ژئوتکستایل به منسوجات بافته یا نبافته‌ای اطلاق می‌شود که جهت بهبود خواص مختلف خاک یا آسفالت اعم از کنترل فرسایش، زهکشی، جداسازی، فیلتراسیون، مقاوم‌سازی یا حفاظت مورد استفاده قرار می‌گیرند. این منسوجات از جنس پلیمر و عمدتاً پلی استر یا پلی پروپیلن بوده و در وزن واحد سطح متفاوت تولید می‌شوند. ساختار متخلخل آن‌ها باعث وجود خواص مطلوبی نظیر موئینگی و جذب آب، آبگذری، تحمل فشار و ضربات، جذب قیر و از همه مهم‌تر فیلتراسیون می‌شود.
تاریخچه ژئوتکستایل
نام کنونی این محصولات در سال 1977، حدود 42 سال پیش، برای اولین بار در مقاله‌ای که توسط Jirud در کنفرانسی در پاریس ارائه شد، مطرح شد. اهمیت کنفرانس سبب شد تا آن‌ها از آن پس به این نام شناخته شوند. تاریخچه کاربرد ژئوتکستایل‌ها به مدت‌ها قبل از شناخته شدنشان به اسم کنونی بر می‌گردد. در دهه 1960 آلمانی‌ها از این محصولات در سیل بند‌ها استفاده می‌کردند. این طراحی در نتیجه‌ی سیل ویرانگری بود که در سال 1953 در هلند رخ داد. دکتر Jirud حتی چند سال قبل از کنفرانس سال 1977 نیز از این منسوجات در طراحی‌های خود استفاده می‌کرد. دکتر Jirud در دهه 1970 برای اولین بار از ژئوتکستایل به عنوان فیلتر در ساخت یک سد در فرانسه استفاده کرد. این سد که در سال 1970 ساخته شد تاکنون دارای عملکرد خوبی بوده است.
کاربرد ژئوتکستایل: پارچه‌ای با کارکردهای گوناگون
ساختار خاص و عملکرد‌های چندگانه آن باعث شده است تا این محصول به پارچه‌ای با کاربرد بسیار بالا در پروژه‌های عمرانی تبدیل شود. از جمله خواص اصلی و ویژه آن می‌توان به ساختار نفوذپذیر آن اشاره کرد که در پروژه‌های عمرانی که اغلب با آب درگیر هستند، خاصیتی بسیار حائز اهمیت می‌باشد.
عملکرد چندگانه ژئوتکستایل
محصولات ژئوسنتتیک دارای کاربرد‌های گسترده‌ای بوده و به همین دلیل جزء جدایی ناپذیر پروژه‌های بزرگ عمرانی می‌باشند. در این میان عملکرد‌های چندگانه ژئوتکستایل‌ها سبب شده است تا آن‌ها در کنار هر یک از محصولات ژئوسنتتیک در پروژه‌های عمرانی به کار روند. از جمله مهم‌ترین این عملکرد‌ها می‌توان به زهکشی، فیلتراسیون، جداکنندگی، محافظت و مقاوم‌سازی اشاره کرد.
نقش زهکش و فیلتراسیون
نیاز به زهکشی در سازه‌های ژئوتکنیکی سال هاست که مطرح است. این نیاز سبب شده تا فیلتر‌هایی که مانع از شسته شدن خاک می‌شوند، مورد استفاده قرار گیرند. چرا که شسته‌شدگی خاک در اطراف سیستم زهکشی سبب مسدود شدن این سیستم و ناپایداری‌های احتمالی در آن محدوده می‌گردد. ژئوتکستایل به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردش به عنوان پرکاربردترین محصول در سیستم‌های زهکشی سازه‌های عمرانی شناخته شده است. منافذ بسیار ریز آن ضمن عبور جریان آب ذرات خاک را فیلتر کرده و مانع از عبور آن‌ها و آب شستگی می‌شوند. این محصولات به عنوان فیلتر در سیستم‌های زهکشی سد‌های خاکی، راه‌ها و راه آهن‌ها، دیوار‌های حائل و… به کار می‌روند.
نقش جداکننده ژئوتکستایل در راهسازی
استفاده از این محصول به عنوان جداکننده ذرات ریز دانه از درشت دانه و نیز جداسازی بستر نامرغوب از مصالح روسازی، در احداث جاده بسیار رایج و مرسوم می‌باشد. اهمیت نقش جداسازی ژئوتکستایل در جاده‌سازی به این دلیل می‌باشد که با جلوگیری از اختلاط مصالح ریزدانه در داخل مصالح درشت دانه از به هدر رفتن مصالح ریزدانه و کاهش خواص مقاومتی مصالح درشت دانه جلوگیری می‌کند. همچنین در مورد عبور جاده از مناطقی با خاک‌های سست، این محصول از اختلاط مصالح مرغوب با بستر نامرغوب و هدر رفتن مصالح جلوگیری می‌کند. بدین ترتیب علاوه بر کاهش مصالح مورد نیاز، عمر مفید راه‌ها هم افزایش می‌یابد. در زیرسازی خط آهن و باند فرودگاه نیز می‌توان از نقش جداسازی آن بهره برد.
نقش محافظ ژئوممبران
ژئوممبران‌ها اغلب در پروژه‌های عمرانی به منظور ایجاد یک لایه‌ی آب بند به کار می‌روند. ژئوممبران باید در طول زمانی که به کار گرفته می‌شود، نفوذ ناپذیر باقی بماند. اما تنش‌های القایی به وجود آمده در اثر مصالح موجود در محل، می‌تواند سبب جابجایی و در مواقعی پارگی ژئوممبران گردد. یک لایه‌ی ژئوتکستایل با ضخامت مناسب می‌تواند نقش به سزایی در کاهش آسیب دیدگی ژئوممبران داشته باشد.
کنترل فرسایش به وسیله ژئوتکستایل
فرسایش خاک یک پدیده پیچیده و یک مسأله مهم زیست محیطی می‌باشد که در سراسر دنیا رخ می‌دهد و می‌تواند زمین‌های کشاورزی یا غیر کشاورزی را تحت تأثیر قرار دهد. مستندات حاکی از این است که فرسایش خاک می‌تواند اثرات منفی اجتماعی، اقتصادی و زیست محیطی فراوانی را در پی داشته باشد. در این میان ژئوتکستایل محصول مناسبی برای کنترل فرسایش می‌باشد. به کارگیری ژئوتکستایل به منظور کنترل فرسایش خاک، برای اولین بار در دهه 1970 انجام شد و به دلیل موفقیت‌آمیز بودن، این محصول به یکی از اصلی‌ترین محصولات کنترل فرسایش در پروژه‌های عمرانی تبدیل شد. این محصول، سطح خاک را از نیرو‌های کششی وارده در اثر آب، باد و بارندگی حفظ کرده و مانع از فرار ذرات خاک در اثر این نیرو‌ها می‌گردد.
کاربرد ژئوتکستایل در سدسازی
حدود 40 سال است که این محصولات به دلیل عملکرد‌های متنوعشان در ساخت سد‌های زیادی در سراسر دنیا به کار گرفته شده‌اند. در سد‌های خاکی همواره برای جلوگیری از فرسایش سطح سد در قسمت بالادست در اثر برخورد امواج آب و نیز فرسایش سطح پایین دست سد در اثر بارندگی، از یک لایه از این محصول به عنوان پوشش سطح سد استفاده می‌شود تا اجازه‌ی فرار و فرسایش به ذرات خاک موجود در بدنه سد داده نشود. همچنین از آن به عنوان فیلتر در سیستم زهکشی عمودی بدنه سد نیز استفاده می‌شود. در مواقع احداث سد در مناطق دارای نزولات جوی زیاد، از لایه‌های افقی این محصول در تراز‌های مختلف بدنه سد استفاده می‌شود. با اتصال این لایه‌های افقی به سیستم زهکشی عمودی، زهکشی بدنه سد به طور مؤثر‌تری صورت می‌گیرد و از ایجاد فشار آب اضافی در بدنه سد که می‌تواند منجر به ناپایداری گردد، جلوگیری می‌شود.
برای جمع بندی موارد کاربرد ژئوتکستایل‌ها در پروژه‌های سدسازی شامل موارد زیر است:
- در جاده‌های دسترسی موقتی سرریز
- زهکشی خاکریز به هدف تسریع فرآیند تحکیم و نیز محدود کردن فیلتر‌ها
- لایه نازک محافظ شیب بالا دست و پایین دست
- ورقه‌های پوششی زهکش‌های پاشنه پائین دست در شرایطی غیر عملی چون: جاده‌ها یا خاکریز دائمی
- مسلح کردن خاک در خاکریز
- فیلتراسیون و جداسازی مصالح
به کارگیری ژئوتکستایل در محل انباشت زباله‌ها (لندفیل یا مدفن زباله)
یکی از مهم‌ترین کاربرد‌های این محصولات در ساخت محل‌های انباشت و دفن زباله‌ها می‌باشد. در این محل‌ها عملکرد‌های مختلف ژئوتکستایل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. آن‌ها به منظور جداساز، فیلتر، زهکش و تقویت‌کننده در این سیستم‌ها به کار می‌روند. به عنوان جداساز در مناطقی که دارای مصالحی با دانه‌بندی متفاوت هستند به کار می‌روند و سبب می‌شوند تا این مصالح پیوستگی خود را حفظ کرده و عملکردشان ارتقاء یابد. زمانی که این محصولات به عنوان فیلتر به کار می‌روند، اجازه حرکت جریان مایعات و گاز‌های تولیدی از زباله‌ها را می‌دهند در حالیکه خاک و دیگر ذرات ریز را در جای خود نگه می‌دارند و بدین ترتیب باعث افزایش کارآیی سیستم جمع‌آوری مایعات و گاز‌ها می‌شوند. آن‌ها به دلیل ساختار متخلخلشان مانند مصالح زهکش عمل کرده و سیالات را از درون صفحه خود عبور می‌دهند. آن‌ها به عنوان تقویت‌کننده خاک‌های دانه‌ریزی که مقاومت کششی خیلی کمی دارند نیز به کار می‌روند.
به کارگیری ژئوتکستایل در پروژه‌های دریایی
از این محصولات در پروژه‌های دریایی و مهندسی ساحل به طور گسترده استفاده می‌شود. این محصولات برای قرار گرفتن در زیر ریپ رپ‌ها بسیار مناسب هستند و با فیلتراسیون مناسب، مانع از شسته شدن زیر ریپ‌ها و ناپایداری آن‌ها می‌گردند. همچنین از این محصولات برای تولید ژئوبگ‌ها استفاده می‌شود. ژئوبگ‌ها کیسه‌هایی دوخته شده از ژئوتکستایل هستند که در محل پروژه، از ماسه ساحلی پر می‌شوند و برای ساخت انواع سازه‌های حفاظت ساحلی از قبیل موج‌شکن‌ها و گریون‌ها به کار می‌روند.
ژئوتکستایل و محافظت از خطوط لوله
با دفن خطوط لوله مربوط به انتقال گاز، نفت و آب، آن‌ها در مجاورت مصالح خاکی و سنگی قرار می‌گیرند که تماس مصالح تیزگوشه با لوله منجر به آسیب دیدن و در مواقعی آسیب جدی بدنه لوله می‌شود. این آسیب‌ها می‌توانند تلفات جانی و مالی قابل توجهی رو به دنبال داشته باشند و سبب آلودگی محیط زیست گردند. با به کارگیری یک لایه ژئوتکستایل بر روی بدنه لوله می‌توان مانع از تماس مصالح تیزگوشه با بدنه‌ی لوله‌ها شد و بدین ترتیب از تلفات احتمالی پیشگیری نمود. با توجه به حساسیت پروژه و درصد مصالح تیزگوشه موجود باید از ضخامت‌ها و وزن‌های واحد سطح مختلف از این محصول استفاده کرد.
مزیت اقتصادی
به کارگیری این محصول علاوه بر مزایای متعدد فنی از لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه می‌باشد. مزایای اقتصادی کاربرد آن را می‌توان بدین صورت خلاصه کرد:
به کارگیری این محصول سبب تسریع و تسهیل انجام پروژه‌ها شده، میزان مصالح خاکی مورد نیاز را کاهش داده، رفتار بلند مدت سازه را ارتقا بخشیده، از هزینه‌های تعمیر و نگهداری کاسته و مانع از بروز بسیاری از مشکلات زیست محیطی می‌گردد.
تولید و عرضه انواع ژئوتکستایل‌های نبافته
شرکت سپید صنعت چالوس با به کارگیری دانش فنی و تخصصی و ماشین آلات پیشرفته، موفق به تولید و عرضه انواع ژئوتکستایل‌های نبافته پلی پروپیلنی و پلی استری با عرض 7 متر برای اولین بار در ایران شده است. عرض بالای این محصولات تولیدی سبب سهولت و تسریع اجرا و کاهش چشمگیر هزینه‌های حمل و نقل می‌گردد که برای مسئولین پروژه‌ها بسیار حائز اهمیت می‌باشد.
تاریخچه تکامل ژئوسنتتیک‌ها
زهکشی، جداسازی، فیلتراسون و مسلح‌سازی از اصلی‌ترین موارد کاربردی این نوع از محصول‌ها می‌باشد. در حدود پنج هزار سال پیش در فلات ایران در هزاره اول پیش از میلاد برای ساخت اماکن مسکونی و ساخت عبادتگاه‌هایی چون برج بابل از خاک مسلح شده با قطعات نی استفاده گردید.
سپس استفاده از بوریای بافته شده از نی در ایتالیا و نیز صفحات کرباس در هلند، امریکا و انگلستان جهت تقویت خاکریز‌های کناری رودخانه و جاده ابداع گردید. مصرف اولین نسل از ژئوتکستایل پلیمری از اواخر دهه پنجاه، زمانی آغاز شد که کاربرد آن‌ها به عنوان فیلتر‌های جدید مرسوم گردید.
این دوره شکوفایی از اواخر دهه ٦٠ میلادی شروع و روند استفاده از آن‌ها بصورت پوشش فیلتری و مسلح‌کننده‌ی جاده‌ها، فرودگاه‌ها، سد‌ها و … سیری صعودی را طی نمود.
امروزه در احداث سازه‌های مختلف و بخصوص سازه‌های هیدرولیکی از این محصولات به میزان قابل ملاحظه‌ای استفاده می‌شود. برای اولین بار از ژئوممبران در سال ١٩٦٠ میلادی به عنوان غشای آب بند در برخی از بخش‌های سدی در کانادا استفاده شد و ١٠٠٠٠ متر مربع ژئوتکستایل در فرانسه به عنوان فیلتر در دو بخش مختلف یک سد استفاده گردید.
مصالح ژئوسنتتیک، در حال حاضر توسط ٧٥ تولید‌کننده در سراسر جهان ساخته می‌شود که پیشرفتی بنیادی و زیربنایی در امر مصالح با توسعه همگام و همزمان در زمینه تکنولوژی مهندسی، کاربرد این مصالح را در طراحی و ساخت سد و پی افزایش می‌دهد.
طبقه‌بندی خصوصیات اصلی ژئوسنتتیک‌ها
خصوصیات ژئوسنتتیک‌ها همانند هر ماده دیگری که در فعالیت‌های مهندسی مورد مصرف قرار می‌گیرد؛ به مواد بکار رفته در تولید آن‌ها، چگونگی ساخت و شکل فیزیکی محصول نهایی بستگی دارد.
خصوصیات اصلی آن‌ها را می‌توان به سه گروه زیر تقسیم کرد:
- خصوصیات فیزیکی: وزن مخصوص، ضخامت، انعطاف‌پذیری
- خصوصیات مکانیکی: دوام، مقاومت کششی، مقاومت سوراخ شدگی
- خصوصیات هیدرولیکی: اندازه خلل و فرج، نفوذپذیری، قابلیت انتقال
از روی این خصوصیات می‌توان نوع مناسب محصول را جهت هر فعالیت مهندسی معین، انتخاب نمود.
کاربرد انواع ژئوتکستایل‌ها
- تفکیک و جداسازی: از این مصالح به منظور جداسازی دو نوع از مصالح ساختمانی با جنس متفاوت استفاده می‌شود جداسازی دو نوع شن، خاک و سنگ و یا دو ناحیه مختلف از مصالح در یک سد خاکی
- مسلح کردن: از ورق‌های ژئوتکستایل به منظور افزایش مقاومت کششی خاک‌های سست دانه ریز استفاده می‌شود. این محصولات سبب می‌شوند تا بار وارده در سطح گسترده‌تری پخش شده و ظرفیت باربری افزایش یابد.
- زهکشی: ژئوتکستایل در انحراف مسیر آب و جلوگیری از جریان آن به سوی یک منطقه مشخص به منظور حفظ پایداری خاک، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- فیلتراسیون: این محصول ضمن عبور آب، مانع از حرکت و فرار ذرات ریز دانه خاک می‌گردد.
معرفی محدودیت‌های اجرایی و انتخابی ژئوتکستایل‌ها
به منظور مقابله با اثرات تخریبی اشعه ماوراء بنفش، در زمانی که این نوع محصولات به مدت چند روز در معرض مستقیم نور خورشید قرار دارند، باید پیش‌بینی‌های لازم صورت گیرد. به گونه‌ای که لایه‌های ژئوتکستایل از زمان ساخت تا پایان اجرا نباید جمعا بیش از ٣٠ روز در معرض اشعه فرا بنفش باشند. از طرفی شرایط نفوذپذیری نیز باید بر اساس سطح باز موجود در تکستایل‌ها که در تماس با جریان آب قرار دارند محاسبه گردد.
به فرض نمونه: اگر ٥٠% از سطح تکستایل با بلوک بتنی مسطح پوشانده شود، جریان مؤثر به مقدار ٥٠% کاهش می‌یابد.
- این محصولات در هنگام تعبیه بر روی سطوح شیب دار باید تثبیت شوند.
- این محصولات در هنگام خاکریزی (بارگذاری)، باید مقاومت کافی در برابر آسیب‌های احتمالی داشته باشند.
- آن‌ها با حفظ خصوصیات طراحی و بدون هیچ پارگی، باید قادر به تحمل کرنش‌های موجود در اطراف خاکریز که در اثر بار‌هایی چون زلزله بوجود می‌آید باشند. این نکته اهمیت عملکرد مطلوب تکستایل در حین بروز زمین لرزه را متذکر می‌شود.
تکستایل‌ها بعد از این که در محیط مورد نظر تعبیه می‌شوند، باید یکسری فاکتور‌ها را برآورده کنند. از این میان می‌توان به این مورد اشاره کرد که در اثر موارد طبیعی مانند رشد گیاهان یا ریشه‌های آن‌ها نباید دچار آسیب شوند. مواد تشکیل‌دهنده آن‌ها به دلیل ناپایداری نباید تجزیه شوند.
با توجه به آنکه مقاومت این مواد در صورت غوطه ور شدن در یخ و کاهش دما، کاهش می‌یابد، لازم است که پیشگیری‌هایی به منظور جلوگیری از تماس آن با آب بسیار سرد به عمل آورده شود.
بطور کلی اغلب این محصول‌ها از پلی پروپلین یا پلی استر تشکیل شده‌اند و ممکن است بصورت بافته و یا نبافته تولید گردند.
مواد اولیه این محصول
چهار نوع اصلی از پلیمر‌ها مواد اولیه ترکیبات این محصولات را تشکیل می‌دهد:
- پلی استر
- پلی آمید
- پلی پروپیلن
- پلی اتیلن
قدیمی‌ترین و یا اولین پلیمری که در تولید این محصول مورد استفاده قرار گرفت پلی اتیلن است که در سال 1931 در آزمایشگاه ICI کشف شد. بعد از این پلیمر، پلی آمید بالاترین سابقه را دارد. این پلیمر نیز از سال 1935 مورد مصرف قرار گرفته است به تدریج پلی پروپیلن هم بعنوان ماده اولیه این صنعت شناخته شد و از سال 1941 مورد استفاده قرار گرفت اما پلی استر در رقابت با پلی‌پروپیلن قرار گرفت و از سال 1954 در ساخت آن‌ها نقش اصلی را بازی می‌کند. خواص پلیمر‌های مذکور در لایه مربوط به این محصول به شرح زیر نشان داده شده است:
کم : L متوسط : M زیاد : H
|
نوع مقاومت |
پلی اتیلن |
پلی پروپیلن |
پلی آمید |
پلی استر |
|
مقاومت کششی |
L |
L |
M |
H |
|
مدول الاستیسیته |
L |
L |
M |
H |
|
کرنش تا پارگی |
H |
M |
M |
M |
|
خزش |
H |
H |
M |
L |
|
وزن واحد سطح |
L |
L |
M |
H |
|
ارزش |
L |
L |
M |
H |
|
مقاومت در برابر نور ماورابنفش |
H |
H |
M |
H |
|
بی ثباتی |
L |
M |
M |
H |
|
قلیاها |
H |
H |
H |
L |
|
قارچها و حشرات موذی |
H |
M |
M |
M |
|
سوخت |
L |
L |
M |
H |
|
پاک کننده ها |
H |
H |
H |
H |
