خاک مسلح (ژئوسنتتیک) چیست و چه فوایدی دارد ؟

مسلح کردن خاک چیست و چه کاربردی دارد؟

به گزارش رضیم : یکی از راه‌های پایدارسازی زمین، روش خاک مسلح یا ژئوسنتتیک (Geosynthetic) است. واژه ژئوسنتتیک شامل دو بخش “ژئو” (Geo) و “سنتتیک” (Synthetic) است. واژه “ژئو” به چیزهایی مربوط می‌شود که به زمین و خاک مربوط هستند و “سنتتیک” به مواد مصنوعی و ساخته دست بشر اشاره دارد.

ژئوسنتتیک یا خاک مسلح به محصولاتی گفته می‌شود که به حل مشکلات مربوط به زمین و زیرساخت‌ها کمک می‌کنند. چند نوع از محصولات خاک مسلح شامل موارد زیر است:

1. ژئوتکستایل (geotextile)
2. ژئوگرید (geogrid)
3. ژئوممبران (geomembrane)
4. ژئونت (geonet)
5. جی سی ال یا ژئوسنتتیک کلی لاینر (geosynthetic clay liner)
6. ژئوفوم (geofoam)
7. ژئوسل (geocell)
8. ژئوکامپوزیت (geocomposite)

انواع مختلف خاک مسلح (ژئوسنتتیک)

نوع پل‌یمر این محصولات باعث می‌شود که بسیار مقاوم باشند. ژئوسنتتیک‌ها در اشکال و کاربردهای مختلفی در زمینه‌های مهندسی، حمل و نقل، محیط زیست و هیدرولیکی استفاده می‌شوند:

زمانی که از ژئوسنتتیک‌ها در کنار خاک، سنگ یا دیگر مصالح مهندسی استفاده می‌شود، معمولاً انتظار می‌رود که یکی یا چند تا از عملکردهای زیر را داشته باشند:

• تسلیح
• جداکنندگی
• فیلتراسیون
• زهکشی
• آب بندی
• حفاظت

تاریخچه روش خاک مسلح (ژئوسنتتیک)

استفاده از خاک مسلح به زمان‌های دور برمی‌گردد و به زمان رومی‌ها مربوط می‌شود. آنها از این روش برای ساخت جاده‌ها و لبه‌های آنها استفاده می‌کردند. این نوع خاک مسلح اولیه از ترکیب خاک با فیبرهای طبیعی، پارچه یا گیاهان تهیه می‌شد. با پیشرفت علم و صنعت، ژئوسنتتیک‌ها نیز گسترش پیدا کردند و در سال 1983، انجمن بین‌المللی ژئوسنتتیک (IGS) در پاریس تأسیس شد.

اولین تلاش‌ها برای تقویت خاک با استفاده از شاخ و برگ درختان در باتلاق‌ها و مناطق شن‌زار بوده است ولی خاک مسلح به شکل فعلی برای اولین بار در اواخر دهه ۴۰ و اوایل دهه ۵۰ میلادی در آمریکا استفاده شده و سپس در دهه ۷۰ در اروپا رایج شد. اخیراً استفاده از این مصالح در کشورهای آسیایی نیز افزایش یافته است.

در ایران نیز بعد از گذشت دهه‌ای از فعالیت‌های گسترده مهندسان در شرکت‌های پیمانکاری و مشاوره، انجمن مهندسی ژئوسنتتیک ایران (www.iranigs.com) از پاییز سال ۱۳۸۶ تأسیس شد.

خصوصیات و کاربردهای مصالح ژئوسنتتیک

ژئوسنتتیک‌ها به چند گروه کلی تقسیم می‌شوند:

۱) ژئوتکستایل‌ها: این مواد نفوذپذیر هستند و می‌توانند در کنار خاک، خاصیت جداسازی، فیلتراسیون، تقویت، حفاظت یا تخلیه را داشته باشند. ژئوتکستایل‌ها کاربردهای مختلفی دارند:

زهکشی (Drainage)
محافظت (Protection)
کنترل فرسایش (Erosion control)
جداسازی (Separation)
فیلتراسیون (Filtration)
مقاوم‌سازی (Reinforcement)

به عنوان مثال، کاربردهای ژئوتکستایل شامل: مسلح‌سازی، جداسازی، زهکشی مناسب، افزایش قدرت باربری آسفالت و خاک، افزایش عمر مفید آسفالت، حفظ سازه‌ای از سواحل و بنادر، تسلط بر نشست در سازه‌های دریایی مانند موج شکن‌ها، محافظت از زمین‌های در حال فرسایش، حفاظت از لایه بالاست در راه آهن، و بالا بردن قدرت باربری بستر راه و راه آهن می‌باشد.

۲) ژئوگریدها: این مواد به منظور تسلیح و پایدارسازی خاک مورد استفاده قرار می‌گیرند. ژئوگرید یک صفحه مشبک است که نسبت به ژئوتکستایل قفل شدگی بیشتری دارد.

“`html

این مواد با ذرات خاک ترکیب می‌شوند و مقاومت بالایی در برابر فشارهای طولی و عرضی به محیط می‌دهند. این محصول بیشتر در دیوارهای حائل و ساخت جاده‌ها استفاده می‌شود و از موادی مانند پلی‌اتیلن، پلی‌استر، فایبرگلاس و با پوشش‌های مختلف تولید می‌گردد.

۳) ژئوممبران‌ها: ژئوممبران ورقه‌ای است از جنس پلی‌اتیلن، پی‌وی‌سی و غیره که در برابر انواع مایعات (مثل آب، مواد شیمیایی و نفتی) غیرقابل نفوذ است. از این ورقه‌ها برای آب‌بند کردن، ساخت دریاچه‌های مصنوعی، استخرهای پرورش ماهی و استخرهای صنعتی، لاگون‌های فاضلاب و لوله‌های انتقال آب و فاضلاب استفاده می‌شود. ژئوممبران می‌تواند به‌تنهایی یا در ترکیب با پوشش‌هایی مثل صفحات بتنی یا سنگ‌ریزه نصب شود. از جمله کاربردهای این محصول:

بهبود کیفیت سدهای قدیمی و جلوگیری از نشت در کف مخازن است. عمر ژئوممبران‌های بدون پوشش به دلیل قرارگیری در معرض اشعه ماوراء بنفش کمی کمتر از ژئوممبران‌های پوشش‌دار است، اما تعمیر آن‌ها از نوع پوشش‌دار راحت‌تر است. از سوی دیگر، ژئوممبران‌های پوشش‌دار بیشتر در معرض خطر سوراخ شدن قرار دارند.

معمولاً در بالای و زیر ژئوممبران، ژئوتکستایل قرار می‌دهند تا آن را در برابر سوراخ شدن محافظت کند. همچنین این کار قدرت تحمل بار سازه و ژئوممبران را تقویت می‌کند. در این حالت، ژئوتکستایل مانند یک ضربه‌گیر عمل می‌کند که از تمرکز فشار روی لایه ژئوممبران کم می‌کند.

۴) ژئونت‌ها: ژئونت‌ها برای جلوگیری از فرسایش شیب‌ها و زهکشی مناسب هستند. فواصل موجود بین رشته‌های این نوع ژئوسنتتیک شرایط خوبی برای زهکشی فراهم می‌کند.

این به این شکل است که ژئونت‌ها با اندازه حفره‌های مختلف موجود هستند و با توجه به اندازه ذرات خاک انتخاب می‌شوند تا بدون جابجایی آنها، امکان زهکشی را فراهم کنند. استفاده اصلی ژئونت زهکشی است. اما به دلیل قیمت پایین‌تر ژئوتکستایل‌ها، از آنها بیشتر برای زهکشی استفاده می‌شود.

۵) ژئوکامپوزیت‌ها: ترکیبی از ورقه‌های مختلف ژئوسنتتیک مانند:

• ژئوتکستایل- ژئونت
• ژئوتکستایل- ژئوگرید
• ژئوتکستایل- ژئوسل

این ترکیبات معمولاً به عنوان فیلتر زهکش استفاده می‌شوند. نمونه‌های معروف آن بیشتر در زهکشی زمین‌های ورزشی، دیوارهای حائل و سقف تونل‌ها کاربرد دارند.

۶) جی سی ال: جی سی ال یا ژئوسنتتیک کلی لاینر به نوعی ژئوکامپوزیت گفته می‌شود که به دلیل کاربرد گسترده و عملکرد مشابه ژئوممبران به صورت جداگانه نیز شناخته می‌شود. این مواد از ورقه‌های ژئوسنتتیک و میان‌لایه‌های رسی (بنتونیتی) تشکیل شده‌اند و برای جلوگیری از نشت و آب‌بندی استفاده می‌شوند. نوع متداول آن یک لایه بنتونیت دارد که بین دو ورقه ژئوتکستایل یا بین یک ژئوتکستایل و یک ژئوممبران است. خاصیت خودترمیمی و همجوشی از مزایای ویژه جی سی ال است.

۷) ژئوسل: ژئوسل‌ها برای پایدارسازی شیب‌ها استفاده می‌شوند. آنها از جنس اتیلن سنگین هستند و ساختار آنها شبیه لانه زنبور است. مهمترین کاربرد ژئوسل:

برطرف کردن مشکلات نگهداری از خاک، پایداری خاک و کنترل فرسایش آن است.

۸) ژئوفوم‌ها: ژئوفوم‌ها از مواد پلیمری یا ترکیبی از مواد معدنی تولید می‌شوند. به دلیل توانایی تحمل فشار، به عنوان ضربه‌گیر در برابر زلزله، کاهش اثر فشار ناشی از خاک‌های منبسط شونده، کاهش وزن توده خاکریز و پایدارسازی شیب‌ها و حفاظت از لوله‌های مدفون و سازه‌های زیرزمینی به‌طور قابل توجهی در پروژه‌های عمرانی استفاده می‌شوند.

مبانی طراحی خاک مسلح (ژئوسنتتیک)

طراحی دیوارهای خاک مسلح ژئوسنتتیکی معمولاً به روش‌های ساده‌تر و کلاسیک یا تجربی انجام می‌شود.

روش اجرای خاک مسلح (ژئوسنتتیک)

خاکریزی در سازه‌های خاک مسلح به صورت لایه‌لایه انجام می‌شود و مشابه خاکریزهای معمولی فشرده می‌گردد. اعضای مسلح‌کننده در فاصله بین این لایه‌ها قرار می‌گیرند.

مزایای خاک مسلح (ژئوسنتتیک)

کمتر رشته‌ای از مهندسی عمران وجود دارد که در زمان کوتاهی چنین رشد و تحول چشمگیری را تجربه کرده باشد. دلایل زیاد و مختلفی برای این پیشرفت‌ وجود دارد که به برخی از آنها اشاره می‌کنیم:

1. اشغال فضای کمتر

2. کنترل کیفیت مصالح در کارخانه

3. قیمت مناسب

4. سرعت بالای اجرا

5. سهولت اجرا

6. فراوانی مصالح

7. کاهش استفاده از منابع طبیعی

8. عدم زنگ‌زدگی

9. مقاومت بالا در برابر تجزیه بیولوژیکی و شیمیایی

10. پایایی طولانی‌مدت پس از دفن در خاک

11. انعطاف‌پذیری بالا

12. حجم بسیار کم

13. سبکی

14. راحتی در حمل و نقل و انبار کردن