آهن‌ها، پشت دیوارهای حائل و همچنین در زیر خاکریزها که خاک‌های کمتر نفوذپذیر وجود دارد، مشاهده کرد.
عملکرد زهکشی ژئوسنتتیکها باعث می‌شود که آب‌های زیرزمینی یا سایر سیالات جمع‌آوری شده، از خاک‌های با نفوذپذیری کمتر هم عبور کنند. ژئوسنتتیک‌های زهکشی را می‌توان برای از بین بردن فشار منفذی زیر دیواره خاکی، رهگیری آب‌های زیرزمینی در شیب‌ها یا پشت سازه‌ها و ایجاد زهکشی لبه جاده‌ها استفاده کرد. ژئوسنتتیک‌های زهکشی ژئوکامپوزیت هایی هستند که معمولاً یک هسته زهکشی ژئونت را با یک یا چند لایه ژئوتکستایل ترکیب می‌کنند. آنها قادرند آب (و سایر مایعات یا گاز) را از طریق ساختار خود به یک جریان روب یا فضای باز منتقل کنند.
فیلتراسیون
ذرات خاک، به ویژه ذرات ریزتر، می‌توانند با عبور آب از خاک منتقل شوند. ژئوسنتتیک‌های فیلتراسیون، مانند ژئوتکستایل‌ها، برای نگه داشتن ذرات خاک طراحی شده‌اند، در حالی که اجازه می‌دهند آب آزادانه از آن عبور کند. حتی ذرات ریز خاک را می‌توان به دلیل نقش ذرات بزرگ‌تر نگه داشت. بنابراین فیلتراسیون با جریان آب یک طرفه موثرتر است. ویژگی فیلتراسیون ژئوتکستایل‌ها را می توان با تغییر نوع الیاف و ضخامت و ساختار پارچه طراحی کرد.
جداسازی
ژئوسنتتیکها برای جداکردن خاک‌های غیر مشابه، مفید هستند. این ویژگی از مخلوط شدن خاک ضعیف در محل با مواد دانه‌ای با کیفیتِ خوب، جلوگیری می‌کند که می‌تواند بسیار موثر باشد. معمولا جداکننده‌های ژئوتکستایل در ساخت‌وساز جاده‌ها و راه‌آهن، به‌صورت مجزا یا ترکیب با ژئوگرید به شکل ژئوکامپوزیت استفاده می‌شوند.
کاربرد های مختلف ژئوسنتتیک کدامند؟
کاربردهای مختلف ژئوسنتتیک چیست ؟ کاربردهای ژئوسنتتیک موقعیت‌هایی هستند که در آنها می‌توان از این متریال استفاده کرد و راه‌حل‌هایی برای مشکلات یا چالش‌های ژئوتکنیکی خاص در یک پروژه مهندسی ارائه کرد. ژئوسنتتیکها را می‌توان در طیف گسترده‌ای از کاربردهای ژئوتکنیکی به کار برد. در ادامه به چند مورد از این کاربردها اشاره خواهیم کرد:
جاده‌ها، پیاده‌روها و مناطق پرتردد
ژئوسنتتیکها اغلب در مناطقی مانند جاده‌ها، راه‌آهن، فرودگاه‌ها و موارد دیگر استفاده می‌شوند. برای جاده‌ها و باند فرودگاه‌ها، ژئوسنتتیکها اول در تثبیت و مجزاکردن پیاده‌روها مفید هستند. همچنین از این مواد می‌توان برای رفع مشکلات خاک زیرین یا در ایجاد زهکشی جانبی، استفاده کرد. ژئوگریدها از دهه ۱۹۷۰ میلادی جهت کمک به ساخت‌وساز و بهترشدن عملکرد جاده‌ها در زمین‌های نرم استفاده شده‌اند. پیشرفت‌های اخیر باعث افزایش استفاده از آنها جهت بالا بردن طول عمر جاده‌های آسفالت‌شده و کاهش هزینه‌ها شده است.
بهبود بستر ریل
ژئوسنتتیک را می‌توان برای حل انواع مشکلات زیرِ ریل استفاده کرد. ژئوگریدها برای افزایش ظرفیت باربری و سختی بستر در مناطقی که خاک ضعیف است، استفاده می‌شوند. جداکننده‌های ژئوتکستایل و ژئوکامپوزیت‌های زهکشی برای کنترل مشکلات مربوط به رطوبت کاربرد دارند. همچنین ژئوتکستایل پر از شن و ماسه، می‌توانند جایگزین فیلترهای شنی بستر مسیر شوند.
سازه‌های نگهدارنده زمین و شیب‌های تند
ژئوگریدهای تقویت‌کننده و ژئوتکستایل‌های با استحکام بالا می‌توانند برای طراحی و ساخت دامنه‌های شیب‌دار استفاده شوند. همچنین از ژئوگریدها برای ساخت دیوارهای خاکی تقویت‌شده و تکیه‌گاه پل‌ها هم استفاده می‌کنند. ساخت این دیوارها در مقایسه با دیوارهای حائل بتنی یا شمعی سریع‌تر و ارزان‌تر است.
پایه‌های دیواره خاکی
ساخت دیواره خاکی روی خاک‌های ضعیف چالش‌هایی را ایجاد می‌کند که می‌توان با استفاده از ژئوسنتتیکها آن را برطرف کرد. تنش بیش از حد خاک پی می‌تواند منجر به شکست عمیق شود. به کار بردن ژئوسنتتیک در پایه دیواره خاکی می‌تواند باعث پایداری در برابر شکست شود.
سیستم‌های زهکشی
ژئوسنتتیکها برای استفاده در سیستم‌های زهکشی، فیلتراسیون، جداسازی و جابجایی آب شناخته شده‌اند. مواد زهکشی ژئوکامپوزیت می‌توانند جایگزین زهکش‌های فرانسوی پر از سنگدانه در کنار جاده‌ها شوند. همچنین آنها زهکشی و کاهش فشار منافذ را در پشت سازه‌های مدفون فراهم می‌کنند. ژئوتکستایل‌های فیلتر برای جلوگیری از آلودگی لوله‌های زهکشی سوراخ شده و لایه‌های زهکشی استفاده می‌شوند. در واقع این کار سرعت ساخت‌وساز را بالا می‌برد.
مهار و دفن زباله
مکان‌های جدید دفن زباله را می‌توان با سیستم‌های ژئوسنتتیک شامل حفاظت ژئوسنتتیک، کامپوزیت‌های زهکشی و موانع نفوذناپذیر پوشیده کرد. درپوش گذاشتن محل‌های دفن زباله برای مهار و تخلیه گاز استفاده می‌شود.
جمع‌بندی
ما در این مطلب به طور کامل در مورد اینکه ژئوسنتتیک چیست، صحبت کردیم. توضیح دادیم آنها محصولاتی هستند که از پلی‌اتیلن بادوام یا مواد پلیمری پلی پروپیلن ساخته می‌شوند. کیفیت بالا، نصب سریع و ارزش اقتصادی ژئوسنتتیکها، آنها را به یک راه‌حل عالی برای کاربرد در خاک، سنگ، زمین یا سایر کاربردهای مرتبط با مهندسی ژئوتکنیک تبدیل کرده است.
در واقع متریال ژئوسنتتیک یک بخش جدایی‌ناپذیر پروژه‌ها، سازه‌ها و ساخت‌وسازهاست. مواد ژئوسنتتیک در تمام مراحل ساخت‌وساز برای تقویت زیرساخت‌ها از طریق بهبود طراحی راه، حفظ آب، کنترل تبخیر، محدود کردن فرسایش، افزایش طول عمر، انعطاف‌پذیری و ایمنی سازه‌ها استفاده می‌شود. این متریال یک جایگزین مقرون‌به‌صرفه برای سایر روش‌های گران قیمت مانند آبگیری، حفاری و … است.
مقالات جدید :
مزایای تقویت دیوار حائل با ژئوگرید
