ژئوسنتیک ها موادی هستند که همگام با پیشرفت صنعت پتروشیمی با استفاده ا انواع مختلف پلیمرها ساخته شده و استفاده از آنها به عنوان مصالحی جدید در رابطه با طرحهای آب و خاک مورد استقبال مهندسین و کارشناسان در بسیاری از کشورهای جهان قرار گرفته است. بطور کلی ژئوسنتیک عنوانی فراگیر برای توصیف صفحات نازک و انعطاف پذیری است که در داخل توده خاک و یا در ارتباط با مصالح خاکی با اهداف مختلفی همچون مسلح سازی، جداسازی ،عایق بندی رطوبتی، مهار فرسایش، ایفای نقش صافی( فیلتر)، زه کشی و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

دربسیاری از موارد، این ورقه ها ممکن است ترکیبی از وظایف مذکور را به عهده داشته باشند. در این تحقیق امکان استفاده از این ماده با هدف ایفای نقش فیلتر وزهکش در زیر پوشش کانالها به عنوان جایگزینی برای مصالح معدنی( شن و ماسه) مورد بررسی قرار می گیرد.

به طور کلی مواد ژئوسنتیک را می توان به دو گروه عمده نفوذپذیر و نفوذناپذیر تقسیم نمود که در مجموع در چندزیرگروه

شامل: ژئوتکستایل ها،ژئوگریدها، ژئوممبران ها،ژئونت ها، ژئوفوم ها، ژئوسل ها، ژئوکمپزیت ها، ژئواستریپ ها، رس-ژئوسنتیک ها و لوله های ژئوسنتیک( ژئوپایپ) قابل تقسیم می باشند.

مواد ژئوسنتیک مورد استفاده در زه کشی، و از جمله زه کش زیر پوشش کانالها باید دارای نفوذناپذیری قابل توجه بوده و به سهولت بتواند حجم آب ورودی به سیستم را تخلیه نماید و در عین حال بتواند از مهاجرت ذرات خاک مجاور وفرسایش آن جلوگیری نماید. با توجه به مطالبی که فوقا به آنها اشاره شد، سیستم های فیلتر- زه کش باید متشکل از یک سیستم ژئوکمپوزیت مرکب از یک یا دو لایه ژئوتکستایل ( به عنوان فیلتر ) و یک لایه ضخیم ژئوتکستایل درشت بافت یا ژئومت اصولا طرح و بررسی مساله زمین لغزه ها در پاره ای از کشورها حائز اهمیت است. چرا که خرابیها و
تلفات ناشی از آن در بساری از موارد قابل توجه می باشد. در کشورهایی چون ایران، ژاپن، مکزیک،یوگسلاوی، نروژ،سوئیس، ایتالیا، چک و اسلواکی و شیلی خسارت ناشی از زمین لغزه ها تقریبا به طور دائمی و هرساله می باشد.

مثلا در ژاپن سالیانه حدود 2000 گسیختگی ناشی از زمین لغزه ها فقط در خاکریزه های مسیر خطوط راه آهن این کشور اتفاق می افتد. همچنین در فاصله سالهای 1961 تا 1962 بیش از 9000 زمین لغزه در چک و اسلواکی اتفاق افتاده است. در ایران نیز این مسئله به طور دائمی و هرساله در نقاط مختلف آن اتفاق می افتد و امنیت سازه های مختلف آن اتفاق می افتد و امنیت سازه های مختلف در پایین دست خود و جان ساکنین آن را به خطر می اندازد.

نمونه بارز این زمین لغزه ها در زلزله منجیل و رودبار می باشد که در اثر فعال شدن آنها دهکده ای در زیر 30 متر خاک مدفون گردید. در کشورهای پیشرفته، خطر زمین لغزه ها پهنه بندی شده اند و در بعضی از کشورها به محض فعال شدن یکی از آنها، سیستم های الکترونیکی وقوع و محل آن را دقیقا نشان می دهد. به وسیله پهنه بندی خطر زمین لغزه ها به راحتی می توان دریافت که هر شیب چه وضعیتی است و در صورت نیاز می توان آن را توسط یکی یا ترکیبی از روشهای پایدار کننده، پایدار کرد.

یکی از روشهای پایدارسازی شیبهای طبیعی استفاده از ژئوتکستایل در سطح شیب است این روش یکی از روشهایی است که تا به حال کمتر به وسیله محققین مورد پژوهش قرار گرفته است و جا دارد که در زمینه تحقیقات وسیعتری به عمل آید. ژئوتکستایل نیز که از الیاف مصنوعی ساخته می شود برای اولین بار در کشور هلند توسعه یافته است. به طور کلی این کار از سال 1953 پس از وقوع سیل مخربی که در فوریه 1953، 150000 هکتار از اراضی قسمت جنوب غربی هلند را فرا گرفت، شروع گردید. در اثر وقوع این سیل حدود 2000 نفر کشته شدند و 72000 نفرخسارت دیدند. این موضوع موجب شد تا مهندسین عمران به کاربردن مصالح جدید را مورد بررسی قرار دهند که در بین این مصالح جدید، فابریکهای مصنوعی ساخته شده از الیاف مصنوعی وجود داشت. این نوع بافته ها علاوه بر اینکه مقاومت اصطکاکی سازه خاکی را افزایش می دهد نفوذ پذیری رضایت بخشی داشته و هیچ گونه ممانعتی در برابرحرکت آب در درون خاک ندارد. همچنین در محلهایی که نمی توان از مصالح مناسب ساختمانی محکم، جامد و وزین استفاده نمود، بکاربردن تولیداتی از الیاف مصنوعی سبک وزن می تواند راه حل بیشتری از مسائل گردد. از طرفی سهولت اجرای این فابریکها و قیمت مناسب آنها نسبت به سایر روشها و کاربرد در کمترین زمان باعث شده که تمامی توجه ها به این سمت معطوف شده و تحقیقاتی در این زمینه به وسیله افراد مختلف انجام شود. با توجه به خصوصیات مختلفی که این فابریکهای مصنوعی دارن، از قبیل : قابلیت زه کشی، مقاومت کششی زیاد، لایه جداکننده، عدم قابلیت تجزیه شیمیایی، انعطاف پذیری، اقتصادی بودن، وزن کم و... کاربرد وسیعی را در مهندسی عمران پیدا کرده است. کرنر(Koerner ) در سال 1984 روشی ارائه کرد که در این روش از ژئوتکستایل به عنوان یک شبکه مسلح مقاوم
در برابر کشش استفاده می کرد. او توسط این لایه، شیب را به طور کامل پوشش می داد و در نقاطی از شیب، به وسیله مهارهای فولادی قطعه لغزنده را به سطح زیرین محکم می نمود و به این طریق مقاومت برشی خاک را افزایش می داد. در سالهای بعد از او افراد دیگری از ژئوتکستایل به عنوان یک لایه فیلتر و زهکش کننده استفاده کردند. در این طریقه با ایجاد کانالهایی در روی شیب و قرار دادن ژئوتکستایل، دور مصالح دانه ای، خروج آب سطحی از شیب راسریعتر می کردند.

کلمه ژئوسنتتیک از دو بخش «ژئو» (Geo) و «سنتتیک» (Synthetic) ساخته شده‌است. از کلمه «ژئو» در مواردی استفاده می‌شود که مربوط به زمین باشد و قسمت دوم، «سنتتیک»، در مورد موادی استفاده می‌شود که ساخته دست بشر باشند یا به عبارت دیگر موادی که مصنوعی اند و به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی‌شوند.

ویژگیهای مواد ژئوسنتتیک :

ژئو ممبران ها :

ورقه های انعطاف پذیری بسیار کم( در حدود صفر) هستند که عموما" جهت آب بندی مخازن، کانالها، حوضچه ها و سایر سازه های مشابه" مورد استفاده قرار می گیرند. در ابتدا برای ساخت این ماده از رزین ها استفاده می شد اما امروزه پی وی سی و پلی اتیلن بیشترین کاربرد را برای تولید آن دارند.

ژئوگریدها:

از رشته های به هم پیوسته یکپارچه قابل انبساط با شبکه روزنه های منظم تشکیل و معمولا از" پلی اتیلن، پلی پروپلین یا پلی استر" ساخته می شوند. این ماده عموما" برای مسلح سازی خاکهای ناپایدار" مورد استفاده قرار می گیرد.

ژئوتکستایل ها:

صفحات نفوذ پذیری هستند که از الیاف پلی پروپلین و یا پلی استر و به دو صورت کلی بافته شده( تک رشته ای و چند رشته ای ) و بافته نشده ساخته می شوند. در ژئوتکستایل های بافته شده رشته های الیاف با تکنولوژی بافت منسوجات به شکل های مختلف بافته می شوند در حالی که در نوع بافته نشده توده ای از الیاف با استفاده از حرارت، چسب های شیمیایی یا فشار مکانیکی به هم اتصال یافته و بدین ترتیب انواع مختلف ژئوتکستایل ها تولید می گردند. این مواد به علت نفوذناپذیری مناسب و بافت ری قابل کنترل، عموما" به عنوان فیلتر" مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربردهای ژئوتکستایل :

الف- تسلیح خاک

زمین لغزه: در ایران و دیگر کشورها این مسئله به طور دائمی و هر ساله در نقاط مختلف آن اتفاق می افتد و امنیت سازه های مختلف و ساکنین آنها در قسمت پایین دست خود را به خطر می اندازد نمونه آن در زلزله منجیل و رودبار می باشد که در اثر فعال شدن آنها دهکده ای در زیر 30 متر خاک مدفون گردید که بایستی از روشهای پایدارکننده آن را پایدار کرد.

1ـ استفاده از بست های فولادی

روش بست های فولادی

به طور کلی یک ورق فولادی گالوانیزه به ضخامت 5 میلی متر برای پایداری دیواری به ارتفاع 14 تا 15 متر کافی است در بعضی اوقات از قطعات پیش ساخته بتنی استفاده می شود این قطعات پیش ساخته با اتصالات کام در زبانه با یکدیگر قفل و بست می شوند به طوری که از جریان خاک از بین درزها به سمت پایین جلوگیری می شود در صورت استفاده از پوسته های فولادی، قطعات مختلف به یکدیگر پیچ شده و بسته های فولادی بین دو لبه قطعات قرار داده می شوند.

2ـ استفاده از ژئوتکستایل ها

در این روش با به کار بردن لایه های ژئوتکستایل در خاکریز می توان حجم مصرفی مصالح خاکی را کاهش داده و خاکریز را در برابر تمامی بارهای اعمالی مسلح کرد همچنین می توان با شیب دلخواه تا 90 درجه ایجاد کرد این دیوارها انعطاف پذیر بوده و در مقابل لغزش دورانی ضریب اطمینان بالایی خواهند داشت از خاکریزهای مسلح می توان در جلوگیری از رانش زمین- دیوارهای حائل وزنی که به نحوی محدودیت بعد دارند در ریزش گیرها و در بستر جاده ها به کار رود.

ب- زه کشی

آب زیرزمینی در روی ژئوتکستایل به خوبی جریان پیدا کرده و می تواند به سمت نقاط خروجی هدایت شود. یعنی با افزایش نفوذپذیری خاک باعث شود آب درون آنها زه کشی شود.

ج- جداسازی

با استفاده از ژئوتکستایل می توان لایه های مختلف خاک را از هم جدا کرد به عنوان مثال در احداث شاه راه ها- بستر رسی را می توان به کمک ژئوتکستایل از زیراساس شنی جدا کرد ( در لایه های روسازی راه )

د- فیلتر در سدها

در صورتی که یک لایه ژئوتکستایل بین دو لایه خاک دانه ای درشت دانه و ریز دانه قرار داده شود زه کشی به راحتی از لایه های ریز به لایه درشت انجام شده و از نفوذ دانه های ریز به لایه دانه های درشت جلوگیری می شود. به طور کلی در طراحی فیلتر های ژئوتکستایل از دو معیار زیر استفاده می شود:

1ـ محدوده نگهداری: ژئوتکستایل باید در برابر ذرات خاک مقاومت کند.

2ـ محدوده نفوذپذیری: ژئوتکستایل باید توان گذردهی آب اضافی و آزاد از خود را داشته باشد.

مزیت و عیب ژئوتکستایل ها

مزیت: کاربرد آنها سریع و راحت است و مهارت خاصی لازم ندارد، دوام آنها در مقابل عوامل طبیعی زیاد است، توانایی آنها در نگهداری ذرات خاک در محل خود، مقاومت الکتریکی بالا.

عیب: تغییر شکل در دراز مدت ایجاد می کنند.

ژئونت ها:

از ردیف شبکه های موازی تشکیل می شوند که برای افزایش توان زه کشی مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد عموما" از پلی اتیلن با دانسیته بالا" ساخته می شوند.

ژئوسل ها:

این مواد به صورت شبکه سه بعدی با ابعاد مختلف و برای تثبیت خاک یا کنترل فرسایش سواحل مورد استفاده قرار می گیرند.

رس- ژئوسنتیک ها:

متشکل از ورقه های ژئوسنتیک با میان لایه های رسی( بنتونیتی ) بوده و برای جلوگیری از نشت آب و آب بندی مخازن مورد استفاده قرار می گیرند. نوع متداول آن متشکل از یک لایه بنتونیت در میان دو ورقه ژئوتکستایل یا ژئوممبران می باشد.

ژئوکمپزیت ها:

ترکیبی از ورقه های مختلف ژئوسنتیک مانند ژئوتکستایل- ژئونت، ژئوتکستایل- ژئوگرید، ژئوتکستایل- ژئوسل و غیره ساخته شده و در بسیاری از موارد به عنوان فیلتر- زه کش مورد استفاده قرا می گیرند که این ویژگی موضوع اصلی بحث دراین مقاله می باشد.

ژئوفوم ها:

عموما با استفاده از پلی استر و به صورت قطعات یا بلوک هایی به شکل هندسی معین ساخته می شوند. این مواد بسیار نرم و سبک بوده و با هدف کنترل فشار خاک در پشت دیوارهای حائل، جذب تورم، عایق بندی و غیره مود استفاده قرار می گیرند.

ژئوپایپ ها:

لوله های مشبک یا متخلخل ساخته شده از پلی وینیل کلاید یا پلی اتیلن با دانستیه بالا می باشند که به عنوان زه کش مورد استفاده قرار می گیرند. جدار این لوله ها ممکن است صاف یا موجدار باشد. در حال حاضر استفاده از ژئوپایپ های موجدار ساخته شده از پلی اتیلن دانسیته بالا بسیار متداول شده است.

مواد ژئوسنتیک مورد استفاده در زه کشی، و از جمله زه کش زیر پوشش کانالها باید دارای نفوذناپذیری قابل توجه بوده و به سهولت بتواند حجم آب ورودی به سیستم را تخلیه نماید و در عین حال بتواند از مهاجرت ذرات خاک مجاور و فرسایش آن جلوگیری نماید. با توجه به مطالبی که فوقا به آنها اشاره شد، سیستم های فیلتر- زه کش باید متشکل از یک سیستم ژئوکمپوزیت مرکب از یک یا دو لایه ژئوتکستایل ( به عنوان فیلتر ) و یک لایه ضخیم ژئوتکستایل درشت بافت یا ژئومت اصولا طرح و بررسی مساله زمین لغزه ها در پاره ای از کشورها حائز اهمیت است. چرا که خرابیها و تلفات ناشی از آن در بساری از موارد قابل توجه می باشد. در کشورهایی چون ایران، ژاپن، مکزیک،یوگسلاوی، نروژ، سوئیس، ایتالیا، چک و اسلواکی و شیلی خسارت ناشی از زمین لغزه ها تقریبا به طور دائمی و هرساله می باشد. مثلا در ژاپن سالیانه حدود 2000 گسیختگی ناشی از زمین لغزه ها فقط در خاکریزه های مسیر خطوط راه آهن این کشور اتفاق می افتد. همچنین در فاصله سالهای 1961 تا 1962 بیش از 9000 زمین لغزه در چک و اسلواکی اتفاق افتاده است. در ایران نیز این مسئله به طور دائمی و هرساله در نقاط مختلف آن اتفاق می افتد و امنیت سازه های مختلف آن اتفاق می افتد و امنیت سازه های مختلف در پایین دست خود و جان ساکنین آن را به خطر می اندازد. نمونه بارز این زمین لغزه ها در زلزله منجیل و رودبار می باشد که در اثر فعال شدن آنها دهکده ای در زیر 30 متر خاک مدفون گردید. در کشورهای پیشرفته، خطر زمین لغزه ها پهنه بندی شده اند و در بعضی از کشورها به محض فعال شدن یکی از آنها، سیستم های الکترونیکی وقوع و محل آن را دقیقا نشان می دهد. به وسیله پهنه بندی خطر زمین لغزه ها به راحتی می توان دریافت که هر شیب چه وضعیتی است و در صورت نیاز می توان آن را توسط یکی یا ترکیبی از روشهای پایدار کننده، پایدار کرد. یکی از روشهای پایدارسازی شیبهای طبیعی استفاده از ژئوتکستایل در سطح شیب است این روش یکی از روشهایی است که تا به حال کمتر به وسیله محققین مورد پژوهش قرار گرفته است و جا دارد که در زمینه تحقیقات وسیعتری به عمل آید. ژئوتکستایل نیز که از الیاف مصنوعی ساخته می شود برای اولین بار در کشور هلند توسعه یافته است. به طور کلی این کار از سال 1953 پس از وقوع سیل مخربی که در فوریه 1953، 150000 هکتار از اراضی قسمت جنوب غربی هلند را فرا گرفت، شروع گردید. در اثر وقوع این سیل حدود 2000 نفر کشته شدند و 72000 نفر خسارت دیدند. این موضوع موجب شد تا مهندسین عمران به کاربردن مصالح جدید را مورد بررسی قرار دهند که در بین این مصالح جدید، فابریکهای مصنوعی ساخته شده از الیاف مصنوعی وجود داشت. این نوع بافته ها علاوه بر اینکه مقاومت اصطکاکی سازه خاکی را افزایش می دهد نفوذ پذیری رضایت بخشی داشته و هیچ گونه ممانعتی در برابر حرکت آب در درون خاک ندارد. همچنین در محلهایی که نمی توان از مصالح مناسب ساختمانی محکم، جامد و وزین استفاده نمود، بکاربردن تولیداتی از الیاف مصنوعی سبک وزن می تواند راه حل بیشتری از مسائل گردد. از طرفی سهولت اجرای این فابریکها و قیمت مناسب آنها نسبت به سایر روشها و کاربرد در کمترین زمان باعث شده که تمامی توجه ها به این سمت معطوف شده و تحقیقاتی در این زمینه به وسیله افراد مختلف انجام شود. با توجه به خصوصیات مختلفی که این فابریکهای مصنوعی دارن، از قبیل : قابلیت زه کشی، مقاومت کششی زیاد، لایه جداکننده، عدم قابلیت تجزیه شیمیایی، انعطاف پذیری، اقتصادی بودن، وزن کم و... کاربرد وسیعی را در مهندسی عمران پیدا کرده است. کرنر(Koerner ) در سال 1984 روشی ارائه کرد که در این روش از ژئوتکستایل به عنوان یک شبکه مسلح مقاوم در برابر کشش استفاده می کرد. او توسط این لایه، شیب را به طور کامل پوشش می داد و در نقاطی از شیب، به وسیله مهارهای فولادی قطعه لغزنده را به سطح زیرین محکم می نمود و به این طریق مقاومت برشی خاک را افزایش می داد. در سالهای بعد از او افراد دیگری از ژئوتکستایل به عنوان یک لایه فیلتر و زهکش کننده استفاده کردند. در این طریقه با ایجاد کانالهایی در روی شیب و قرار دادن ژئوتکستایل، دور مصالح دانه ای، خروج آب سطحی از شیب را سریعتر می کردند.

یکی دیگر از موارد استفاده از ژئوتکستایل ها، مسلح نمودن خاکریزهاست. با بکار بردن لایه های ژئوتکستایل در خاکریز می توان حجم مصرفی مصالح خاکی را کاهش داده و خاکریز را در مقابل تمامی بارهای اعمالی مسلح کرد. همچنین می توان دیواری با شیب دلخواه تا 90 درجه ایجاد کرد. این دیوارها انعطاف پذیر بوده و در مقابل لغزش دورانی ضریب اطمینان بالایی خواهند داشت. از خاکریزه های مسلح می توان در جلوگیری از رانش زمین، دیوارهای حایل وزنی که به نحوی محدودیت بعد دارند، در ریزش گیرها، در بستر جاده و ... استفاده کرد.

نویسنده : کلینیک بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))