Designing with Geosynthetics 5th Edition Koerner 2005

صنعت ژئوسنتتیک از جمله صنایعی است که در زیر شاخه های مختلف مهندسی عمران نظیر حمل و نقل، ژئوتکنیک، محیط زیست و هیدرولیک کاربرد قابل توجهی دارد و در این برهه زمانی می توان گفت استفاده از این مواد پلیمری از محبوبیت قابل توجهی برخوردار است. البته انتشار کتاب های مختلف، سمینار های متعدد و آموزش دوره های مختلف در دانشگاه ها نیز تاثیر شایانی در پیشبرد این امر داشته است. نویسنده کتاب طراحی ژئوسنتتیک ها سعی کرده است تا در راستای کمک به افزایش میزان شناخت دانشجویان قدمی بردارد.
ساختار کتاب طراحی ژئوسنتتیک ها نسبت به نسخه های قبلی تفاوت چندانی نداشته است. نویسنده، کتاب را در فصل اول با توضیحاتی در زمینه انواع ژئوسنتتیک و همچنین توصیفی از مشخصات شیمیایی پلیمر و تکنیک های ساخت و ساز آغاز نموده است. در فصل های بعدی تمرکز هر فصل بر روی نوع خاصی از ژئوسنتتیک خواهد بود.

از جمله مزیت های ژئوسنتتیک ها می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• قابلیت کنترل کیفیت در هنگام تولید در کارخانه
• سرعت نصب سریع
• به طور کلی جایگزینی مناسب برای منابع مواد خام در پروژه های مختلف
• مطابقت با مواد مختلف و نتیجتاً قابلیت استفاده برای محدوده وسیعی از پروژه های ساده تا دشوار
• زمان بندی مناسب
• مطابقت با آیین نامه های مختلف
• حضور فعال در بازارها و دسترسی گسترده
• وجود بانک داده مناسب چه در زمینه آزمایش و چه در مقوله طراحی

طبق استاندارد ASTM D4439، یک ژئوسنتتیک به صورت زیر تعریف می شود:

ژئوسنتتیک، یک محصول مسطح ساخته شده از مواد پلیمری مورد استفاده با خاک، سنگ، زمین یا سایر مواد مرتبط با مهندسی ژئوتکنیک به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از پروژه، سازه یا سیستم ساخت بشر می باشد. در واقع علت انتخاب واژه ژئوسنتتیک نیز در واقع نشات گرفته از همین موضوع است. ژئو به معنای زمین بوده و به ارتباط آن با خاک، سنگ و آب اشاره دارد. اصطلاح سنتتیک هم که به جنس این مواد و مصنوعی بودن آن ها اشاره می کند. مواد مورد استفاده در ساخت ژئوسنتتیک ها تقریباً به طور کامل از صنعت پلاستیک هستند (یعنی پلیمرهایی هستند که از هیدروکربن ها ساخته شده اند)، اگرچه گاهی اوقات از فایبرگلاس، لاستیک و مواد طبیعی نیز ممکن است در ساخت آن ها استفاده شود. جالب اینجاست که به راحتی می‌توان گفت که در کل ژئوپلیمر می توانست اسم مناسب تری برای این فناوری محبوب باشد، اما اصطلاح ژئوسنتتیک قبل از درک این موضوع رواج یافته است.

به طور کلی می توان گفت عمده استفاده از ژئوسنتتیک ها در جهت تحقق اهداف زیر می باشد:

• جداسازی
• تقویت
• فیلتراسیون
• زهکشی
• کنترل و مهار مایعات و گازها

علاوه بر این موارد پیمانکاران مختلف با هدف بهبود عملکرد (به عنوان مثال مقابله با گسیختگی یا نشت بیش از حد) و البته کاهش هزینه های پروژه، استفاده از ژئوسنتتیک ها را به استفاده از روش های سنتی ترجیح می دهند.

انواع ژئوسنتتیک

انواع ژئوسنتتیک در هشت مورد زیر خلاصه می شود:

 (1) ژئوتکستایل

(2) ژئوگرید

(3) ژئونت

(4) ژئوممبران

(5) آسترهای رسی ژئوسنتتیک

(6) ژئوپایپ

(7) ژئوفوم

(8) ژئوکامپوزیت

در ادامه توضیح مختصری از هر یک از موارد فوق داده می شود.

ژئوتکستایل ها

ژئوتکستایل ها یکی از دو گروه بزرگ ژئوسنتتیک توصیف شده در کتاب طراحی ژئوسنتتیک ها را تشکیل می دهند. افزایش رشد آنها در 25 سال گذشته نشان از محبوبیت آن ها در میان انواع ژئوسنتتیک ها دارد. آن ها در واقع منسوجات به معنای سنتی هستند، اما از الیاف مصنوعی به جای الیاف طبیعی مانند پنبه، پشم یا ابریشم تشکیل شده اند. به سبب همین، عمر موضوع تجزیه پذیری زیستی و کوتاهی عمر برای این مواد مشکل زا نخواهد بود. این الیاف مصنوعی توسط ماشین‌های بافندگی استاندارد به پارچه ‌های منعطف و متخلخل تبدیل می‌شوند و در مرحله بعدی، با روش های مختلفی این الیاف در هم تنیده شده و به یکدیگر متصل می شوند. نکته اصلی این است که ژئوتکستایل ها متخلخل بوده و با ضخامت های مختلفی تولید می شوند. این امر سبب می شود تا جریان مایعات از میان چشمه های آن عبور نماید. حداقل 100 کاربرد خاص برای ژئوتکستایل ها وجود دارد که توسعه یافته اند. از میان این موارد، جداسازی، تقویت، فیلتراسیون و زهکشی از مهمترین کاربردهای ژئوتکستایل ها هستند. در فصل دوم کتاب می توان اطلاعات خوبی را در زمینه ژئوتکستایل ها به دست آورد.

ژئوگرید ها

ژئوگرید ها یک بخش به سرعت در حال رشد در ژئوسنتتیک ها می باشند. ژئوگریدها به جای اینکه یک پارچه نساجی بافته شده، نبافته یا بافتنی باشند، پلاستیک ‌هایی هستند که به صورت یک پیکربندی شبکه‌ ای با چشمه های با اندازه های مختلف شکل گرفته اند. ژئوگرید ها به روش ‌های مختلفی تشکیل می‌شوند:

1) برای بهبود خواص فیزیکی در یک یا دو جهت کشیده می‌شوند.

2) در ماشین ‌های بافندگی با روش ‌های استاندارد و به خوبی تثبیت شده ساخته می‌شوند.

3) با اتصال میله ‌ها یا تسمه‌ ها به یکدیگر ساخته می‌شوند.

از ژئوگرید ها عمدتاً به عنوان ماده تقویت کننده استفاده می شود. توضیحات مربوط به ژئوگرید ها در فصل سوم از کتاب طراحی ژئوسنتتیک ها قابل مشاهده می باشد.

ژئونت ها

ژئونت ها که برخی آنها را ژئو اسپیسر می نامند بخش تخصصی دیگری را در حوزه ژئوسنتتیک تشکیل می دهند. برای شکل گیری ژئونت ها، الیاف پلیمری از دسته ای از دنده های موازی عبور می کند. نحوه چینش دنده ها به نحوی است که با عبور الیاف از داخل دستگاه، چشمه هایی با اندازه های یکسان بر روی آن ها شکل می گیرد. هنگامی که دنده ها باز می شوند، دیافراگم های نسبتاً بزرگ به شکل یک پیکربندی توری شکل قابل مشاهده خواهد بود. کاربرد اصلی ژئونت ها، مسئله زهکشی است. در فصل چهارم کتاب خواننده می تواند با نکات ارزشمندی در مورد ژئونت ها آشنا شود.

ژئوممبران (ژئوممبرین)

ژئوممبران ها گروه دیگری از انواع ژئوسنتتیک ها هستند که در این کتاب توضیح داده شده است و از نظر حجم پولی، فروش آن ها بیشتر از ژئوتکستایل ها است. رشد آن ها در ایالات متحده و آلمان به واسطه وضع مقررات جدید در اوایل دهه 1980 آغاز شد. این مواد به خودی خود ورقه های نسبتاً نازک و غیر قابل نفوذی از مواد پلیمری هستند که عمدتاً برای پوشش های تأسیسات ذخیره سازی مایع یا جامد استفاده می شوند. این موضوع شامل انواع مدفن های زباله، مخازن، کانال ها و غیره می شود. عملکرد اصلی ژئوممبرین ها مهار و کنترل سیالات می باشد. با این حال کاربرد آن ها در دیگر زمینه های حمل و نقل، هیدرولیک، ژئوتکنیک به سرعت در حال توسعه است. بخشی از فصل ششم کتاب طراحی ژئوسنتتیک ها به بیان نکات مربوط به ژئوممبران اختصاص یافته است.

آسترهای رسی ژئوسنتتیک

آسترهای رسی ژئوسنتتیک (GCLs) ترکیب جالبی از پلیمر و مواد طبیعی خاک هستند. آنها ورق هایی از لایه های نازک بنتونیتی ساخته شده در کارخانه هستند که بین دو ژئوتکستایل قرار گرفته یا به یک ژئوممبران چسبیده اند. GCL ها به عنوان یک جزء مرکب در زیر ژئوممبران یا به تنهایی در کاربردهای محیطی همچنین در حمل و نقل، ژئوتکنیک، هیدرولیک و کاربردهای مختلف توسعه خصوصی استفاده می شوند. این موضوع، یکی از مواردی است که نویسنده در بخش دیگری از فصل ششم به آن پرداخته است.

ژئوپایپ (معروف به لوله پلاستیکی مدفون)

ژئوپایپ یا لوله‌ های پلاستیکی مدفون شاید یکی از اصلی ترین انواع ژئوسنتتیک است که هنوز در دسترس است. به همین دلیل نویسنده به نوعی باید با جزییات آن آشنا باشد. به همین دلیل مطالب مربوط به آن در فصل هفتم کتاب کتاب طراحی ژئوسنتتیک ها گنجانده شده است. ماهیت حیاتی لوله ‌های جمع‌آوری شیرابه همراه با فشار بالا، ژئوپایپ را به عضوی مطمئن از خانواده ژئوسنتتیک ‌ها تبدیل می‌کند که کاملاً بر عملکرد زهکشی متمرکز است.

ژئوفوم

ژئوفوم محصولی است که توسط فرآیند انبساط پلیمری ایجاد می شود که منجر به “فوم” می شود که از تعداد زیادی سلول های بسته پر شده از گاز تشکیل شده است. ماهیت اسکلتی دیواره های سلولی، مواد پلیمری منبسط نشده است. محصول به دست آمده عموماً به شکل بلوک ‌های بزرگ، اما بسیار سبک است که در کنار هم چیده شده‌اند و در کاربردهای متعددی استفاده می شود. اگرچه عملکرد اصلی توسط برنامه و هدف دیکته می شود، جداسازی از آن دسته اهدافی است که همواره در موضوع ژئوفوم ها مورد توجه است.

ژئوکامپوزیت ها

ژئوکامپوزیت ها از ترکیبی از ژئوتکستایل ها، ژئوگرید ها، ژئونت ها و / یا ژئوممبران در یک واحد ساخته شده در کارخانه تشکیل شده است. همچنین، هر یک از این چهار ماده را می توان با مواد مصنوعی دیگر (مثلاً ورق های پلاستیکی تغییر شکل یافته یا کابل های فولادی) یا با خاک ترکیب نمود. به عنوان مثال، یک ژئونت با ژئوتکستایل در هر دو سطح و یک GCL متشکل از یک ساندویچ ژئوتکستایل / بنتونیت / ژئوتکستایل، هر دو ژئوکامپوزیت هستند. این بخش هیجان انگیز به نوبه خود سبب شکوفایی هر چه بیشتر خلاقیت مهندس، پیمانکار می شود چرا که بسته به نیاز نوع ژئوسنتتیک، تعیین مشخصات آن نیاز به بررسی دارد. دامنه کاربرد این دسته از ژئوسنتتیک ها با توجه به آزادی عمل بیشتر در انتخاب ترکیب مناسب ژئوسنتتیک های مختلف، بسیار متنوع بوده و از آن ها برای اهدافی نظیر جداسازی، تقویت، فیلتراسیون، زهکشی و کنترل جریان سیالات استفاده می گردد. توضیحات مربوط به ژئوکامپوزیت ها در فصل 9 از کتاب طراحی ژئوسنتتیک ها توسط نویسنده ارائه شده است.

Geo-Others

با توجه به نوآوری های روز افزون در ژئوسنتتیک ها روز به روز شاهد تغییرات مختلفی در عرصه طبقه بندی ژئوسنتتیک ها هستیم. به همین دلیل به دلیل عدم وجود عبارت بهتر، نویسنده از عبارت geo-others استفاده نموده است. این دسته در واقع توده های خاک رشته ای و نخ مانند، انکر های پلیمری و سلول های کپسولی خاک را شامل می شود. همانند ژئوکامپوزیت ها، عملکرد اولیه این گروه نیز وابسته به محصول است و می تواند یکی از پنج عملکرد اصلی ژئوسنتتیک ها را پوشش دهد. توضیحات مرتبط با این بخش نیز در بخش دیگری از فصل 9 کتاب طراحی ژئوسنتتیک ها مورد بحث قرار گرفته است.