بررسی کاربرد ها قیمت ژئوتکستایل در ژئوتکنیک و نوآوری ها
تست ژئوتکستایل: مقدمه
از لحاظ علمی ژئوسنتتیک ها محصولاتی از جنس پلیمر هستند که در تماس با خاک، سنگ و صخره و یا انواع دیگر مواد ژئوتکنیکی قرار می گیرند. محصولاتی همچون ژئوتکستایل، ژئوممبران، ژئوگرید، دیمپل شیت، ژئونت، ژئودرین و غیره در این دسته بندی قرار می گیرند. ژئوتکستایل ها در این میان از پرمصرف ترین انواع هستند که در پروژه های بیشماری استفاده شده اند. اولین استفاده رسمی این محصولات بر می گردد به پروژه Delta Dutch که در آن کیسه هایی از جنس الیاف پلاستیکی را با شن پر کرده بودند. در 60 سال اخیر این منسوجات بطور فزاینده ای در انواع پروژه های عمرانی و ساخت و ساز استفاده شده اند. تکستایل ها را عموما برای دستیابی به یکی از عملکرد های (Function) زیر بکار می برند: تحکیم، زهکشی، جداسازی، فیلتراسیون، جلوگیری از فرسایش.
درحال حاضر بیشتر از 4/1 میلیارد قیمت هر مترمربع ژئوتکستایل در سراسر دنیا سالانه استفاده میشود که این مقدار رو به افزایش هست. از این مقدار حدود 98 درصد آن از الیاف پلیمری مانند پلی الفین ها و پلی استر ها هست که بطور طبیعی تخریب نمیشوند. استفاده طولانی مدت از تسکتایل ها در زمین باعث جداشدن الیاف از یکدیگر و همچنین راه یافتن ذرات میکروپلاستیک به داخل صبیعت میگردد. علاوه بر این شرایط، استفاده از ژئوتکستایل ها در پروژه های عمرانی ممکن ست با شرایط پیچیده تری نیز مواجه باشد. بعنوان مثال می توان از محیط هایی با شرایط قلیایی- اسیدی نام برد که در صورت وجود چنین شرایطی باسد از تکستایل هایی با مقاومت بالا تر استفاده نمود.
بنابراین تست نمد ژئوتکستایل هایی جدید با کارایی بالاتر باید طراحی و تولید شوند. همچنین با توجه به افزایش روز افزون توجه به محیط زیست و مفاهیم سبز، بسیاری معتقدند باید از منسوجات پلیمری تخریب ناپذیر به سمت محصولاتی با پایه طبیعی رفت که سازگاری بیشتری با طبیعت داشته باشند. هم اکنون با قرار دادن فیبر های نوری در تکستایل ها، این محصولات بصورت هوشمند نیز تولید میشوند که می توان در طولانی مدت خواص و رفتار آنها را پایش و ثبت نمود. با این روش های نوین، می توان رفتار و خواص این محصولات را بعد از کارگزاری در زمین مانیتور کرد و این امر به مهندسین اجازه می دهد تا در طولانی مدت ساختمان ها و سازه های در معرض خطر را شناسایی و از بروز حادثه جلوگیری کنند.
ژنوتکستایل ها مقرون به صرفه، کارا هستند و مصرف و نصب آنها بسیار راحت می باشد. همین امر باعث افزایش محبوبیت آنها شده است.
اجزا و ترکیبات استفاده شده در ژئوتکستایل
مواد اولیه ژئوتکستایل های مصنوعی
انتخاب الیاف ژئوتکستایل ها بستگی به محل و نوع کاربرد آنها دارد و باید شرایطی که این محصول در آنجا استفاده شود بستگی دارد. در عین حال باید قیمت تمام شده را نیز در نظر گرفت که بیش از حد بالا نرود. الیاف متداول مورد استفاده در این محصولات عبارتند از پلی پروپیلن و پلی استر. علاوه بر این دو، از پلی اتیلن و پلی آمید نیز در تولید این منسوجات استفاده می گردد.
پلی پروپیلن یکی از متداول ترین الیافی است که در تکستایل ها استفاده می شود. از جمله دلایل آن می توان به مقاومت مکانیکی و شیمیایی بالا اشاره کرد و همچنین قیمت نسبتا مناسب. یک مزیت دیگر آن نیز پایین بودن وزن حجمی آن هست که منجر به کاهش قیمت واحد حجم میشود. از نقاط ضعف پلی پروپیلن میتوان به مقاومت نسبتا پایین آن در برابر دما های بالا و نور یو وی اشاره کرد. در جدول زیر میتوان مشخصات پلیمر هایی که بطور متدوال برای تولید ژئوتکستایل ها استفاده میشوند را دید.
یکی دیگر از الیافی که برای تولید رئوتکستایل ها استفاده میشود، پلی استر هست. این الیاف مقاومت کششی عالی دارند و در برابر حرارت نیز مقاومت بسیار خوبی از خود نشان میدهند. تنها نقطه ضعف آنها مقاومت شیمیایی پایین در محیط های قلیایی است. در محیط هایی با پی اچ بالا، الیاف پلی استر دچار واکنش هیدرولیز قلیایی میشوند و به مرور از بین می روند. معمولا افزودنی هایی اضافه میشوند تا خواص این پلیمر ها را بهبود ببخشند.
| نوع الیاف | چگالی (kg/m3) | الاستیسیته(GPa) | مقاومت کششی(MPa) | ازدیاد طول(%) | مقاومت شیمیایی اسید/باز |
| پلی پروپیلن | 910 | 1.5-12 | 240-900 | 15-80 | بالا |
| پلی استر | 1400 | 2-2.25 | 45 | 120 | پایین |
| پلی اتیلن | 920-960 | 5-100 | 80-600 | 4-100 | بالا |
| پلی آمید | 1140 | 1-8.3 | 75-80 | 55-60 | بالا |
عملکرد های ژئوتکستایل (Functions of geotextile)
عملکرد جداسازی ژئوتکستایل
عملکرد جداسازی این منسوجات در حقیقت همان عدم اجازه اختلاط لایه های مصالح با دانه بندی و یا جنس مختلف هست. بعنوان مثال در زیر سازی جاده ها، از تکستایل بعنوان جداساز برای ریز دانه و درشت دانه ها استفاده میشود. این امر باعث حفظ انسجام مصالح بکار برده در سازه میشوند. وقتی قلوه سنگ ها بر روی شن یا مصالح ریز دانه قرار بگیرند، به مرور قلوه سنگ ها در دل شن فرو خواهند رفت. هنگامیکه بر روی چنین لایه چینی فشار وارد شود، شن های ریز به مرور راه خود را به داخل فضای خالی مابین قلوه سنگ ها باز می کنند و به تدریج لایه ها در هم فرو خواهند رفت. در شکل زیر این پدیده به صورت شماتیک نشان داده شده است.
برخی از کاربرد های ژئوتکستایل با عملکرد جداسازی عبارتند از:
- جداسازی لایه سابگرید (Subgrade) در راهسازی و خطوط ریلی
- جداسازی لایه ژئوممبران از سنگ و خاک در لندفیل ها
- جداسازی اسلب هاب بتنی در پیاده رو ها از لایه های زیرین
- جداسازی زیر سطح پارکینگ ها از لایه های زیرین
در عکس زیر نیز بصورت شماتیک می توان نتایج عدم استفاده از ژئوتکستایل را در کفپوش ها و یا جاده های آسفالتی مشاهده کرد.
عملکرد فیلتراسیون ژئوتکستایل
در خاک ها و محیط های ژئوتکنیکی که نسبتا از ثبات پایینی برخوردارند، جریان های کوچک آب می توانند باعث ایجاد پدیده ای به نام لخته شدن یا Suffusion شوند. جریان های کوچک آب به تدریج ریزدانه ها را به خود حمل می کنند و بدین صورت باعث تخریب ساختار بستر میشوند. تکستایل ها قابلیت عبوردهی مایعات و هوا را دارند و با قرار دادن یک لایه تکستایل میتوان آب را فیلتر کرد بدون جابجایی ریزدانه ها. این امر باعث پدیده بقای خاک می شود. استفاده از عملکرد فیلتراسیون این این منسوجات در شکل زیر نشان داده شده است که چگونه باعث عدم مهاجرت ریز دانه ها در حضور جریان آب میشوند.
عملکرد زهکشی ژئوتکستایل
ژنوتکستایل ها دارای قابلیت انتقال و زهکشی آب هستند. بدین صرت که آب می تواند از منافذ داخل صفحه ژئوتکستایل ها عبور کند. این عبور آب می تواند هم عمود به صفحه شیت باشد و هم بصورت موازی از داخل آن. همانطور که در شکل زیر نمایش داده شده است هنگامیکه جریان آب به تکستایل میرسد از داخل آن در جهت عمود به جریان اولیه زهکشی می شود.
عملکرد تحکیمی ژئوتکستایل
استفاده از تکستایل ها برای تحکیم خاک و بستر متداول بوده و با قرار دادن یک لایه از این منسوجات می توان بستر را تحکیم و انسجام آنرا افزایش داد. د رمقایسه با خاک و بستر تحکیم نشده، استفاده از تکستایل ها بوضوح موجب تحکیم خاک میشوند. برای درک بهتر این موضوع می توانید به شکل زیر مراجع نمایید. سه شاخصه مهم آنها در تحکیم عبارت است از مدول کششی، مقاومت کششی و اصطکاک سطحی. استفاده از خاصیت تحکیمی ایم محصولات می تواند در راه های خاکی، آسفالت، دیواره ها، خاکریز ها و … انجام گیرد.
علاوه بر عملکرد های فوق، تکستایل ها می توانند در جلوگیری از فرسایش نیز موفق عمل کنند.
بررسی عملکرد های ژئوتکستایل
منسوجات بافته و نبافته پلیمری تقش بسیار مهمی در زمینه مهندسی ژئوتکنیک و ساخت و ساز ایفا کرده اند و استفاده از آنها روز به روز بیشتر می شود. بازار تقریبی این محصولات حدود چهار و نیم میلیارد دلار تخمین زده میشود و نرخ رشد مرکب آن برابر با حدود یازده درصد هست. چین و هند از بزرگترین تولید کنندگان این تکستایل های تخصصی هستند بطوریکه چین تقریبا 49 درصد از تولید این محصول را از آن خود کرده است. شکل زیر میزان استفاده از این محصول در کاربرد های مختلف را نشان می دهد.
ژئوتکستایل ها نیز مانند بقیه محصولات در دنیای امروز به سمت هوشمند شدن پیش میروند. با قرار دادن مقادیری فیبر های نوری در این محصولات هنگام تولید، امروزه می توان خواص آنها را در طولانی مدت حتی بعد از نصب نیز پایش نمود تا از افت کارایی و نهایتا فجایع جلوگیری کرد.
ژئوتکستایل های هوشمند
فیبرهای نوری که در دهه 70 میلادی وارد بازار شدند برای انتقال داده و اطلاعات بکار می روند. از مزایای فیبر های نوری می توان به عایق بودن الکتریکی عالی، عدم تداخل الکترومغناطیس عالی، حساسیت بالا و سهولت اندازه گیری سیگنال ها اشاره کرد. فیبرهای نوری را در هنگام تولید ژئوتکستایل ها در میان بافت الیاف قرار داد. هنگامیکه از ژئوتکستایل های هوشمند در سازه های ژئوتکنیکی مانند سد ها، ساختمان ها، دیواره های حائل و غیره استفاده میشود میتوان از الیاف نوری بکار رفته در آنها برای مانیتور کردن خواص مکانیکی مانند کشش، فشار و خواص محیطی مانند دما استفاده کرد. این خصوصیات اجازه میدهد تا حتی بعد از نصب از کارکرد این منسوجات زنوتکستایل اطمینان حاصل آورد. با استفاده از این خصوصیات می توان از خراب شدن ژئوتکستایل ها و نهایتا از فاجعه ها جلوگیری کرد.
توسعه ژئوتکستایل های هوشمند
اولین تکستایل های هوشمند شبکه فیبری براگ تولید شدند. مکانیزم کار و نحوه حسگرهای براگ در شکل زیر نشان داده شده است. به هر حال این تکنولوژی بر مبنای اندازه گیری های کوازی پایه گذاری شده است و تنها میتواند مقادیر مشخصی را اندازه گیری کند. این امر باعث محدودیت در مقادیر اندازه کیری شده میگردد. بعنوان مثال برای اندازه گیری داده در طول صد ها و هزار ها متر پروژه های مختلف مانند سد ها و خاکریز ها باید این تکنولوژی توسعه پیدا کند. از جمله نقاط ضعف دیگر این تکستایل های هوشمند میتوان به استفاده از سیلیکا در تولید فیبر ها استفاده کرد. این فیبر ها کرنش و خمش خوبی از خود نشان نمی دهند. نقطه ضعف دیگر آنها، قیمت نسبتا بالای آنهاست.
برای حل این مشکل از نوع دیگری از سنسورهای فیبر نوری میتوان استفاده کرد که به آنها بریلوئین میگویند. این سنسورها نسبتا ارزانتر هستند و میتوان از آنها در مساحت های زیاد تحت استفاده در سازه های ژئوتکنیکی استفاده نمود. هنگامیکه دفرمگی یا تغییر شکل این فیبر ها از 1% بالاتر برود، سیگنال های اندازه گیری شده تغییر پیدا می کنند اجازه میدهد تا شرایط تکستایل بعد از نصب پایش شود.
نتیجه گیری
استفاده از ژئوتکستایل ها در پروژه های عمرانی و زیر ساختی رو به افزایش است. به همین دلیل انواع جدید آنها نیز توسعه پیدا کرده اند تا پاسخگوی نیازهای پروژه های متنوع باشند. علاوه بر استفاده از مواد پلیمری و الیاف طبیعی مختلف در تکستایل ها، انواع هوشمند آنها نیز به بازار عرضه شده اند تا به مهندسین امکان پایش کارایی بعد از نصب را نیز بدهند.
این مقاله برداشتی از
Review of Application and Innovation of Geotextiles in Geotechnical Engineering
Hao Wu 1, Chongkai Yao 1, Chenghan Li 1, Miao Miao 1, Yujian Zhong 1, Yuquan Lu 1 and
Tong Liu 2
است.
برای اطلاعات بیشتر در مورد قیمت ژئوتکستایل و انواع آن کلیک کنید.
