زهکشی به معنای خارج کردن آب اضافی از درون خاک است تا از اشباع شدن بیش از حد خاک جلوگیری شود. اگر آب اضافی دفع نشود، باعث کاهش مقاومت برشی، نشست در خاک و آسیب‌هایی مانند فرسایش و روانگرایی می‌شود.
ژئوتکستایل به عنوان یک ماده ژئوسنتتیک در دهه‌های اخیر کاربرد فراوانی در پروژه‌های عمرانی و زیرساختی پیدا کرده است. استفاده از ژئوتکستایل در سیستم‌های زهکشی به عنوان یک روش مؤثر برای بهبود عملکرد زهکشی و جلوگیری از فرسایش خاک محسوب می‌شود.
ژئوتکستایل‌ها با ایجاد یک مسیر زهکشی ایمن و پایدار، اجازه تخلیه آب اضافی را می‌دهند تا ظرفیت باربری خاک حفظ شود.
در کنار زهکشی، یکی دیگر از کاربردهای مهم ژئوتکستایل، استفاده به عنوان فیلتر در خاک است. فیلتراسیون به معنای جداسازی ذرات ریز از آب یا سیال عبوری است. ژئوتکستایل‌ها با داشتن ساختار مناسب، می‌توانند مانند یک فیلتر طبیعی عمل کرده و از ورود ذرات معلق و رسوبات به داخل لایه‌های زیرین جلوگیری کنند.
مکانیزم فیلتراسیون در ژئوتکستایل بدین صورت است که وقتی آب یا سیال از روی آن عبور می‌کند، ذرات درشت‌تر روی سطح الیاف باقی می‌مانند و ذرات ریزتر از منافذ بین الیاف عبور کرده و حذف می‌شوند. بنابراین آب یا سیال خروجی از لایه ژئوتکستایل تمیزتر و فاقد رسوبات خواهد بود.
انواع ژئوتکستایل و کاربرد آنها در زهکشی
ژئوتکستایل‌ها از نظر ساختار، جنس و عملکرد به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. از نظر ساختار، ژئوتکستایل‌ها به دو نوع بافته و نبافته تقسیم می‌شوند. ژئوتکستایل‌های بافته از نخ‌های پلیمری بافته شده‌اند، در حالی که ژئوتکستایل‌های نبافته از الیاف پلیمری تشکیل شده‌اند که به صورت شبکه‌ای درهم تنیده شده‌اند. از نظر جنس، ژئوتکستایل‌ها از مواد پلیمری مختلفی مانند پلی پروپیلن، پلی اتیلن و پلی استر ساخته می‌شوند. از نظر عملکرد، ژئوتکستایل‌ها به انواع مختلفی مانند ژئوتکستایل‌های زهکشی، ژئوتکستایل‌های فیلتراسیون و ژئوتکستایل‌های تقویتی تقسیم می‌شوند.
ژئوتکستایل‌های غیربافته نسبت به انواع بافته زهکشی بهتری دارند، زیرا دارای تخلخل و نفوذپذیری بیشتری هستند. البته باید توجه داشت که ژئوتکستایل‌های سنگین‌تر و ضخیم‌تر نیز معمولاً زهکشی بهتر و طول عمر بیشتری دارند.
ژئوتکستایل و فیلتراسیون
ژئوتکستایل‌ها می‌توانند از انتقال ذرات خاک به داخل زهکش‌ها جلوگیری کنند. این امر از مسدود شدن زهکش‌ها و کاهش کارایی سیستم زهکشی جلوگیری می‌کند.
ژئوتکستایل‌ها از طریق مکانیزم‌های زیر عمل می‌کنند:
- فیلتراسیون مکانیکی: در فیلتراسیون مکانیکی، ذرات خاک به دلیل اندازه و شکل خود از طریق منافذ ژئوتکستایل عبور نمی‌کنند.
- فیلتراسیون هیدرودینامیکی: در فیلتراسیون هیدرودینامیکی، جریان آب باعث ایجاد یک نیروی گریز از مرکز می‌شود که ذرات خاک را از منافذ ژئوتکستایل دور می‌کند.
- فیلتراسیون ترکیبی: در فیلتراسیون ترکیبی، هر دو مکانیزم فیلتراسیون مکانیکی و هیدرودینامیکی برای جلوگیری از انتقال ذرات خاک به داخل زهکش‌ها استفاده می‌شوند.
کارایی فیلتراسیون به عواملی مانند قطر الیاف، ضخامت و تراکم ژئوتکستایل بستگی دارد. هرچه الیاف ریزتر و ژئوتکستایل متراکم‌تر باشد، قدرت فیلتراسیون بالاتر خواهد بود. البته نباید با تراکم بیش از حد باعث کاهش نفوذپذیری شود در نتیجه انتخاب نوع مناسب ژئوتکستایل بر اساس شرایط پروژه بسیار مهم است.
مکانیزم زهکشی و فیلتراسیون ژئوتکستایل
ژئوتکستایل‌ها از طریق دو مکانیزم زهکشی و فیلتراسیون عمل می‌کنند. مکانیزم زهکشی ژئوتکستایل‌ها به این صورت است که آب از طریق منافذ موجود در ژئوتکستایل به سمت پایین جریان می‌یابد. مکانیزم فیلتراسیون ژئوتکستایل‌ها به این صورت است که ژئوتکستایل از انتقال ذرات خاک به داخل زهکش‌ها جلوگیری می‌کند.
منابع آبی که توسط ژئوتکستایل‌ها می‌توانند زهکشی شوند، عبارتند از:
- آب سطحی: آب سطحی آبی است که روی سطح خاک جریان می‌یابد. این آب می‌تواند ناشی از بارندگی، ذوب برف یا رواناب باشد. ژئوتکستایل‌ها می‌توانند برای جمع‌آوری و هدایت آب سطحی به سمت زهکش‌ها مورد استفاده قرار گیرند. این امر می‌تواند به جلوگیری از فرسایش خاک و آسیب به سازه‌ها کمک کند.
- آب زیرزمینی: آب زیرزمینی آبی است که در زیر سطح خاک جریان می‌یابد. این آب می‌تواند ناشی از بارندگی، ذوب برف یا آب‌های زیرزمینی باشد. ژئوتکستایل‌ها می‌توانند برای جلوگیری از ورود آب زیرزمینی به سازه‌ها و تاسیسات مورد استفاده قرار گیرند. این امر می‌تواند به کاهش خطر آسیب به سازه‌ها و حفظ پایداری آنها کمک کند.
- رواناب: رواناب آبی است که از سطح خاک به سمت پایین جریان می‌یابد. این آب می‌تواند ناشی از بارندگی، ذوب برف یا جریان آب باشد. ژئوتکستایل‌ها می‌توانند برای جمع‌آوری و هدایت رواناب به سمت زهکش‌ها مورد استفاده قرار گیرند. این امر می‌تواند به کاهش خطر فرسایش خاک و آسیب به سازه‌ها کمک کند.
عوامل موثر بر مکانیزم زهکشی و فیلتراسیون ژئوتکستایل
عوامل مختلفی بر مکانیزم زهکشی و فیلتراسیون ژئوتکستایل تاثیر می‌گذارند. از جمله این عوامل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- جنس ژئوتکستایل: جنس ژئوتکستایل بر اندازه منافذ و خواص مکانیکی آن تاثیر می‌گذارد.
- ساختار ژئوتکستایل: ساختار ژئوتکستایل بر اندازه منافذ و توزیع آنها تاثیر می‌گذارد.
- خواص خاک: خواص خاک مانند اندازه ذرات، شکل ذرات و میزان رطوبت بر عملکرد ژئوتکستایل تاثیر می‌گذارد.
- شرایط بهره‌برداری: شرایط بهره‌برداری مانند میزان بارگذاری و میزان جریان آب بر عملکرد ژئوتکستایل تاثیر می‌گذارد.
مزایای ژئوتکستایل برای زهکشی و فیلتراسیون
یکی از مزایای مهم ژئوتکستایل، طول عمر بالای آن است. این ماده در برابر عواملی مانند اشعه ماوراء بنفش، قارچ‌ها، حشرات و جانوران مقاوم بوده و تحت تاثیر شرایط جوی نیز قرار نمی‌گیرد. از این رو ژئوتکستایل گزینه‌ای ایده‌آل و اقتصادی برای سیستم‌های زهکشی و فیلتراسیون به شمار می‌آید که می‌تواند برای ده‌ها سال به خوبی عمل کند.
ژئوتکستایل جایگزین نوین برای فیلتر‌های سنگدانه‌ای متداول برای زهکشی بوده و تقریباً تمام کاربردهای مربوط از جمله سیستم‌های کنترل آب زیرزمینی، روکش جاده‌ها، زیرساخت‌های ساختمان، سد‌ها و دیوار‌ها را دارا می‌باشد. در مقایسه با فیلتر‌های سنگدانه‌ای سنتی، ژئوتکستایل‌ها علاوه بر ایجاد یک زهکش پیوسته و مناسب، تأثیرات زیست محیطی ناشی از خاکبرداری و همچنین هزینه‌های پروژه را کاهش می‌دهد. ژئوتکستایل بی بافت سبک وزن تا وزن متوسط مناسب کاربرد فیلتر جهت زهکشی است، چرا که اجازه می‌دهد آب زیرزمینی از هسته‌های زهکشی گذشته و در عین حال مانع از انسداد مجاری بسیار ریز سیستم زهکش با خاک مجاور می‌شود. ژئوتکستایل نیمه سنگین بی‌بافت وقتی در تماس نزدیک با یک ژئونت یا سنگ زهکش قرار می‌گیرد می‌تواند ضایعات و خاک را فیلتر نماید و در عین حال به آب و مایعات شیمیائی اجازه عبور دهد.
در مجموع، ژئوتکستایل با دارا بودن ویژگی‌هایی همچون مقاومت کششی بالا، نفوذپذیری مناسب، سبکی، انعطاف‌پذیری و دوام، کاربرد گسترده‌ای در سیستم‌های زهکشی و فیلتراسیون دارد. این ماده با ایجاد یک مسیر ایمن برای تخلیه آب اضافی و جلوگیری از نفوذ ذرات معلق، باعث حفظ پایداری و افزایش عمر مفید سازه‌های خاکی می‌شود. انتخاب صحیح نوع ژئوتکستایل بر اساس نیاز پروژه و شرایط خاک از اهمیت بالایی برخوردار است.
