ژئوسنتتیک عنوانی فراگیر برای توصیف صفحات نازک و انعطاف پذیری است که در داخل توده خاک یا در ارتباط با مصالح خاکی با اهداف مختلفی همچون مسلح سازی، جداسازی، عایق بندی رطوبتی، مهار فرسایش، ایفای نقش صافی (فیلتر)، زه کشی و … مورد استفاده قرار می گیرند. در بسیاری از موارد، این ورقه ها ممکن است ترکیبی از وظایف مذکور را به عهده داشته باشند.
کلمه ژئوسنتتیک از دو بخش ژئو (Geo) و سنتتیک (Synthetic) ساخته شده است که “ژئو” در مواردی استفاده می‌شود که مربوط به زمین باشد و قسمت دوم، “سنتتیک”، در مورد موادی استفاده می شود که ساخته دست بشر باشند یا به عبارت دیگر موادی که مصنوعی هستند و به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی شوند.
کلمه ژئوسنتتیک برای دسته ای از محصولات به کار می رود که عموماً جهت بر طرف سازی مشکلات ژئوتکنیک به کار می روند. طبیعت پلیمری آنها به گونه ای است که سبب می شود برای استفاده در زمین، جایی که دوام زیادی از آن انتظار می رود. (بلوچی، 1389)
انواع ژئوسنتتیک
ژئوسنتتیک به شش گروه اصلی تقسیم می‌شوند که عبارتند از: ژئوتکستایل ها، ژئوممبرین ها، ژئوگریدها ،ژئوفوم ها، ژئونت ها، ژئوکامپوزیت ها و ژئوسنتتیک ها با پوشش رسی (فتحی پور، 1394). هر کدام از این گروهها دارای خصوصیات مخصوص به خود هستند و با توجه به همین خصوصیات در کارهای مختلفی از آنها استفاده می‌شود که در ادامه به بررسی آنها و کاربرد آنها در معماری منظر پرداخته شده است.
ژئوتکستایل‌ها
ژئوتکستایل ها بزرگترین گروه ژئوسنتتیک ها را تشکیل می‌دهند. این محصولات، منسوجات متخلخل و نفوذپذیری هستند که از الیاف پلیمری ساخته می شوند. خاصیت اصلی آنها فسادناپذیری در مقابل عوامل مخرب درون خاک است. در عملکرد فیلتریزاسیون، ژئوتکستایل در عین نگهداری ذرات ریز خاک، اجازه عبور آب از میان لایه ذرات ریز به لايه ذرات درشت تر را می دهد. به همین دلیل، ژئوتکستایل باید ثبات دائمی مکانیکی و نیز ثبات فیلتر هیدرولیکی را برای ادامه کارآیی سازه، داشته باشد.
برای اینکه این کاربرد مؤثر واقع شود، ژئوتکستایل باید از شسته شدن و از میان رفتن ذرات ریز ممانعت کند. بدین منظور هنگام انتخاب و طراحی، مطابقت آن با معیارهای فیلتری، نفوذپذیری، تأمین و حفظ جریان مداوم آب با حداقل میزان فشار بررسی می شود.
یکی دیگر از موارد استفاده از ژئوتکستایل ها، مسلح کردن خاکریزها است. با به کار بردن لایه های ژئوتکستایل در خاکریز می‌توان حجم مصرفی مصالح خاکی را کاهش داد و خاکریز را در بالا مقابل تمامی بارهای اعمالی مسلح کرد. همچنین می توان با استفاده از ژئوتکستایل، دیواری با شیب دلخواه تا زاویه ۹۰ درجه ایجاد کرد. این مصالح قابلیت ساخت دیوار تا ارتفاع حدود ۱۰ متر را دارد. این دیوارها انعطاف پذیر هستند و در مقابل لغزش دورانی ضریب اطمینان بالایی دارند.
از خاکریزهای مسلح در جلوگیری از رانش زمین، دیوارهای حایل وزنی که به نحوی محدودیت ابعاد دارند، در ریزش گیرها، در بستر جاده و … استفاده می شود. از مزیتهای شاخص ژئوتکستایل ها سهولت و سرعت کاربرد، دوام بالا در مقابل عوامل طبیعی، توانایی نگهداری ذرات خاک در جای خود و مقاومت الکتریکی بالای آنها و از معایب مهم آنها ایجاد تغییر شکل در دراز مدت است که در انواع جدید سعی شده این مشکل برطرف شود. (بلوچی، 1388)
ژئوممبرین ها
ژئوممبرین ها ورق های لاستیکی یا پلاستیکی با نفوذپذیری بسیار پایین هستند که به عنوان حفاظ رطوبتی به کار برده می شوند. ژئوممبرین ها بعد از ژئوتکستایل ها، دومین گروه بزرگ ژئوسنتتیک ها را تشکیل می دهند. برای ساخت ژئوممبرین ها، مخلوط مناسبی از مواد پلیمری ذوب و به صورت ورقهای نازکی از قالب خارج می شود.
سپس ورقها از داخل غلتک هایی که در خلاف جهت هم حرکت می کنند، عبور داده می شوند. این کار ضخامت ورقها را در تمام قسمتها یکسان می کند و خواص مکانیکی آنها را نیز بهبود می بخشد. به علاوه، با این روش می توان ژئوممبرین های چند لایه ساخت. ضخامت پوششهای لایه ها بین 3 تا 75 میلی متر و پهنای آنها بین 1.8 تا حداکثر 9.5 متر است.
سرعت اجرای ژئوممبرین فوق العاده بیشتر از مصالح بنایی است، به گونه ای که استخر ذخیره آب بیش از پانصدهزار مترمکعبی را می توان یک هفته ای احداث کرد؛ در حالی که با مصالح بنایی بیش از چندین ماه زمان و حجم بسیار زیادی مصالح برای احداث چنین استخری لازم است. (شه کلاهی، 1390)
ژئوممبرین ها به عنوان یک عایق بسیار مقاوم و کم هزینه با طول عمر بالا در بسیاری از پروژه ها کاربرد دارد. بعضی از کاربردهای اصلی ژئوممبرین ها عبارتند از:
- آب و فاضلاب (ساخت لاگون های کانالهای آبرسانی، حوضچه ها و استخرها و دریاچه های مصنوعی)
- ایزولاسیون سازه های زیرزمینی در برابر نفوذ آبهای سطحی و زیرزمینی
- سایت دفن زباله های صنعتی و خطرناک
- ایجاد و توسعه زمینهای کشاورزی در محیط های نامساعد
جهت استفاده از ژئوممبرین ها در سطوح شیبدار یا قائم و جاهایی که امکان لغرش وجود دارد، از نوعی ژئوممبرین استفاده می شود که بر روی سطح آن برجستگی هایی به شکل میخ وجود دارد. این میخچه ها در آستر زیر فرو رفته و مانع از لغزش لایه ژئوممبرین می شوند. هنگام نصب، ژئوممبرین نباید کشیده شود و از چین خوردگی آن نیز باید جلوگیری کرد.
چنانچه ژئوممبرین های تولیدی از نوع مدفون یا نیازمند لایه محافظ باشند، باید برای اجتناب از تجزیه و فساد آن در اثر اشعه ماورای بنفش، هر چه سریع تر پس از نصب روی آنها پوشانیده شود. همچنین جهت جلوگیری از سوراخ شدگی این لایه ها (به دلیل خاصیت آب بندی) باید از مجاورت با لبه های نوک تیز جلوگیری و سطح پوشش قبل از احداث به خوبی صاف و یکنواخت شود. (بلوچی، 1389)
ژئوگریدها
ژئوگریدها گروهی دیگر از خانواده ژئوسنتتیک ها، از جنس پلی استر و پلی اتیلن یا ترکیبی از این مواد و سایر مواد مشابه هستند. این محصولات در ضخامت، اندازه و ابعاد مختلف به صورت شبکه های سه بعدی تولید می شوند. ژئوگریدها به عنوان تقویت کننده های مناسب، مورد استفاده قرار می گیرند؛ زیرا دارای مقاومت کششی بالا و قابلیت قفل شدگی قابل توجهی با محیط اطراف هستند. این دسته از ژئوسنتتیک ها معمولاً در مناطقی که خاک اشباع یا نمدار است، در بالا و پایین لایه ژئوتکستایل قرار می گیرند.
ژئوگریدهایی که از آنها برای مسلح کردن خاک استفاده می شود، دارای چشمه های مستطیلی یا بیضی با ابعاد تقریبی 52 تا 150 میلی متر هستند. مهمترین کاربردهای ژئوگریدها، ایجاد سیستم خاک مسلح، احداث دیوارهای حایل، اصلاح لایه اساس و تقویت بستر در راهسازی و موارد مشابه است. شایان ذکر است که دیوارهای ساخته شده با ژئوگرید، مشکل تغییر شکلهای زیاد دیوارهای ساخته شده با ژئوتکستایل ها را ندارد. (شفابخش، 1390)
ژئوفوم ها
ژئوفوم ها جدیدترین گروه ژئوسنتتیک هستند. ژئوفوم ها در قطعه های بزرگ و سبک ساخته می شوند و در سازه های خاکی یا سنگفرشها به عنوان عایقی در برابر گرما و حرارت عمل می کنند. فوم ها اصولاً به عنوان پرکننده فضاهای خالی به کار می روند. با توجه به قابلیتهایی که تولیدکنندگان به فوم ها داده اند، این فوم ها افزایش حجمی تا ۶۰ برابر در فضای آزاد را دارند و می توانند به عنوان عایق آب و گاز نیز عمل کنند. همچنین دارای خواص بارپذیری بالا نیز هستند.
کاربرد ژئوفوم ها اغلب در زیر سنگچین های بنا شده بر روی خاکهای نرم و سست، سطوح زیرین جاده، سنگفرش باند فرودگاه، سیستمهای راه آهن که دائماً در معرض انبساط و انقباض قرار می گیرند و همچنین در زیر تانکهای ذخیره مایعات نوشیدنی خنک و سطوح شیبدار است. (بهنیا و همکاران، 1389) در معماری منظر، در مواردی که قرار بر ایجاد بستری مصنوع است، برای پرکردن حجم زیر از ژئوفوم ها استفاده می کنند که در انقباض و انبساط دچار نشست نشود.
ژئونت ها
ژئونت‌ها گروه دیگری از محصولات ژئوسنتتیک هستند. این محصول در کارهای عمرانی برای تثبیت خاکهای سست، تقویت و مقاوم سازی دیواره های خاکی، زیرسازی مخازن، محافظت از دیواره شیبها و محافظت پوششی لوله های زیرزمینی (جلوگیری از خراش توسط سنگها) به کار می رود. این محصولات به صورت دو مجموعه موازی از تیرکهای پلیمری هستند که به صورت زاویه دار نسبت به هم قرار می گیرند. بین این تیرک ها، سوراخهای نسبتاً بزرگی وجود دارد که در نتیجه محصول، شکلی توری مانند خواهد داشت. عملکرد ژئونت ها به طور کامل در محدوده زهکشی قرار دارد. تقریباً تمام ژئونت ها از پلی اتیلن ساخته می شوند. (گل محمدی و همکاران، 1391)
ژئوکامپوزیت ها
ژئوکامپوزیت ها ترکیب دو یا چندتایی از ژئوتکستایل ها، ژئوگریدها، ژئونت ها یا ژئوممبرین ها هستند. در ساخت ژئوکامپوزیت ها ممکن است محصولات غیر پلیمری نظیر پشم شیشه و رشته های فولادی برای افزایش مقاومت کششی، ماسه جهت ایجاد مقاومت فشاری و به عنوان پر کننده، رس برای منبسط شدن در مواقعی که از ژنو کامپوزیت به عنوان پوشش استفاده می شود و قیر به عنوان ماده ضد آب استفاده شود.
هدف از ساختن ژئوکامپوزیت ها ایجاد محصولاتی است که در عملکردهایی نظیر مسلح کنندگی، زهکشی، فیلتریزاسیون و … برتری قابل ملاحظه ای نسبت به انواع دیگر ژئوسنتتیک ها داشته باشند و چند وظیفه را بتوانند به طور همزمان انجام دهند. از انواع متداول ترکیب ژئوسنتتیک ها برای ساخت ژئوکامپوزیت ها می‌توان به ترکیب ژئوتکستایل – ژئوگرید، ژئوتکستایل ژئوممبرین و ژئوممبرین – ژئوگرید اشاره کرد. (فتحی پور و همکاران، 1394)
ژئوسنتتیک با پوشش رسی
این نوع ژئوسنتتیک، از مشتقات ژئوکامپوزیت ها است که به دلیل کاربرد فراوان به صورت جداگانه بررسی می شود. این محصول متشکل از ورقه های ژئوسنتتیک با میان لایه های رسی (بنتونیتی) است و برای جلوگیری از نشت آب و آب بندی مورد استفاده قرار می گیرد. نوع متداول آن متشکل از یک لایه بنتونیت در میان دو ورقه ژئوتکستایل یا یک لایه ژئوتکستایل و ژئوممبرین است.
این نوع ژئوسنتتیک جایگزین پوشش رسی متراکم شده می شود. در این حالت بنتونیت در لایه وسطی متورم شده و به نفوذپذیری بسیار ناچیزی می رسد. در نتیجه ژئوتکستایل با لایه رسی، حفاظت هیدرولیکی معادل با یک متر هسته رسی متراکم شده را تأمین می کند. این در حالی است که ضخامت كل لایه در حدود 7 میلی متر است. (گل محمدی و همکاران، 1391)
جمع بندی
به طور کلی می توان کاربردها، مزایا و معایب هر یک از گونه های ژئوسنتتیک را به صورت خلاصه چنین بیان کرد:
ژئوتکستایل
کاربرد:
- فیلتریزاسیون
- مسلح کردن خاکریزها
مزایا:
- سهولت و سرعت کاربرد
- دوام بالا در مقابل عوامل طبیعی
- توانایی نگهداری ذرات خاک در جای خود
- مقاومت الکتریکی بالای آنها
- فسادناپذیری در مقابل عوامل مخرب درون خاک
معایب:
- تغییر شکل در دراز مدت
ژئوممبرین
کاربرد:
- ساخت لاگون های کانالهای آبرسانی
- حوضچه ها و استخرها و دریاچه های مصنوعی
- ایزولاسیون سازه های زیرزمینی در برابر نفوذ آبهای سطحی و زیرزمینی
- ایجاد سایت دفن زباله های صنعتی و خطرناک
مزایا:
- نفوذ پذیری پایین
- حفاظ رطوبتی
- سرعت اجرایی بسیار بالا
معایب:
- هنگام اجرا باید از مجاورت آن با لبه های نوک تیز جلوگیری شود.
ژئوگرید
کاربرد:
- ایجاد سیستم خاک مسلح
- احداث دیوارهای حایل
- اصلاح لایه اساس و تقویت بستر در راهسازی
مزایا:
- دارای مقاومت کششی بالا
- قابلیت قفل شدگی قابل توجه با محیط اطراف
ژئوفوم
کاربرد:
- پرکننده فضاهای خالی
- استفاده در زیر سنگچین های بنا شده بر روی خاکهای نرم و سست
- ساخت سطوح زیرین جاده
- ساخت سنگفرش باند فرودگاه
- استفاده در زیرساختهای سیستمهای زیلی راه آهن
- ایجاد بستری مصنوع در معماری منظر
مزایا:
- عایق آب و گاز
- مقاوم دربرابر انقباض و انبساط لایه زیرین خاک
معایب:
- نیاز به نیروی متخصص برای اجرا
ژئونت
کاربرد:
- کارهای عمرانی برای تثبیت خاکهای سست
- تقویت و مقاوم سازی دیواره های خاکی
- زیرسازی مخازن
- محافظت از دیواره شیبها و پوشش لوله های زیرزمینی
مزایا:
- استفاده در عملیاتهای زهکشی
ژئوکامپوزیت
کاربرد:
- محصولی چند عملکردی به واسطه ترکیب دو یا چند نوع ژئوسنتتیک
مزایا:
- مقاومت فشاری و کششی
- استفاده به عنوان پرکننده
منابع:
- بلوچی، محمد و قناد، زینب. (1389)، خصوصیات و کاربردهای مصالح ژئوسنتتیک، فصلنامه گیسون، شماره 46
- بلوچی،محمد و قناد، زینب. (1388)، ویژگیهای مواد ژئوسنتتیک، تکنولوژی های صنعت ساختمان سازی، مدیریت دانش، شرکت گیسون
- ظهیرکاشانی، حمیدرضا؛ خداوردیان، هانی و بهنیا، سعید. (1389)، معرفی ژئوسنتتیک ها و کاربرد آنها در مهندسی عمران، کنفرانس مهندسی عمران دانشگاه آزاداسلامی نجف آباد
- سلیمانی، رضا؛ کلانتری ،بهزاد و عساکره، عادل. (1393)، کنترل نشست خاکریزهای شیبدار با استفاده بهینه از ژئوسنتتیک ها، کنفرانس ملی مهندسی ژئوتکنیک ایران
- شفابخش، غلامعلی. (1390) تسلیح خاکریز و بستر راه با استفاده از ژئوگریدها، پژوهشکده حمل و نقل
- شه کلاهی، امیررضا. (1390)، معرفی و تاریخچه محصولات ژئوسنتتیک
- فتحی پورکاشانی، مرتضی و اکبرپورنیک قلب رشتی، عباس. (1394)، معرفی ژئوسنتتیک ها و بررسی خصوصیات و کاربرد آنها در مهندسی عمران، کنفرانس بین المللی مهندسی عمران و معماری
