کاربری ژئوتکستایل بعنوان فیلتر در سدهای خاکی
فیلتر یکی از اجزاء مهم سازه های خاکی است که در ارتباط با جریان آب می باشند. طی دهه های گذشته علاوه بر مصالح فیلتر دانه ای، از مواد مصنوعی بنام ژئوتکستایل استفاده شده است...
نویسندگان: کاظم کلهری، فیروزه صدری
خلاصه مقاله:
فیلتر یکی از اجزاء مهم سازه های خاکی است که در ارتباط با جریان آب می باشند. هنگامی که جریان نشت از یک خاک با دانه های نسبتاً ریز به مصالح درشت تر (برای مثال زهکش) وارد می شود، ممکن است مصالح ریز دانه ازجای خود حرکت کرده، اولاً باعث بروز ناپایداری در کل سازه گردیده و خطر آفرین باشند و ثانیاً فضاهای خالی سیستم زهکش را پر کرده و در برابر حرکت آب ایجاد مانع کنند و در نتیجه باعث افزایش فشار هیدرواستاتیکی در سازه شوند. بدین جهت ایجاد چنین بخشی در سازه لازم خواهد بود. طی دهه های گذشته علاوه بر مصالح فیلتر دانه ای، از مواد مصنوعی بنام ژئوتکستایل نیز استفاده شده است که خصوصیاتی نظیر مصالح دانه ای (خاک) دارند و از نظر مقاومت مکانیکی و شیمیایی در حد بالاتری قرار دارند. از این مواد در اکثر پروژه های ژئوتکنیکی چه در سطح جهانی و چه در کشور ما استفاده شده است و از این رونیاز به شناخت بهتر این مواد می باشد. در این مقاله در موارد کاربرد ژئوتکستایل در مهندسی به اختصار صحبت خواهد شد و سپس درباره خصوصیات فنی آن، مبانی طراحی و کاربری اش در سدهای خاکی و سنگریزه ای بررسی خواهد شد.
تعریف
فیلتر مصالحی است حد واسط که در مرز بین دو لایه ای که به لحاظ توزیع دانه بندی متفاوت هستند، قرارداده می شوند. نقش اصلی فیلتر جلوگیری از شسته شدن و حرکت مواد ریز دانه سازه خاکی می باشد و بدیهی است که کاربرد آن در جایی است که تحت اثر گرادیان هیدرولیکی می باشد.
عملکرد فیلتر
وقتی جریان نشت از یک خاک با دانه های نسبتاً ریز به مصالح درشت دانه تر (مانند زهکش در پنجه سد خاکی) وارد می شود، این خطر وجود دارد که ذرات ریز خاک به داخل مصالح درشت دانه تر شسته شوند. اگر این کار در یک مدت زمان طولانی انجام بگیرد، ذرات ریز ممکن است تمام فضاهای بین مصالح درشت دانه را پر کرده و آن را مسدود نمایند. برای رفع چنین مشکلی، بین دو لایه ریز و درشت از یک لایه فیلتر بعنوان
محافظ استفاده می شود. فیلتر و زهکش اجازه می دهد تا جریان تراوش از خاک نسبت به زمانی که فیلتر وجود ندارد، سریعتر خارج شود. بنابراین مصالح فیلتر بایستی نسبت به خاک اساس (خاک مورد حفاظت) درشت دانه تر و با حفرات بازتری باشد. جریان تراوش از خاک ریز دانه به فیلتر ممکن است همراه با شسته شدن و حرکت ذرات ریز دانه خاک اساس به حفرات مصالح فیلتر باشد و این انتقال باعث به خطر افتادن سازه خاکی خواهد گردید. تخریب مذکور ممکن است بدلیل از دست رفتن و کمبود مصالح بافته باشد و یا اینکه ناشی از انسداد خلل و فرج و بوجود آمدن فشار زیاد هیدرواستاتیکی در پشت مصالح فیلتر باشد. به هر حال و به هر دلیل در اینصورت ایمنی سازه با خطر مواجه شده و سازه در طی زمان منهدم خواهد گردید. وجود فیلتر باعث طول عمر سازه با بروز کمترین خطر می گردد.
فیلتر در سدهای خاکی
در سدهای خاکی نیز وضع به همین صورت است؛ اگر بین لایه زهکش (سنگ ریزه ای) و خاک اصلی در پنجه سد، لایه فیلتر موجود نباشد، ذرات ریز قسمت اصلی به سمت سنگریزه ها شسته شده و مسیر آن را مسدود می کنند و نتیجه آنکه سیستم زهکش سد از کار می افتد و نیز تدریجاً مصالح سازنده بدنه به بیرون شسته شده و باعث خرابی و ضربات جبران ناپذیر می گردد. بنابراین باید برای اطمینان از وجود ایمنی سازه، یک لایه فیلتر بین مصالح ریزدانه و درشت دانه قرار داده شود که البته میتواند بیش از یک لایه باشد و هر لایه نقش فیلتر را برای لایه زیرین بر عهده داشته باشد.
فیلتر در سدهای خاکی ممکن است در موقعیت های متعددی مورد نیاز باشد ، مانند جاهاییبرای پایداری و کنترل نشت و سدها، اقدام به زون بندی در سدها می شود.
انواع فیلتر
فیلترها به دو دسته کلی تقسیم می شوند:
الف ـ مصالح دانه ای؛ شن و ماسه دانه بندی شده بر طبق معيارهای طراحی فيلتر.
ب ـ الياف يا بافته هایی از جنس پليمرمصنوعی (ژئوتکستایل).
نتيجه گيری:
ژئوتكستایل ها در دهــه های گذشــته بطــور گســترده در ســطح جهانی بكــار گرفــته شــده انــد و در ســدهای خاکی نــيز چـنانكه در جـدول يـك ملاحظـه می شـود اسـتفاده گـرديده انـد. اصلی تريـن كاربـرد آنهـا در سـدها بعـنوان جايگزيـن فيلترهای دانه ای بوده است.
ژئوتكســتايل كاربــرد موثــری در جداســازی لايــه هــا و جلوگــيری از فرســايش، حفاظــت ســواحل رودخانــه ها و .... داشــته اســت و بــا توجــه بــه ايــنكه پايایی و مقاومــت خوبی در برابــر عوامــل مخــرب و نــيروهای هيدرواســتاتیکی دارد، بــرای كاربــرد هــای ژئوتکنیکی مناســب اســت و توصــيه می گــردد، مشــروط بــرايــنكه محــدوده هــا و معــيارهای طراحی همانگونــه كــه در مورد فيلترهای دانه ای با دقت كنترل می شود، در مورد اين مواد نيز عمل گردد.
كلمات كليدی:
فيلتر ، ژئوتكستایل، ژئوسنتتيك، زهكش، تراوش (نشت)، فرسايش داخلی (piping) و سد خاكی.
:: متن کامل پژوهش، در بخش ضمیمه و نیز در لینک منبع، در دسترس می باشد.