مهندسی عمران ایران

ژئوگریدها از خانواده ژئو سنتتیکها می‏باشد طبق تعریف استانداردASTM   ژئوسنتیکها مصالح ساخته شده از مواد پلیمریک هستند که توسط مهندسی خاک، سنگ و زمین و یا سایر شاخه‏های مهندسی ژئوتکنیک در قسمتی از پروژه یا سازه مورد استفاده قرار می‏گییرند.

ژئوگریدها موادی شبکه مانند هستند که دارای سورخهای بزرگ است و از نظر ساخت، ظاهرش و کارائی با ژئوتکتسائلها تفاوت دارد.

فاصله بین سوراخها در حدود 1 تا 10 سانتی متر (فاصله بین الیاف طول و عرض) است.

 

انواع ژئوگریدها

انواع  ژئوگریدهای موجود در دنیا عبارتند:

 

از میان این ژئو گریدها نوع پنج در ایران موجود می‏باشد . این نوع  ژئوگریدها ساخت کشور آلمان است و در دو نوع Fortrac و Hatelit ساخته می‏شوند که نوع اول برای مسلح کردن خاک و نوع دوم برای مسلح کردن اسفالت بکار میرود.

هر دو نوع  ژئوگرید از الیاف تابیده شده پلی استر سخت بافته می‏شوند و در محل اتصال به هم وصل می‏شوند و یک پوشش کلرید پلی و ینیل (P.V.C) یا مواد قیری در نهایت داده می‏شود ازکاربردهای این نوع  ژئوگریدها در ایران می‏توان مسلح کردن اسفالت پل فولادی نصر، کالج و صدر را نام برد که از نوع HATELIT برای این کارها استفاده شده است و از نوع Hatelit برای احداث دیوار حائل پارک نمایشگاه تهران استفاده شده است.

 

خواص  ژئوگریدها

خواص فیزیکی: این خواص عبارتند از: نوع ساختار، نوع اتصال، اندازه سوراخ، ضخامت، خواص مربوط به جرم واحد سطح ، خواص مربوط به درصد سطح باز. همه این خواص فیزیکی بصورت مستقیم قابل اندازه گیری هستند. این خصوصیات فیزیکی به نحوی در سختی خمشی  ژئوگریدها تأثیر دارند.

 

خواص مکانیکی

1-2- مقاومت تک رشته‏ای و اتصال (به تنهایی):

دلیل مجزا گرفتن اتصال ، عدم تولید تنش نرمال در محل اتصال است. برای تعیین مقاومت تک رشته‏ای  ژئوگرید را بدون در نظر گرفتن اتصال و الیاف عرضی در دستگاه می‏کشند تا گسسته شود. این مقاومت بیانگر مقاومت شبکه  ژئوگرید در داخل خاک نیست. تنها کاربرد این مقاومت نسبت بسط یابنده ثابت در آزمایش کشش است.

برای تعیین مقاومت گره، یک گیره ثابت در 2 طرف گره بر روی الیاف عرضی در نزدیک گره قرار می‏دهند . قسمت پایینی الیاف طولی مجزا توسط یک گیره چنگ زده می‏شود . بعد مقاومت اتصال بدست می‏آید.

 

شکل1

 

2-2- مقاومت کششی پهنه:

هیچ اطلاعاتی از جزئیات آزمایش ، نوع گره بکار رفته ، نسبت کرنش و . . . نداریم.

 

3-2- مقاومت برشی  ژئوگریدها:

از طریق آزمایش برش مستفیم می‏توانیم مقاومت برشی  ژئوگریدها را تعیین کنیم. در هنگام آزمایش ،  ژئوگرید را با وسیله‏ای  به جعبه برش وصل می‏کنند و باید  ژئوگرید در برابر لغزش ناشی از اثر تنش نرمال در خاک بالایی مهار شود.

از شکل (b.2) حداکثر تنش برشی را در تنش نرمال ثابت بدست می‏آوریم. بعد از تعیین این حداکثر تنش برشی آزمایشهای جدیدی با ثابت بودن تنش برشی حداکثر و افزایش تنش نرمال اجام می‏دهیم تا پوش گسیختگی بدست آید.

برای خود خاک هم آزمایش برش مستقیم انجام می‏دهیم و پارامترهای C و خاک را بدست می‏آوریم.

EΦ=tanδ/tanΦ *100 و Ea=ca/c 100

چسپندگی خاک  با خاک:C 

چسپندگی خاک و  ژئوگرید: ca

زاویه مقاومت برشی خاک با خاک  : Φ

زاویه مقاومت برشی خاک با  ژئوگرید: d

 

 

در هنگام آزمایش باید به دو نکته اهمیت بدهیم . یکی این که از جعبه برش بزرگ استفاده کنیم تا اثر مقایسه به حد اقل برسد و دیگر اینکه این قانون تجربی  آزمایشگاه خاک را که باید وسایل آزمایش بیش از ده برابر اندازه گیری ذره خاک باشد ، رعایت کنیم.

با توجه به گفته‏‎های فوق میتوان از جعبه برش به ابعاد 30cm*30cm یا بزرگتر استفاده کرد. برای اطلاعات بیشتر میتوان به استاندارد ASTM-DS321 رجوع کرد.

نتیجه تحقیقات را در مورد اثر سوراخ ژئوگرید و اندازه ذرات خاک بر روی راندمان اصطکاک می‏توان چنین بیان داشت که بهینه‎ترین حالت انتقال برش که دارای راندمان بالایی باشد، زمانی اتفاق میفتد که:

در این رابطه d50 متوسط اندازه ذرات خاک یا خاکریزه و BGG حداقل عرض سوراخ ژئوگرید میباشد. رابطه 1 پارامتر مهمی است در انتخاب نوع خاکریز که در اطراف ژئوکرید ریخته میشود و یا تعیین نوع ژئوگرید که برروی بستر خاک یا خاکریز قرار می‏گیرد.

  

 

شکلa2

 

 

 

شکلb2

 

 

4-2 – مقاومت مهاری یا بیرون کشیدگی در خاک:

مقاومت مهاری  ژئوگریدها بوسیله مقاومت برشی تأمین میشود. این رفتار مربوط به بزرگی سوراخهای  ژئوگرید است که به خاک اجازه ارتباط با 2 طرف  ژئوگرید را میدهد. در ضمن ذرات خاک باید به اندازه کافی کوچک باشند تا نفوذ کامل داشته باشند. پس ماکزیمم سایز ذرات  برای یک  ژئوگرید مخصوص با حداقل عرض بازشدگی باید شرایط معادله 1 ارضاء نماید.

مقاومت مهاری از سه مکانیزم ناشی میشود

مقاومت برش در سطح بالا و پایین الیاف طولی

مقاومت برش در سطح بالا و پایین الیاف عرضی

مقاومتی که از ظرفیت باربری خاک محصور شده در سوراخهای ژئوگرید ناشی میشود.

لازم به ذکر است که بشترین سهم مقاومت کششی ژئوگریدها از مکانیزم سوم ناشی میشود.

 

5-2- مقاومت مهاری یا بیرونی کشیدگی از دیوار:

وقتی‏که ژئوگرید در سازه دیوار خاک مسلح بکار برده می‏شود ، در لبه جلویی به یک وجه دیوار پانل ( اتصال مکانیکی ) یا به وجه بلوکی پیش ساخته بطریق اتصال اصطکاکی و یا اتصال مکانیکی ، ختم میشود. در این مواقع ما باید مقاومت مهاری یا بیرون کشیدگی از دیوار را بدانیم.

آزمایش استانداردی در این خصوص وجود ندارد.

 

 

دوام

دوام در طول عمر مفید سرویس دهی به عوامل زیر بستگی دارد.

1-3- آسیب پذیری در موقع نصب:

همانند بسیاری از ژئوسنتتیکها ، کارائی  ژئوگریدها در صحرا به درجه دقت اجرایی بستگی دارد. اغلب چنین بی دقتیهای اجرایی در صحرا توسط کارگران و ماشینهای سنگین اتفاق میفتد که سبب آسیب پذیری  ژئوگرید در موقع نصب میشود. بعد از نصب هم خطراتی مانند افتادن اشیاء ، نفوذ خاک و سایر تصادفات تا پوشاندن ،  ژئوگرید را تهدید میکنند. در نتیجه برای لحاظ کردن این اثرات معمولاً کاهش مقاومت %30 را بهتر میدانند.

 

 

 

شکل3

 

 

 

2-3- خزش:

قسمت عمده دوام  ژئوگریدها به خزش مربوط میشود. خزش غالباً یک  تابعی ازسطح تنش ، زمان ، درمان حرارت و تعدادی از عوامل محیطی است. برای در نظر گرفتن عوامل یک ضریب اطمینان جزئی معادل 2.5را در هنگام طراحی اعمال میکنند.

 

3-3 – تنشهای آسودگی:

آقای گرین ود ، تنشهای آسودگی را در  ژئوگرید HDPE ارزیابی کرده و داده های تجربی را به نمودار برده و منحنیهای تنش کرنش را بدست آورده ، با مقیاس این نتایج با منحنیهای تنش کرنش بدست آمده از خزش برای همان نوع ژئوگرید میتوان فهمید که اینها انطباق منطقی  با هم دارند . میتوان چنین نتیجه گیری نمود که در صورت نبودن مقدار واقعی ، میتوان عکس‎العمل تنشهای آسودگی  ژئوگرید را از روی منحنیهای خزش بدست آورد.

 

خواص فروسایی

برای  ژئوگریدها  که استفاده واقعی آنها مسلح کردن خاک است عمدتاً لازم است که خواص فروسایی ارزیابی شود.

1-4- فروسایی درجه حرارت :

تغییرات درجه حرارت ( سرد و گرم شدن ) محیطی ، خطر جدی برای  ژئوگریدها نیست . تنها احتیاطی که باید بشود این است که درجه حرارت بالا ایجاد خزش لا تنشهای آسودگی در ژئوگرید می‏نماید .برای این کار یا باید پیش بینی درجه حرارت  ( در صورت بدست آوردن اطلاعات ) شود و یا فاکتور اطمینان بالایی را روی اطلاعات خزش اعمال شود .

 

2-4- فروسایی اکسیداسیون:

که در بحث  ژئوگریدها مطرح نمی‎شود.

 

3-4- فروسایی آب کافت (هیدرولیز ):

که در بحث  ژئوگریدها مطرح نمی‏شود.

 

4-4- فروسایی شیمیایی:

پلی استرو پلی اولیفین مقاومت بالایی در برابر عوامل شیمیایی دارند.

 

5-4- فروسایی رادیواکتیو:

اگر مواد رادیواکتیو با شدت بالا در نزدیکی  ژئوگرید قرار بگیرد. هیچ مشکلی بوجود نمی‎آید.

 

6-4- فروسایی بیولوژیکی:

یک استثنایی که در مورد  ژئوگریدهای انعطاف پذیر پوشش دار داریم، این است که لاستیک خام ، مواد قیری ، یا مواد پلاستیکی در P.V.C ممکن است به موجودات ریز زنده (میکروارگانیسم ) حساسیت داشته باشند ولی هیچ مطالعه‎ای در روی  ژئوگریدهای موجود در دسترس نیست.

حتی اگر چنین حملاتی در روی پوشش صورت گیرد الیاف پلی استر با کریستال بالا ، احتمالاً بدون تأثیر میمانند.

 

 7-4-فروسایی نور خورشید :

نور فرابنفش می‏تواند اثر داشته باشد.

 

8-4- ترکهای تنشی یا ترکهای صحرایی:

پلیمر با کریستال بالا اغلب به ترکهای شکننده در زیر تنش حساس هستند. برای این ارزیابی استانداردهای ASTM-D1693,ASTM-D5397 وجود دارد.

این ترکها در لایه های ژئو ممبرین احتمالاً وجود داشته باشد و در موقع تهیه  ژئوگرید از این ژئوممترین ها  این ترکها در خود  ژئوگریدها ظاهر می‏شود . این ترکها شکستهای صحرائی در کارهای ژئوگرید میشود.

 

 

ملاحظات طراحی

همه مطالب گفته شده برای طراحی نیروی کششی  ژئوگریدها می‏باشد که به صورت  زیر است:

ضریب اطمینان جزئی در برابر آسیبهای نصب : FSID

ضریب اطمینان جزئی در برابر خزش : FSCR

ضریب اطمینان جزئی در برابر فروسایی شیمیایی : FSCD

ضریب اطمینان جزئی در برابر فروسایی بیولوژیکی: FSBD

مقاومت کشی مجاز طراحی : Tallow

مقاومت کششی مورد نیاز : Treq

مقاومت کشی حداکثر : Tult

 

کاربردهای  ژئوگرید

زیر مصالح شن و ماسه در جاده های پوشش نشده

زیر بازالت در ساختمان راه آهن

زیر مصالح سربار یا سازههای خاکی

مسلح سازی خاکریزها یا سدهای خاکی

تعمیر خرابی شیروانیها

به عنوان گابیون در ساختمان دیوارها

به عنوان گابیون در سازه های کنترل فرسایش

به عنوان گابیون در ج.انب پلها

به عنوان صفحات گیردار برای سطوح دیوار حائل

به عنوان آسفالت مسلح در روسازی راه

به عنوان مسلح کردن بتن در کارهای گوناگون

برای مسلح کردن قسمتهای سنگ ترگ دار

برای مسلح کردن قسمتهای بتن ترک دار

برای مسلح کردن land fill جهت توسعه عمودی و جانبی

برای مسلح کردن پوشش land fill به‏عنوان مسلح کننده روکش

به عنوان لایه های 3 بعدی برای افزایش ظرفیت باربری  land fill.

به عنوان  لایه های 3 بعدی برای خاکریزیهای روی خاکهای نرم

برای پایداری جمع آوری کننده سنگی لجن ، به‏‎عنوان مسلح کننده

 

مسلح کردن لایه اساسی جاده ها با روکش آسفالتی

در جاده های با روکش آسفالت اگر  بخواهند ژئوگرید را در قسمت اساس استفاده نمایند ، تحقیقات نشان داده‏است که باید  ژئوگرید را در قسمت میانی لایه اساس قرار داد . البته گرافهایی در این زمینه وجود دارد که با داشتن ضخامت غیر مسلح لایه خاکریز میتوان ضخامت مسلح شده  با نوع خاص  ژئوگرید را بدست آورد. البته این گرافها برای همه انواع  ژئوگریدها موجود نیست.

 

مسلح کردن قسمت اساسی جاده ها بدون روکش آسفالت

کاربرد عمده ژئوگرید در مسلح کردن خاکهای نرم یا فشرده بستر برای جاده های سنگدانه‏ای بدون روکش آسفالتی است. در این مورد نیز موفقیتهایی دیده شده است ، از جمله مسلح کردن خاک باعث افزیش مقاومت باربری خاکریز اساس ، توزیع بهتر بار در خاک  و کتنرل ترک در خاک میشود.

( زمانیکه اختلاف لایه ها قبل از مسلح و بعد از مسلح کردن در مقایسه با هزینه نصب و اجرای  ژئوگرید بیشتر باشد بهتر است از  ژئوگرید استفاده شود.)

نحوه توزیع بار توسط  ژئوگرید در شکل (4) نشان داده شده است . توزیع بار در خاک زیر اساس در اثر پخش شدن بار بدین صورت ثابت می‎شود که بار بصورت هرمی از لایه اساس به زیر اساس انتقال مییابد. در این شکل زاویه a0 برای حالت غیر مسلح و برای حالت مسلح a    تعریف می‏شود. چون مقدار a0 کمتر از a است در نتیجه مقدار بار حمل  شده به لایه زیر اساس کاهش میابد و ما میتوانیم در زمینهای با مقاومت کم هم با استفاده از  ژئوگرید را همسازی نمائیم.

برای طراحی ضخامت لایه خاکی جاده ، بدون روکش آسفالتی میتوان از گراف شکل  a استفاده کرد.

از گراف سمت راست بر  حسب مقدار CBR و یا Cu و در ضمن بر حسب مقدار ماشین  عبوری ، مقدار h0 ( ضخامت لایه اساس بدون مسلح ) را تعیین میکنیم. در این نمودار مقدار عمق شیاری تأثیر ندارد. بعداً بر حسب  استفاده از منحنیهای 1 و2 و 3 مقدار R تعیین میشود. و بعد براحتی مقدار  a0  tan /  a  tan  را نیز می‎توان بدست آورد. ( این زاویه ها قبلاً توضیح داده شده است).

× منحنی1: برای  ژئوگرید SS2 (B*1200 ) برای عبور وسائل بیشتر (N>1000) بکار میرود و در ضمن آلودگی سنگدانها را بدون در نظر گرفتن  ژئوگریدها مهم تلقی میکنیم.

× منحنی:2 برای  ژئوگرید ,SS2(B*1200) که برای تعداد عبور وسایل کمتر بکار میرود واحتمال آلودگی سنگدانه ها کم است.

× منحنی .3 برای  ژئوگرید ,SR2 ( U*1200) فرض میشود که تعداد عبور وسایل کمتر است واحتمال آلودگی سنگدانه کمتر است.

× با تعیین مقدار R و با استفاده از روابط زیر مقدار h ، ارتفاع ضمانت خاکریز در حالت مسلح ،  بدست می‏آید. اختلاف بین h و h0 مقدار صرفه جویی در مصرف سنگدانه است.

h = R h0      for   r<0.15m (6in) زمانیکه الگوی ترافیک کانالیزه نشده باشد.

h=0.9R h0  for  r >0.15 m (6in) زمانیکه الگوی ترافیک کانالیزه شده باشد.

  

 

شکل4

 

 

نتیجه گیری

از همه این مطالب میتوان چنین نتیجه گیری کرد که با استفاده از  ژئوگرید در کارهای مهندسی ژئوتکنیک میتوان خیلی از کارهای ژئوتکنیک را با هزینه اقتصادی کمتری انجام داد. البته در صورتی که ما خودمان تولید کننده این محصول باشیم. از تأثیر ات مهم کاربرد  ژئوگرید که در این مقاله به آنها اشاره شده است میتوان کاهش ضخامت لایه خاکریز در جاده های بدون روکش آسفالتی و همچنین کاهش ضخامت لایه آسفالتی در جاده های با روکش آسفالتی را بر شمرد و در ضمن مزایای استفاده از   ژئوگرید را  که باعث افزایش عمر و دوام آسفالت و خاکریز در مقابل عوامل محیطی و بارگذار ی می‏شود نیز بر شمرد. البته هنوز تحقیقات فراوانی در زمینه استفاده از  ژئوگریدها برای کاری متنوع ژئوتکنیکی انجام میگیرد.