نوآوري در ژئو تكستايل

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 ژئو تکستایل، ژئو ممبران، ژئ وگرید، دیمپل شیت، ژئو نت، ژئو درین و غیره در این دسته بندی قرار می گیرند. ژئو تکستایل 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 ۴/۱ میلیارد قیمت هر مترمربع ژئوتکستایل در سراسر دنیا سالانه استفاده می شود که این مقدار رو به افزایش هست. از این مقدار حدود ۹۸ درصد آن از الیاف پلیمری مانند پلی الفین ها و پلی استر ها هست که بطور طبیعی تخریب نمی شوند. استفاده طولانی مدت از تسکتایل ها در زمین باعث جداشدن الیاف از یکدیگر و همچنین راه یافتن ذرات میکرو پلاستیک به داخل طبیعت می گردد. علاوه بر این شرایط، استفاده از ژئو تکستایل 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 بايد از تکستایل هایی با مقاومت بالا تر استفاده نمود.

بنابراین تست نمد ژئو تکستایل 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 می شوند 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.

ژنو تکستایل ها مقرون به صرفه، کارا هستند و مصرف و نصب آنها بسیار راحت می باشد. همین امر باعث افزایش محبوبیت آنها شده است.

ترکیبات استفاده شده در ژئو تکستایل

مواد اولیه ژئو تکستایل های مصنوعی

انتخاب الیاف ژئو تکستایل 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.

عملکرد های ژئو تکستایل (Functions of geotextile)

عملکرد جداسازی ژئو تکستایل

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 می شوند. 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.

• جداسازی لایه سابگرید (Subgrade) در راه سازی و خطوط ریلی
• جداسازی لایه ژئو ممبران 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

عملکرد فیلتراسیون ژئو تکستایل

در خاک ها و محیط های ژئو تکنیکی 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.

ژنو تکستایل ها دارای قابلیت انتقال و زهکشی آب هستند. بدین صرت که آب می تواند از منافذ داخل صفحه ژئو تکستایل ها عبور کند. این عبور آب می تواند هم عمود به صفحه شیت باشد و هم بصورت موازی از داخل آن. هنگامیکه جریان آب به تکستایل میرسد از داخل آن در جهت عمود به جریان اولیه زهکشی می شود.

عملکرد تحکیمی ژئو تکستایل

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. در مقایسه با خاک و بستر تحکیم نشده، استفاده از تکستایل ها بوضوح موجب تحکیم خاک می شوند. 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.

منسوجات بافته و نبافته پلیمری تقش بسیار مهمی در زمینه مهندسی ژئو تکنیک 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 ۴۹ درصد از تولید این محصول را از آن خود کرده است.

ژئو تکستایل 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.

ژئو تکستایل های هوشمند

فیبرهای نوری که در دهه ۷۰ 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 ژئو تکستایل ها در میان بافت الیاف قرار داد. هنگامیکه از ژئو تکستایل های هوشمند در سازه های ژئوتکنیکی مانند سد ها، ساختمان ها، دیواره های حائل و غیره استفاده میشود می توان 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 اطمینان حاصل آورد. با استفاده از این خصوصیات می توان از خراب شدن ژئو تکستایل ها و نهایتا از فاجعه ها جلوگیری کرد.

توسعه ژئو تکستایل های هوشمند

اولین تکستایل های هوشمند شبکه فیبری براگ تولید شدند. 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 می گردد. 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 ژئو تکنیکی استفاده نمود. هنگامیکه دفرمگی یا تغییر شکل این فیبر ها از ۱% 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 ژئو تکستایل 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 Iovation 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.

+ نوشته شده در دوشنبه دوم بهمن ۱۴۰۲ ساعت 14:0 توسط کامبیز فلاح مشفقی  |