کاربرد ژئوگریدها در عمران

استفاده از مصالح ژئوسنتتیک از دیدگاه اقتصادی و فنی بصرفه بوده

و در مواردی تا ۳۰ درصد کاهش هزینه در پروژه ها را به دنبال داشته است. تجربه ای ۲۰ ساله در استفاده از مواد مسلح کننده آسفالت نشان میدهد

می توان عمر لایه آسفالتی و فواصل بین تعمیرات آن را تا دو برابر افزایش داد.

در این مقاله سعی بر آن است تا سه گروه عمده ژئوسنتتیکها یعنی ژئوگریدها ، ژئوتکستایلها و ژئوممبرین ها به همراه کاربردهای مختلفشان در مجموعه مهندسی عمران و محیط زیست مورد بررسی قرار گیرند.

ژئوگریدها

ژئوگریدها شبکه های طوری رو باز از جنس الیاف و پلیمرهای v.c.  پلی اتلین و یا پلی پروپیلن هستند

که عمده کاربرد آنها بطور کلی مسلح کردن لایه های مختلف که امکان لغزش بین آنها زیاد است

همچون لایه های خاکی در پی ها و یا لایه های آسفالتی را هسازی و فرودگاهها بکار میروند

همچنین در لایه های سطوح پوشش قیری در مهندسی هیدرولیک جهت جلوگیری از نفوذ آب استفاده میشوند

مهمترین نقش جهت چسباندن دو لایه ای که میان از ژئوگرید استفاده شده است را منافذ درشت لایههای ژئوگرید ایفا می کنند.

ژئوگریدها بیشتر نیروهای افقی و از شکل خارج شدگی را تحمل میکنند

و بنابر این در برابر توسعه و ازدیاد ترکهای انعکاسی انتقالی از ساختار موجود به لایه ی سایشی مقاومت میکنند

اینگونه تعمیر بیشتر از طریق مسلح کردن کل سطح انجام می گیرد

در این مقاله به کاربرد ژئوگریدها در راهسازی و تا حدودی در پی سازی اشاره می شود.

کاربرد ژئوگریدها در راهسازی

نقش عمد ژئوگریدها در مسطح کردن آسفالت به عنوان ماده ای برای افزایش مقاومت کششی آسفالت است.

ضعف آسفالت در برابر کشش موجب میشود تا ترکهایی که در لایه های زیرین ساختمان راه بوجود آمده اند به سطح آن منتقل شوند موجب خرابی رو سازی گردند

دو نقش مهم ژئوگریدها در لایه های آسفالتی عبارت است از :

• افزایش مقاومت کششی لایه های آسفالتی
• تحمل میزان چشم گیری از نیروهای کششی افقی در آسفالت و توزیع آنها در یک سطح بزرگتر

که این عمل موجب پایین آمدن میزان حد اکثر اوج نیروهای کششی فطرت ناشی از بار گذاری حاصل از بارهای سنگین می شود.

عمده موارد استفاده از ژئوگریدها در راهسازی جهت جلوگیری از بروز ترکهای انعکاسی  reflecting cracksو همچنین جلوگیری از ترک خوردگیهای ناشی از حرارت می باشد.

ترک خوردگی اسفالتها بیشتر به علت خستگی فرسودگی ناشی از حرارت ایجاد میشود هر چند خستگی ناشی از ترافیک ننیز در این امر موثر است.

ترکهای روسازی راه معمولا بر اثر گرنشهای کششی و برشی آسفالت بوجود میآیند توانایی آسفالت در تحمل میزان کرنشهای کششی و برشی آسفالت بوجود می آیند

توانایی آسفالت در تحمل میزان کرنشهای کششی متغیر بوده و وابسته پارامترها همچون میزان و نوع قیر سرعت بارگذاری و مدت زمان اعمال کرنش می باشد.

همانطور که گفته شد. در کل توانایی آسفالت در تحمل کرنشهای کششی ضعیف می باشد و دارای محدودیت است.

بطوری که ترکهای کششی اغلب در کرنشهای یک درصد در دمای کمتر از صفر درجه سانتیگراد و دو تا سه درصد در دمای بیش از ۲۰ درجه سانتیگراد در درون آسفالت ایجاد میشوند.

تمرکز کرنش در آسفالت به دلیل وجود ترکهای کهنه یا قدیمی در افزایش میزان و سرعت ترک خوردگی آسفالت موثر می باشد.

بنابرین می بایست نسبت به مسلح کردن آسفالت و افزایش مقاومت کششی آن و بالاخره سطح کرنش های نهایی اقدام نمود که بدین منظور از جمله بهترین راه حلها میتوان به مسلح کردن آسفالت با کمک استفاده از شبکه های پلیمری مسلح ژئوگرید اشاره نمود.

ژئوگریدهای بافته نشده میتوانند بیش از یک کیلوگرم بر متر مربع قیر را به خود جذب کنند

و علاوه بر خاصیت کششی تشکیل عیقی را بدهند که از نفوذ آب در پوشش قیری جلوگیری کنند.

در روکش های انعطاف پذیر مسلح ،ژئوگرید میتوان تغیر شکلهای بزرگتر و توان باربری بالاتری را بدون ترک خوردگی ایجاد کرد.

ایجاد تغیر شکل در روکش باعث تولید برشی بین آسفالت و مسلح کننده شده

و انتقال این تنش برشی به مسلح کننده در اثر تماس بین آسفالت و مسلح کننده باعث ایجاد نیروی کششی در مسلح کننده میشود.

میزان این تنش برشی انتقالی به خواص تغییر شکل پذیری آسفالت و مسلح کننده و نیز بر هم کنش آسفالت و مسلح کننده بستگی دارد.

ماکزیمم تنش کششی در مسلح کننده توسط میزان تنش برشی انتقال یافته ممکن بین آسفالت و مسلح کننده محدود میشود.

در مورد تخفیف آزادسازی کرنش  Strain relief دو حالت اتفاق می افتد: ۱)چنانچه مدول الاستیسیته و یا به عبارتی سختی پارچه گونه ژئوگرید به کار رفته از سختی مصالح آسفالتی لایه های اطراف خود بالاتر باشد.

این عملکرد پارچه گونه ها در کاهش نفوذ ترک به بدنه روکش مفید و موثر می باشد مانند عملکرد آرماتورها در داخل بتن مسلح

2) چنانچه مدول الاستیسیته پارچه گونه مورد استفاده در لایه ها از مدول الاستیسیته مصالح آسفالتی اطراف خود کمتر باشد

در آن صورت امکان جذب تنش بالاتر و کاهش میزان انرژی متمرکز در نوک ترک به دلیل امکان لغزش روکش و حالت مفصل بودن سازه روسازی در محل پارچه گونه را خواهیم داشت که در جلوگیری از نفوذ ترکها موثر است.

تاثیر ژئوگرید ها مسلح کننده در لایه آسفالت

آزمایش های کششی مقایسه ای که در سال ۱۹۸۲ توسط Schniering روی نمونه تک لایه ای غیر مسلح و دولایه ای مسلح انجام شد

تاثیر ژئوگرید مسلح کننده در لایه آسفالت را مشخص میکند.

نتایج آزمایش ها نشان میدهند.

میزان نیروی وارده روی نمونه مسلح در زمان گسیختگی ۵۰ درصد بیش از نیروی وارده بر نمونه غیر مسلح بود.

افزایش طول نمونه مسلح در زمان گسیختگی ۶۵ درصد بیش از ازدیاد طول نمونه غیر مسلح بود.

آنچه موجب چسبندگی لایه ژئوگرید به لایههای اطراف میشود پوشش قیری روی آن میباشد.

 ژئوگریدهای مصلح کننده آسفالت با یک ماده قیری پوشش شده اند که چسبندگی آنها با لایه آسفالت را تضمین میکند.

این چسبندگی موجب می شود ژئوگرید مسلح بتواند نیروهای کشش را تحمل و آنها را توزیع کند.

علاوه بر این ساختار ژئوگرید دارای فضاهای باز چشمه است که حداقل ۷۵ درصد سطح آنها را شامل میشود.

این فضاهای باز موجب چسبندگی مستقیم لایه های آسفالت به یکدیگر میشوند از ای نرو بیشترین میزان چسبندگی لایه های آسفالت ایجاد میشود. در نمودار زیر موثر بودن ژئوگرید با آزمایش نمونه های آسفالتی و مقایسه دو نمونه مسلح و غیر مسلح به ژئوگرید به خوبی مشخص شده است.

در مقاله بعدی به بررسی جامع تر می پردازیم و کاربرد دیگر ژئوستنتتیک ها را باهم بررسی میکنیم.