۱: مقدمه
ژئوسنتتیکها گروهی از مصالح پلیمری هستند که به طور گسترده در پروژههای ژئوتکنیکی، زیستمحیطی و هیدرولیکی برای تقویت، جداسازی، زهکشی، فیلترکردن و کنترل نشت سیالات مورداستفاده قرار میگیرند. یکی از مهمترین و پرکاربردترین اعضای این خانواده، ژئوممبرانها هستند که بهعنوان لایههای نفوذناپذیر برای جلوگیری از عبور مایعات و گازها طراحی شدهاند.
ژئوممبرانها به دلیل ویژگیهایی مانند نفوذناپذیری بالا، انعطافپذیری، مقاومت شیمیایی و دوام در برابر شرایط محیطی، در پروژههای مختلفی از جمله آببندی مخازن و کانالهای کشاورزی، حوضچههای پرورش آبزیان، حوضچههای تبخیری صنعتی، لندفیلها، تأسیسات فاضلاب، تونلها، سدها، و حوضچههای هیپ لیچینگ در معادن مورداستفاده قرار میگیرند.
پیشینه استفاده از ژئوممبرانها به سال ۱۸۳۹ بازمیگردد، زمانی که لاستیک فراوری شده توسط چارلز گودیر[۱] ، مخترع آمریکای معرفی شد. هرچند در ابتدا این مواد با محدودیتهایی در پایداری حرارتی همراه بودند، اما در دهههای ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، پیشرفت در فناوری پلیمر موجب تولید نمونههای صنعتی مناسب برای کاربردهای مهندسی شد. توسعههای بعدی در دهه ۱۹۹۰، منجر به معرفی مصالح پلیمری با انعطافپذیری و دوام بالاتر گردید و زمینهساز گسترش چشمگیر استفاده از ژئوممبرانها در پروژههای زیربنایی شد(Koerner, 2012).
ژئوممبرانها عمدتاً از پلیمرهای ترموپلاستیک[۲] ساخته میشوند و انواع رایج آنها شامل پلیاتیلن با چگالی بالا (HDPE[3])، پلیاتیلن با چگالی پایین خطی (LLDPE[4])، پلیوینیلکلراید (PVC[5])، پلیپروپیلن انعطافپذیر (fPP[6]) و پلیکلروپرن (CSPE[7]) هستند. انتخاب نوع مناسب ژئوممبران به شرایط پروژه، نوع سیال، دمای عملکرد، فشار، و الزامات زیستمحیطی بستگی دارد(Koerner, 2012).
باتوجهبه نقش حیاتی ژئوممبرانها در افزایش ایمنی و پایداری سازهها و نیز در جلوگیری از آلودگیهای زیستمحیطی، بررسی دوام و عملکرد این مصالح از اهمیت ویژهای برخوردار است. تخریب ژئوممبرانها میتواند
باتوجهبه نقش حیاتی ژئوممبرانها در افزایش ایمنی و پایداری سازهها و نیز در جلوگیری از آلودگیهای زیستمحیطی، بررسی دوام و عملکرد این مصالح از اهمیت ویژهای برخوردار است. تخریب ژئوممبرانها میتواند منجر به خسارات زیستمحیطی و اقتصادی قابلتوجهی شود. ازاینرو، در این مقاله به بررسی عوامل مؤثر بر افزایش طول عمر و تخریب ژئوممبرانها پرداخته خواهد شد.
[۱] Charles Goodyear
[۲] Thermoplastic Polymers
[۳] High-density polyethylene
[۴] linear low-density polyethylene
[۵] Polyvinyl Chloride
[۶] Flexible Polypropylene
[۷] Chlorosulphonated Polyethylene
شکل ۱: ژئوممبران ها
شکل ۲: مخزن آب بند شده با ژئوممبران
۲: عوامل مؤثر بر تخریب ژئوممبرانها
۱-۲: تأثیر باد بر تخریب ژئوممبران
یکی از عوامل محیطی مهم که میتواند منجر به آسیبدیدگی و تخریب ژئوممبرانها شود، نیروهای ناشی از باد است. ژئوممبرانها در زمان اجرا معمولاً بدون پوشش نهایی باقی میمانند و در معرض جریانهای بادی قرار دارند. عبور باد بر روی سطح ژئوممبران با ایجاد اصطکاک سطحی و اغتشاش در جریان هوا، منجر به توسعه نیروهای بالابرنده (uplift forces) میشود. این نیروها ناشی از جداشدن جریان هوا و تشکیل چرخشهای نامنظم هوا در پشت نواحی نامنظم یا تیز هندسی است که تعادل ژئوممبران با وزن خود و سامانه مهاربندی آن را برهم میزند. درصورتیکه شدت این نیروها از ظرفیت پایداری ژئوممبران بیشتر باشد، میتواند باعث بلندشدن، جابهجایی ناگهانی و حتی پارگی یا آسیب شدید به مصالح شود(Wayne & Koerner, 1988).
برای مهار ژئوممبرانها، استفاده از کیسههای شن رایج است، اما در بادهای شدید، این روش به دلیل نیاز به تعداد زیاد کیسهها مقرونبهصرفه نیست؛ بنابراین، تمهیدات پیشگیرانه در جلسات پیش از اجرا ضروری است. اقدامات پیشنهادی شامل:
- ایجاد تراشه مهار در دیوارهها یا کف گود برای تثبیت ژئوممبران
- استفاده از قطعات ژئوممبران که با پینهای مهارکننده به زمین ثابت میشوند، بهویژه در شیب دیوارهها و کف. سپس ورق اصلی ژئوممبران با جوش اکستروژن به این قطعات متصل میگردد.
- پوشش فوری گود با خاک، بتن یا سیالات
- استفاده از کیسههای شن متصل به طناب
این اقدامات، همراه با طراحی دقیق و تحلیل بارهای باد، دوام و پایداری ژئوممبران را در برابر نیروهای بادی به طور قابلتوجهی افزایش میدهد.
شکل ۳: بلند شدن ژئوممبران بر اثر فشار باد
۲-۲: آسیبهای مکانیکی
آسیبهای مکانیکی یکی از عوامل اصلی تخریب ژئوممبرانها هستند که میتوانند در مراحل مختلف نصب، اجرا و بهرهبرداری رخ دهند. این آسیبها به دلیل تماس مستقیم ژئوممبران با اشیاء تیز، فشارهای متمرکز یا جابهجاییهای نامناسب ایجاد میشوند. در ادامه، مهمترین عوامل ایجاد آسیبهای مکانیکی بررسی میشوند:
۲-۲-۱: آسیبهای ناشی از ذرات درشت خاک
وجود سنگهای درشت یا ذرات تیز در خاک زیرین یا رویی ژئوممبران میتواند باعث سوراخشدگی یا خراشیدگی آن شود. این مشکل در موارد زیر شایع است:
- بستر آماده سازی نشده و دارای سنگهای برجسته یا ذرات تیز روی سطح.
- جابهجایی ژئوممبران (بهویژه نوع بافتدار) روی خاک زیرین که باعث کندهشدن سنگهای نزدیک به سطح میشود.
- قرارگیری لایههای زهکشی شنی روی ژئوممبران که در طراحی لندفیلها اجتنابناپذیر است.
برای کاهش این آسیبها، استفاده از ژئوتکستایل غیربافته سوزنی (nonwoven needle-punched) با جرم واحد سطح مناسب بهعنوان لایه محافظ بین ژئوممبران و خاک توصیه میشود. این لایه از سوراخشدگی ناشی از ذرات تیز جلوگیری کرده و فشارهای متمرکز را توزیع میکند(Koerner et al., 1996; Narejo et al., 1996; Wilson-Fahmy et al., 1996).
شکل ۴: تاثیر وجود خاک درشت دانه بر روی ژئوممبران بدون محافظ (ژئوتکستایل)
شکل ۵: سوراخشدن ژئوممبران
شکل ۶: ژئوتکستایل غیربافته سوزنی (nonwoven needle-punched)
۲-۲-۲: آسیبهای ناشی از فعالیتهای اجرایی
در طول فرآیند نصب و اجرا، ژئوممبرانها در معرض آسیبهای مکانیکی ناشی از عوامل زیر قرار دارند:
- حرکت ماشینآلات: تردد ماشینآلات سنگین مانند کامیون، بولدوزرها یا لودرها روی ژئوممبران، بهویژه در صورت عدم استفاده از لایه محافظ، میتواند باعث پارگی، خراشیدگی یا تغییر شکل دائمی ژئوممبران شود.
- ریختن سنگ و شن: تخلیه مستقیم مصالح درشتدانه مانند شن یا سنگ روی ژئوممبران بدون لایه محافظ، منجر به سوراخشدگی یا پارگی میشود.
- لایروبی یا خاکبرداری: در پروژههایی که نیاز به لایروبی یا جابهجایی خاک در مجاورت ژئوممبران وجود دارد، ابزارهای تیز یا تجهیزات خاکبرداری میتوانند به سطح ژئوممبران آسیب برسانند.
- استفاده از کفش نامناسب: کارگرانی که از کفشهای دارای میخ یا کفی سخت استفاده میکنند، ممکن است با اعمال فشار موضعی باعث خراشیدگی یا سوراخشدن ژئوممبران شوند.
- نردبانهای فلزی یا چوبی: استفاده از نردبانهای فلزی با لبههای تیز یا حتی نردبانهای چوبی با سطوح زبر میتواند هنگام جابهجایی روی ژئوممبران باعث خراشیدگی یا پارگی شود. برای کاهش این خطر، توصیه میشود از نردبانهای پلاستیکی یا نردبانهای با لبههای نرم و بدون زوائد تیز استفاده شود.
برای جلوگیری از این آسیبها، باید فرآیند نصب با دقت بالا و توسط نیروی متخصص انجام شود. همچنین، استفاده از لایههای محافظ ژئوتکستایل، محدودکردن تردد ماشینآلات روی ژئوممبران، و اطمینان از آمادهسازی مناسب بستر (صاف و عاری از اشیاء تیز) ضروری است.
شکل ۷: عبور ماشین آلات سنگین و تخلیه مستقیم مصالح بر روی ژئوممبران
الف
ب
شکل ۸: الف) نردبان مناسب ب) نردبان نا مناسب
۳-۲: پارگی ژئوممبرانها: علل و مکانیزمها
پارگی یکی از آسیبهای رایج در ژئوممبرانهاست که میتواند عملکرد و دوام این لایههای مصنوعی را در کاربردهای ژئوتکنیکی تحتتأثیر قرار دهد. این خرابی معمولاً ناشی از تمرکز تنش در نواحی حساس مانند گوشهها، اتصالات و درزها یا اعمال نیروهای کششی بیش از حد در زمان نصب و بهرهبرداری رخ میدهد. اجرای غیراصولی، بارهای متمرکز و کشیدگی بیش از حد ژئوممبران هنگام جاگذاری از عوامل اصلی بروز پارگی هستند(Koerner, 2012).
عوامل اصلی ایجاد پارگی عبارتاند از:
- اجرای غیراصولی: نصب نادرست ژئوممبران، مانند کشیدگی بیش از حد هنگام پهن کردن یا جوشکاری نامناسب درزها، میتواند نقاط ضعف مکانیکی ایجاد کند که مستعد پارگی هستند.
- بارهای متمرکز: تماس با اشیاء تیز یا فشارهای موضعی ناشی از سنگها، تجهیزات یا تردد کارگران میتواند باعث پارگی موضعی شود.
- فعالیتهای اجرایی: همانطور که در بخش ۲-۲-۲ توضیح داده شد، عواملی مانند حرکت ماشینآلات سنگین، ریختن مصالح درشتدانه، لایروبی، استفاده از کفشهای نامناسب یا نردبانهای فلزی و چوبی میتوانند در حین اجرا باعث پارگی شوند.
- نقصهای طراحی یا تولید: وجود عیوب در مواد اولیه یا تولید نادرست ژئوممبران (مانند ناهمگونی ضخامت یا حضور حفرات) میتواند مقاومت در برابر پارگی را کاهش دهد.
از منظر استاندارد، آزمونهای متعددی برای ارزیابی مقاومت ژئوممبران در برابر پارگی تعریف شدهاند که از آن جمله میتوان به ASTM D1004، ASTM D2263 و ASTM D5884 اشاره کرد. در ژئوممبرانهای نازک و بدون تقویت، مقادیر مقاومت در برابر پارگی معمولاً پایین بوده و در محدودهای بین ۱۸ تا ۱۳۰ نیوتن گزارش شده است. این امر اهمیت دقت در حمل و نصب این مصالح را بهویژه در شرایط باد شدید یا هنگام جابهجایی رولها نشان میدهد. استفاده از الیاف تقویتی (scrim) در ساختار ژئوممبران باعث افزایش چشمگیر مقاومت پارگی شده و مقادیر آن را به بازهای بین ۹۰ تا ۴۵۰ نیوتن میرساند(Koerner, 2012).
استاندارد GRI-GM13 بهعنوان مرجع فنی معتبر برای ژئوممبرانهای پلیاتیلن با چگالی بالا (HDPE) شناخته میشود و حداقل مشخصات فیزیکی و مکانیکی لازم برای این نوع ژئوممبرانها را تعیین میکند. یکی از پارامترهای کلیدی ذکرشده در این استاندارد، مقاومت در برابر پارگی (Tear Resistance) است که مطابق با روش آزمون ASTM D1004 اندازهگیری میشود. بر اساس این استاندارد، مقدار حداقل مقاومت پارگی برای ژئوممبرانهای HDPE باضخامت بین ۱ تا ۳ میلیمتر، در بازهای بین ۱۲۵ تا ۳۷۴ نیوتن قرار دارد. علاوه بر این، مقاومت کششی (Tensile Strength) و درصد ازدیاد طول در نقطه پارگی (Elongation at Break) نیز بهعنوان معیارهای مکمل برای سنجش عملکرد مکانیکی ژئوممبرانها در شرایط تنشزا مطرح هستند. طبق استاندارد GRI-GM13، مقاومت کششی در نقطه تسلیم برای ژئوممبرانهای HDPE با ضخامت ۱ تا ۳ میلیمتر، بهترتیب از ۱۵ تا ۴۴ کیلونیوتن بر متر و در نقطه پارگی از ۲۷ تا ۸۰ کیلونیوتن بر متر متغیر است. همچنین، حداقل درصد ازدیاد طول در نقطه پارگی، که بر اساس روش آزمون ASTM D6693 اندازهگیری میشود، ۷۰۰ درصد تعیین شده است. این مقادیر شاخصهای مهمی برای ارزیابی دوام ژئوممبران در برابر آسیبهای ناشی از نصب، تنشهای متمرکز، و دیگر عوامل مخرب مکانیکی بهشمار میروند(GRI-GM13, 2021).
با افزایش ضخامت ژئوممبران، مقاومت آن در برابر پارگی و آسیبهای مکانیکی به طور قابلتوجهی بهبود مییابد (شکل ۱۰)، که این امر آن را برای کاربرد در پروژههایی با بارگذاریهای سنگین مناسبتر میسازد. با این حال، انتخاب ضخامت مناسب بر اساس شرایط بارگذاری پروژه و اجرای دقیق فرآیند نصب توسط نیروی متخصص، بهویژه در نقاط حساس مانند درزها و زوایا، از الزامات کلیدی برای تضمین عملکرد درازمدت و دوام ژئوممبران محسوب میشود.
شکل ۹: پارگی ژئوممبران
شکل ۱۰: ویژگی های مکانیکی ورق ژئوممبران HDPE
۴-۲: تأثیر مواد شیمیایی بر خواص و دوام ژئوممبرانها
یکی از عوامل اصلی تخریب ژئوممبرانها، تأثیر مواد شیمیایی است که این مواد در تماس مستقیم با ژئوممبران قرار میگیرند، بهویژه در کاربردهایی مانند لندفیلها و مخازن زباله. مقاومت شیمیایی ژئوممبران در برابر موادی که قرار است مهار کند، نقشی حیاتی در طول عمر و کارایی آن دارد. آلایندههایی مانند حلالهای آلی، اسیدها، بازها و هیدروکربنها میتوانند با گذشت زمان باعث تغییر خواص فیزیکی و مکانیکی ژئوممبران، از جمله کاهش مقاومت کششی، افزایش شکنندگی یا حتی پارگی شوند(Koerner, 2012; Vandervoort, 1992).
بر اساس مطالعات انجامشده، نوع ژئوممبران و شرایط محیطی مانند دما، تأثیر قابلتوجهی بر میزان تخریب دارد. به عنوان مثال، ژئوممبرانهای پلیاتیلن با چگالی بالا (HDPE) بهطور کلی مقاومت خوبی در برابر بسیاری از مواد شیمیایی نشان میدهند، اما در دماهای بالا ممکن است آسیبپذیری آنها افزایش یابد. در مقابل، ژئوممبرانهای PVC در برابر برخی مواد شیمیایی در دماهای بالا ضعیفتر عمل میکنند جزئیات مقاومت شیمیایی ژئوممبرانهای رایج (HDPE، PVC، CSPE-R، EPDM-R) در برابر دستههای مختلف مواد شیمیایی در جدول ۱ ارائه شده است(Koerner, 2012).
از منظر استاندارد، ویژگیهایی که مقاومت شیمیایی ژئوممبران را تعیین میکنند، در مشخصات فنی استاندارد GRI-GM13 برای ژئوممبرانهای HDPE ذکر شدهاند. این ویژگیها بهطور غیرمستقیم شاخصهای کلیدی برای ارزیابی دوام ژئوممبران در برابر تماس طولانیمدت با محلولهای شیمیایی هستند.
بهعنوان نمونه، زمان القای اکسایشی (OIT) مطابق ASTM D8117 برای شرایط استاندارد و ASTM D5885 برای فشار بالا، جهت ارزیابی پایداری در برابر اکسایش ناشی از مواد شیمیایی تهاجمی اندازهگیری میشود. طبق جدول استاندارد، حداقل مقدار مجاز OIT استاندارد برابر با ۱۰۰ دقیقه و برای OIT تحت فشار بالا ۴۰۰ دقیقه تعیین شده است.
از دیگر شاخصهای مهم، پایداری حرارتی ژئوممبران در دمای ۸۵ درجه سانتیگراد به مدت ۹۰ روز میباشد که تحت عنوان Oven Aging at 85°C شناخته میشود. طبق استاندارد GRI-GM13، پس از این دوره، ژئوممبران باید حداقل ۵۵٪ از مقدار اولیه OIT خود را حفظ کند (مطابق ASTM D5721 برای OIT استاندارد و ASTM D5885 برای OIT تحت فشار بالا) این آزمون ها بیانگر توانایی ژئوممبران در حفظ خواص اکسیداتیو در برابر تخریب حرارتی در حضور ترکیبات شیمیایی خورنده است.
همچنین، طبق دستورالعملهای آزمونهای شبیهسازیشده مانند ASTM D5322 و ASTM D5496، تغییرات مجاز در خواص مکانیکی ژئوممبران (از جمله مقاومت کششی و ازدیاد طول) پس از تماس طولانیمدت با محلولهای شیمیایی نباید بیش از ۲۰ درصد باشد. این شرط بهعنوان مرجع ارزیابی عملکرد ژئوممبران در شرایط واقعی تماس با انواع مایعات آلاینده تلقی میشود.
این ویژگیها در کنار یکدیگر به طراحان و مهندسان این امکان را میدهند که مقاومت شیمیایی ژئوممبران را بهصورت کمی و استاندارد ارزیابی کرده و مصالح مناسب را برای کاربردهای خاص، مانند لندفیلها و مخازن زباله، انتخاب نمایند.
جدول ۱: راهنمای کلی مقاومت شیمیایی ژئوممبرانهای رایج(Koerner, 2012)
۵-۲: تأثیر تنشهای محیطی بر خرابی ژئوممبرانها
ترکخوردگی ناشی از تنشهای محیطی (Environmental Stress-Cracking) یکی از مهمترین مکانیسمهای تخریب در پلیمرهای ژئوممبرانهای HDPE محسوب میشود. این نوع خرابی میتواند در اثر تنشهای کششی کمتر از استحکام آنی ماده و در حضور عواملی مانند مواد مرطوبکننده سطحی، دما و نقصهای موضعی ایجاد شود. ازاینرو، ارزیابی دقیق مقاومت ترکخوردگی از الزامات اصلی در طراحی و انتخاب ژئوممبرانها به شمار میرود.
طبق استاندارد GRI-GM13، مقاومت در برابر ترکخوردگی تنشی (Stress Crack Resistance) برای ژئوممبرانهای HDPE یکی از پارامترهای حیاتی کیفیت و دوام به شمار میآید. این مقاومت بر اساس آزمون SP-NCTL مطابق با روش ASTM D5397 ارزیابی میشود که نمونههای شیاردار تحت بار ثابت ۳۰ درصد از تنش تسلیم در دمای ۵۰ درجه سانتیگراد و در محیط مرطوب قرار میگیرند. حداقل مقدار مجاز برای زمان شکست در این آزمون، ۵۰۰ ساعت تعیین شده است. این مقدار بیانگر توانایی ژئوممبران در مقاومت در برابر ترکخوردگی تحت بارهای طولانیمدت تنشی است و نشاندهنده کیفیت بالای رزین و فرآیند تولید میباشد.
شکل ۱۱: ترکخوردگی ناشی از تنشهای محیطی
۶-۲: تخریب ناشی از نفوذ حیوانات
آسیب ناشی از حیوانات ممکن است بهصورت جویدن یا خراشیدگی توسط جانورانی مانند جوندهها یا پرندگان ایجاد شود. ژئوممبرانهایی که در خاک دفن میشوند، بهویژه در معرض حفاری و تونلزنی حیوانات قرار دارند. تنها ژئوممبرانهایی که سختی آنها بیشتر از مینای دندان یا چنگال حیوانات حفار باشد، میتوانند در برابر حمله این حیوانات مقاومت کنند. بااینحال، احتمال نفوذ و عبور حیوانات وجود دارد و میزان آسیبپذیری ژئوممبرانها در این زمینه هنوز بهطور کامل مشخص نیست و روش آزمون استانداردی نیز وجود ندارد؛ اما بهطور کلی، ژئوممبرانهای قویتر، سختتر و ضخیمتر مقاومت بهتری دارند. برای محافظت از ژئوممبران در محیطهای مستعد، استفاده فنسکشی اطراف محل نصب بهمنظور جلوگیری از ورود حیوانات توصیه میشود(Koerner, 2012; Steiniger, 1968).
شکل ۱۲: آسیب ژئوممبران بر اثر خراش و نفوذ حیوانات
شکل ۱۳: نصب فنس ایمنی پیرامون استخر ژئوممبرانی
۷-۲: تأثیر اشعه UV بر تخریب ژئوممبرانها
یکی از دیگر از عوامل تخریب ژئوممبرانهای در معرض محیطهای باز، تابش اشعه فرابنفش (UV) خورشید است. قرارگیری طولانیمدت در معرض UV میتواند باعث شکست زنجیرههای پلیمری، کاهش انعطافپذیری و شکننده شدن ژئوممبران شود که در نهایت منجر به کاهش عمر مفید آن میگردد. این تخریب در مواد مختلف ژئوممبران با شدت متفاوت رخ میدهد و وابسته به نوع پلیمر، ضخامت، افزودنیهای ضد UV و شرایط محیطی است.
استاندارد GRI GM13 برای ارزیابی مقاومت ژئوممبرانها در برابر اشعه UV، آزمون قرارگیری در معرض اشعه فرابنفش فلورسنت (ASTM D7238) را توصیه میکند. این آزمون با شبیهسازی شرایط UV در آزمایشگاه، میزان درصد حفظ مقاومت مواد پس از مدتزمان مشخصی را میسنجد. بر اساس این استاندارد، ژئوممبرانهایی که بیش از ۵۰ درصد از خواص مکانیکی خود را پس از ۱۶۰۰ ساعت قرارگیری در آزمون فلورسنت UV حفظ کنند، به عنوان مقاوم در برابر UV شناخته میشوند.
همچنین استفاده از کربن بلک را به میزان ۲ تا ۳ درصد وزنی بهعنوان افزودنی اصلی برای محافظت در برابر تخریب اشعه UV الزامی میداند؛ کربن بلک با جذب اشعه UV از شکست زنجیرههای پلیمری جلوگیری میکند و دوام طولانیمدت ژئوممبران را افزایش میدهد.
۳: راهکارهای افزایش دوام ژئوممبرانها
برای افزایش طول عمر ژئوممبرانها و کاهش خطر تخریب زودهنگام، رعایت اصول طراحی، نصب و نگهداری از اهمیت بالایی برخوردار است. در ادامه، راهکارهای عملی برای بهبود دوام ژئوممبرانها ارائه شده است:
- رفتوآمد ایمن در محل نصب: برای جلوگیری از آسیب به ژئوممبران حین اجرا، باید از تجهیزات ایمن مانند نردبانهای پلاستیکی یا چوبی بهجای نردبانهای فلزی استفاده شود، زیرا فلزات ممکن است باعث خراشیدگی یا پارگی شوند. همچنین، کارگران باید از کفشهای با کفی نرم و بدون میخ استفاده کنند تا فشار موضعی به ژئوممبران وارد نشود.
- فنسکشی محافظ: نصب فنس ایمنی اطراف محل پروژه، بهویژه در مناطقی که در معرض نفوذ حیوانات (مانند جوندهها) یا تردد غیرمجاز هستند، از خراشیدگی، سوراخشدگی یا سایر آسیبهای خارجی جلوگیری میکند.
- آمادهسازی بستر مناسب: بستر زیرین ژئوممبران باید صاف، فشرده و عاری از سنگهای تیز، ریشهها یا مواد زائد باشد.
- استفاده از ژئوتکستایل محافظ: قراردادن ژئوتکستایل غیربافته سوزنی (nonwoven needle-punched) با جرم واحد سطح ۲۰۰ تا ۴۰۰ گرم بر مترمربع بین ژئوممبران و خاک زیرین یا رویی، از سوراخشدگی ناشی از سنگها یا بارهای متمرکز جلوگیری میکند۵.
- جوشکاری و درزبندی باکیفیت: جوشهای حرارتی یا اکستروژنی در اتصالات ژئوممبران باید بادقت بالا انجام شوند تا از نشت و پارگی جلوگیری شود. انجام بازرسیهای غیرمخرب مانند آزمون فشار هوا یا خلأ برای اطمینان از کیفیت درزها الزامی است
- تأثیر شرایط محیطی بر دوام ژئوممبرانها: دوام ژئوممبرانها به شرایط محیطی محل نصب بستگی دارد که به دو دسته اصلی اکسپوز (روباز) و ناناکسپوز (مدفون) تقسیم میشوند:
- اکسپوز (روباز): ژئوممبرانهایی که در معرض دید و بدون پوشش محافظ قرار دارند، مانند آنهایی که در کانالهای آب یا حوضچههای روباز استفاده میشوند. این ژئوممبرانها در برابر عوامل محیطی مانند اشعه فرابنفش (UV)، تغییرات دمایی شدید، باد، باران و تماس با مواد شیمیایی آسیبپذیرند. این عوامل میتوانند باعث شکنندگی، ترکخوردگی یا کاهش خواص مکانیکی شوند. برای افزایش دوام در این حالت، استفاده از ژئوممبرانهای حاوی افزودنیهایی مانند کربن بلک (۲ تا ۳ درصد وزنی) برای محافظت در برابر اشعه UV توصیه میشود. با این اقدامات و ورقهای استاندارد مطابق GRI-GM13، ژئوممبرانهای روباز معمولاً عمری حدود ۳۰ سال دارند(Reclamation, 2014).
- ناناکسپوز (مدفون): ژئوممبرانهایی که با لایههایی مانند بتن، سنگچین، خاک رس، آجر یا خاک پوشیده میشوند، مانند آنهایی که در لندفیلها یا تونلها به کار میروند. این پوششها ژئوممبران را از عوامل مخرب محیطی مانند اشعه UV، اکسیداسیون، سایش و آسیبهای فیزیکی محافظت میکنند. این شرایط دوام ژئوممبران را بهطور قابلتوجهی افزایش میدهد و عمر مفید آن میتواند به صدها سال (تا بیش از ۹۵۰ سال در برخی گزارشها(ICOLD, 2010))(Reclamation, 2014).) برسد.
- انتخاب ژئوممبران مناسب با توجه به شرایط محیطی پروژه و استفاده از افزودنیهای محافظتی، نقش کلیدی در تضمین عملکرد درازمدت این مصالح دارد.
- بازرسی و نگهداری دورهای: بازرسیهای منظم پس از نصب، بهویژه در پروژههای حساس مانند مخازن فاضلاب، برای شناسایی زودهنگام آسیبهایی مانند پارگی، ترکخوردگی یا سوراخشدگی ضروری است. تمیز نگهداشتن سطح ژئوممبران و جلوگیری از تجمع مواد شیمیایی خورنده نیز به افزایش دوام کمک میکند.
الف
ب
ج
د
و
ه
شکل ۱۴: مراحل نصب ژئوممبران: الف) آمادهسازی و تسطیح دقیق بستر برای ایجاد سطحی یکنواخت، و متراکم ب) حفر ترانشههای مهار جهت تثبیت لبهها، ج) پهن کردن و جوش ژئوتکستایل بهعنوان لایه محافظ، د) اجرای ژئوممبران و جوش درزها ه) بهرهبرداری
۴: نتیجهگیری
ژئوممبرانها بهعنوان یکی از مؤثرترین ابزارهای آببندی در مهندسی ژئوتکنیک، درصورتیکه بهدرستی طراحی، اجرا و نگهداری شوند، میتوانند طول عمری بالا و عملکردی قابلاعتماد داشته باشند. انتخاب نوع مناسب پلیمر، توجه به شرایط محیطی، اجرای دقیق و استفاده از لایههای محافظ از جمله عوامل کلیدی در افزایش دوام آنهاست. بررسی مکانیزمهای متداول خرابی نشان میدهد که بیشتر آسیبها قابلپیشگیری هستند، مشروط بر آنکه در طراحی و اجرا استانداردهای لازم رعایت شود. در نهایت، تخمین عمر مفید ژئوممبرانها بسته به محل نصب (مدفون یا روباز) بسیار متفاوت است؛ اما با بهکارگیری محصولات باکیفیت و راهکارهای حفاظتی مناسب، میتوان انتظار داشت این مصالح دههها بدون نیاز به تعویض یا تعمیر عمده به کار خود ادامه دهند.
۵: مراجع
GRI-GM13. (2021). Test Methods, Properties, and Frequencies for High Density Polyethylene (HDPE) Geomembranes. In. Folsom, Pennsylvania, USA: Geosynthetic Research Institute (GRI).
ICOLD. (2010). Geomembrane Sealing Systems for Dams–Design Principles and Review of Experience. In: ICOLD Paris, France.
Koerner, R., Wilson-Fahmy, R., & Narejo, D. (1996). Puncture protection of geomembranes Part III: Examples. Geosynthetics International, 3(5), 655-675.
Koerner, R. M. (2012). Designing with geosynthetics-Vol. 2 (Vol. 1). Xlibris Corporation.
Narejo, D., Koerner, R., & Wilson-Fahmy, R. (1996). Puncture protection of geomembranes Part II: Experimental. Geosynthetics International, 3(5), 629-653.
Reclamation, U. (2014). Chapter 20: geomembranes phase 4 (Final). Design Standards(13)
Steiniger, F. (1968). The Effect of Burrower Attack on Dike Liners. Wasser and Boden
Vandervoort, J. (1992). The Use of Extruded Polymers in the Containment of Hazardous Wastes; Schlegel Lining Technology. Inc.: The Woodlands, TX.
Wayne, M. H., & Koerner, R. M. (1988). Effect of wind uplift on liner systems. Geotechnical Fabrics Report, 6. (4)
Wilson-Fahmy, R., Narejo, D., & Koerner, R. (1996). Puncture protection of geomembranes Part I: Theory. Geosynthetics International, 3. 628-605 ,(5)
