کلمه ژئوسنتتیک، از دو بخش «ژئو» (زمین) و «سنتتیک» (ساخته دست بشر) تشکیل شده‌است.
کلمه ژئوسنتتیک، از دو بخش «ژئو» (Geo) و «سنتتیک» (Synthetic) ساخته شده‌است. از کلمه «ژئو» در مواردی استفاده می‌شود که مربوط به زمین باشد و قسمت دوم، «سنتتیک»، در مورد موادی استفاده می‌شود که ساخته دست بشر باشند یا به عبارت دیگر موادی که مصنوعی‌اند و به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی‌شوند.
کلمه ژئوسنتتیک برای دسته ای از محصولات به کار می رود که عموماًً جهت بر طرف سازی مشکلات ژئوتکنیک به کار می روند. این کلمه به طور کلی برای هشت محصول: ژئوتکستایل، ژئوگرید، ژئوممبران، ژئونت، ژئوسنتتیک کلی لاینر، ژئوفوم، ژئوسل و ژئوکامپوزیت ها استفاده می شود. طبیعت پلیمری آن ها به گونه ای است که سبب می شود برای استفاده در زمین، جایی که دوام زیادی از آن انتظار می رود مورد استفاده قرار گیرد. ژئوسنتتیک ها در اشکال و با مواد مختلفی تولید می شوند که هر کدام برای مصارف نهایی تقریباً مشابه به کار می روند. این محصولات گستره وسیعی از کاربردها را دارند و در حال حاضر در بسیاری از کاربردهای عمرانی، ژئوتکنیک، حمل و نقل، محیطی، هیدرولیک، و کاربردهای توسعه ای خصوصی مانند جادهها، فرودگاه ها، خطوط راه آهن، سد های خاکی، دیوار حائل، استخرهای ذخیره آب، سدها، کانال ها، کنترل فرسایش، کنترل رسوب، بستر لندفیل ها، پوشش لندفیل ها، معادن، پرورش آبزیان و کشاورزی استفاده می شوند.
تاریخچه
انواع مختلف مرکب با خاک آن ها هزاران سال است که مورد استفاده قرار می گیرد. آن ها در زمان رومیان باستان در ساخت جاده ها وتثبیت لبه ی آنها مورد استفاده قرار می گرفتند. این ژئوتکستایل های ابتدایی از فیبرهای طبیعی، پارچه یا گیاهانی ساخته شده بودند که با خاک مخلوط شده و برای بالا بردن کیفیت جاده ها خصوصاً وقتی جاده روی خاک ناپایدار قرار داشت استفاده می شدند. با اینکه ژئوسنتتیک های امروزی شباهت های کمی با پیشینیان خود دارند اما از یک اصل پیروی می کنند. توسعه ی ژئو سنتتیک ها کند بوده، عمدتاً به دلیل محدودیت هایی که در استفاده در مواد سازنده ی آن ها وجود داشته است. در پی پیشرفت ها ی اخیر در صنعت پلیمر، توسعه ی ژئوسنتتیک ها نیز روند بسیار سریعتری به خود گرفت.بارزترین نشان پیشرفت و پذیرش این محصول از سوی صنایع مختلف را می توان در تشکیل انجمن بین المللی ژئوسنتتیک (IGS) در سال 1983 در پاریس دانست. اولین تلاش‌ها برای تقویت خاک، در زمان‌های بسیار دور، با فرو کردن شاخ و برگ درختان در باطلاق‌ها و شنزارها آغاز شد. بدین صورت که با اضافه کردن این‌ها، پس از گذشت مدتی جرمی در اطراف آنها شکل می‌گیرد و قدرت تحمل خاک افزایش می‌یابد. که در نتیجه این محل‌ها قابل عبور و مرور می‌شدند. اولین بار در اواخر دهه ۴۰ و اوایل دهه ۵۰ میلادی در آمریکا از ژئوسنتتیکها استفاده نمودند ودر دهه ۷۰ در اروپا رواج فراوان یافت. اخیراً در کشورهای آسیایی استفاده از این مصالح رایج شده‌است.
اولین استفاده از ژئوسنتتیک در ساواناریورسایت در ایالات متحده آمریکا در سال ۱۹۲۶ میلادی انجام شد.
انجمن مهندسی ژئوسنتتیک ایران
انجمن مهندسی ژئوسنتتیک ایران با هدف گسترش این محصولات در کاربردهای فنی و مهندسی و معرفی آنها به شرکت ها و سازمانهای دولتی و خصوصی در تاریخ 1/10/1389 در وزارت کار و امور اجتماعی به عنوان یک انجمن صنفی تاسیس و برای مدت سه سال با ده عضو شامل پنج عضو اصلی هیئت مدیره، دو عضو علی البدل هیئت مدیره، دو بازرس اصلی و یک بازرس علی البدل فعالیت خود را آغاز نمود.
ژئوسنتتیکها:
ژئوسنتتیکها به چند گروه کلی تقسیم می‌شوند:
ژئوتکستایل:
جهت مسلح‌سازی، جداسازی، زهکشی مناسب، اضافه نمودن قدرت باربری آسفالت و خاک، افزایش عمر مفید آسفالت، حفاظت سازه‌ای از سواحل و بنادر، نشست همگون در سازه‌های دریایی نظیر موج شکن‌ها، حفاظت زمین‌های در حال فرسایش، حفاظت از لایه بالاست در راه‌آهن، افزایش قدرت باربری بستر راه و راه‌آهن، حفاظت از لایه‌های ژئوممبرین و بسیاری از موارد دیگر کاربرد دارد.ژئوتکستایل ها معمولاً به شکل پارچه ی بافته یا نبافته تولید می شوند. ژئوتکستایل های بافته از در هم تنیدن رشته های عمودی وافقی ساخته می شوند که نتیجه ی نهایی آن پیدایش یک لایه ی مقاوم و چیزی شبیه پارچه است. ژئوتکستایل های نبافته به روش های مختلفی تولید می شوند. روش های معمول عبارتند از heat bonded ( شکل دهی با حرارت)، needle punched (شکل دهی مكانيكی يا سوزن سوزنی كردن) و chemically bonded (شکل دهی به روش شیمیایی). ژئوتکستایل های بافته و نابافته از رشته ها و فیبرهای عموماً پلیمری تشکیل شده اند، که از پلی پروپیلن، پلی استر، پلی اتیلن و پلی آمید تشکیل می شوند . گروه کوچکی از ژئوتکستایل ها وجود دارند که از الیاف فیبری تشکیل شده اند و عمدتاً در زمینه ی کنترل فرسایش به کار می روند.
ژئوگریدها:
جهت مسلح سازی خاک و ساخت دیوارهای حائل و غیره کاربرد دارند. ژئوگرید، گرید های مشبک توری است که به صورت ستون های افقی برای مستحکم نگاه داشتن دیوار ها استفاده میگردد. ژئوگرید مانند حفاظی برای پایداری تکان های سطح بیرونی خاک می باشد. ژئوگرید خاک را ثابت نگه میدارد تا بدین صورت مقاومت دیوارهای بنا شده روی آن بیشتر شود.ژئوگرید صفحه ای مشبک است که در مقایسه با ژئوتکستایل خاصیت قفل شدگی بیشتری دارد یعنی با ذرات خاک درگیر شده و مقاومت طولی و عرضی بالایی به بستر خود می دهد. این محصول بیشتر در دیوار های حائل و راه سازی کاربرد دارد و از موادی مانند پلی اتیلن، پلی استر، فایبر گلاس و با پو شش های مختلف تولید می گردد.
ژئوممبران‌ها:
ژئوممبران ورقی از جنس پلی اتیلن، پی وی سی و ... است که خاصیت عایق کاری انواع سطوح بدون نیاز به زیرسازی خاص را دارد. که باعث نفوذ ناپذیری نسبت به انواع سیالات (برای مثال آب، مواد شیمیایی و نفتی) می شود و جهت آب‌بندی کردن، ساخت دریاچه‌های مصنوعی، استخرهای پرورش ماهی و استخرهای صنعتی، لاگونهای فاضلاب و لوله‌های انتقال آب و فاضلاب کاربرد دارند. ژئوممبرین یا ژئوممبران می تواند به تنهایی و یا با انواع پوشش ها، چون صفحات بتونی یا سنگ ریزه نصب شود. از جمله ی کاربرد های این محصول، استفاده برای بهبود کیفیت سدهای قدیمی، ایزولاسیون، جلوگیری از نشت در کف مخازن، سازه های آبی و ... بکار میرود. عمر ژئوممبرین های بدون پوشش به دلیل اینکه در معرض اشعه ی ماوراء بنفش قرار می گیرند اندکی کمتر از ژئوممبرین های پوشش دار می باشد ولی در مقابل، تعمیر آنها از نوع پوشش دار آسان تر است. از طرفی ژئوممبرین های پوشش دار بیشتر در معرض خطر سوراخ شدگی قرار دارند. معمولاً در زیر و روی ژئوممبرین ژئوتکستایل قرار می دهند تا آن را در مقابل سوراخ شدگی محافظت کند.همچنین باعث تقویت قدرت تحمل بار سازه و ژئوممبرین می شود. در این حالت، ژئوتکستایل همچون ضربه گیری عمل می کند که از تمرکز فشارهای وارده بر لایه ی ژئوممبرین می کاهد.
ژئونت‌ها:
جهت جلوگیری از فرسایش شیب‌ها و زهکشی مناسب. ژئونت‌ها کلاسی از ژئوسنتتیکها هستند که از تزریق پیوسته نوارهای پلیمری با زاویه دقیق نسبت به یکدیگر تولید می‌شوند. جنس آنها معمولاً از پلی اتیلن می‌باشد. وجود فاصله در بین رشته‌های این کلاس از ژئو سنتتیک شرایط بسیار مناسبی را برای استفاده از ژئونت به عنوان وسیله‌ای بهیه برای زهکشی به وجود آورده‌است. بدین صورت که ژئونت‌ها با اندازه حفره‌های متفاوت موجود می‌باشند و با توجه به اندازه ذرات خاک به صورتی انتخاب می‌شوند که بدون جابجایی ذرات خاک، امکان زهکشی را به وجود آورند. از این رو، عملکرد عمده ژئونت زهکشی است. اما با توجه به بررسی‌های به عمل آمده با توجه به قیمت پائین تر ژئوتکستایل برای عمل زهکشی، ژئوتکستایل‌ها کاربرد بیشتری نسبت به ژئونت‌ها دارند.
ژئوکامپوزیت‌ها:
ترکیبی از ورقه های مختلف ژئوسنتیک مانند ژئوتکستایل- ژئونت، ژئوتکستایل- ژئوگرید، ژئوتکستایل- ژئوسل و غیره ساخته شده و در بسیاری از موارد به عنوان فیلتر- زه کش مورد استفاده قرا می گیرند. انواع معروف آن معمولاً جهت زهکشی زمین‌های ورزشی و دیوارهای حائل و سقف تونل‌ها استفاده می شود.
جی سی ال:
جی سی ال یا ژئوسنتتیک کلی لاینر طبق تعریف ژئوکامپوزیت در واقع نوعی ژئوکامپوزیت است اما بدلیل کاربرد گسترده و عملکرد مشابه ژئوممبران به صورت جداگانه نیز در نظر گرفته می شود و متشکل از ورقه های ژئوسنتیک با میان لایه های رسی (بنتونیتی) بوده و برای جلوگیری از نشت آب و آب بندی مورداستفاده قرار می گیرند. نوع متداول آن متشکل از یک لایه بنتونیت در میان دو ورقه ژئوتکستایل یا در میان یک لایه ژئوتکستایل و ژئوممبران می باشد، مزیت ویژه جی سی ال، خاصیت خود ترمیمی و همجوشی است.
ژئوسل:
این مواد از یک شبکه ی سه بعدی از پلی استر های بافته نشده بوجود آمده اند و برای جلوگیری از فرسایش و کنترل فرسایش شیب ها از آن استفاده می شود.
ژئومت:
این محصول که از لحاظ کاربرد تشابه زیادی با ژئوسل دارد از جنس پلی پراپیلن بوده و برای جلوگیری از فرسایش خاک، شسته شدن خاک توسط آب و گل کاری بر روی تپه و خاک های شیب دار کاربرد دارد.
عملکردها
در میان کاربردهای دیگر، ژئوسنتتیک می تواند برای جداسازی، فیلتر کردن، حفاظت، زهکشی، مسلح سازی و ممانعت از سرایت رطوبت و ... به کار رود:
فیلتراسیون: می تواند به طرز قابل توجهی کارایی یک سازه ی خاکی را بالا ببرد و ژئوسنتتیک ها می توانند برای ایجاد سیستم های فیلتر کننده ی موثر به کار روند. وظیفه ی فیلتر به این ترتیب است که اجازه دهد آب از صافی آن بگذرد و ذرات موجود در خا ک فیلتر شده٫ باقی بماند.فیلتراسیون می تواند کارایی یک سازه ی خاکی را با کنترل کردن فرسایش سازه و پایین آوردن میزان ذرات خاکی که از مجموعه شسته و جدا می شود بالا ببرد. هنگامی که ذرات از خاک جدا شوند پیوستگی و چسبندگی مجموعه کاهش پیدا می کند و متعاقباً استقامت خاک کاهش می یابد که به این پدیده Piping گفته می شود. از بین بردن این دو معضل منجر به بالا رفتن طول عمر سازه نیز می شود. فیلترهای ژئوسنتتیک می توانند اطمینان و کارایی فیلترهای خاکی مشبک پیشین را بالا ببرند و نیاز به کار کمتر برای نصب شدن دارند.
زهکشی: در تمام سازه های خاکی مورد نیاز است، چه بخواهیم آب های سطحی را از زمین ورزش حذف کنیم، چه بخواهیم فشار جانبی بر دیوار حائل را کاهش دهیم، به هر حال نیاز به زهکشی موثر را نباید دست کم گرفت. در گذشته آبگذرهای مختلفی مورد استفاده قرار می گرفتند. زهکش ها از این جهت با فیلترکننده ها متفاوتند که؛ آب از میان صافی فیلترکننده رد می شود در حالی که در زهکش آب همراه صافی زهکش حرکت می کند.
محافظت: در برخی استفاده های خاکی لازم است که یک قسمت از کار را از قسمت دیگر جدا کنیم و از آن حفاظت کنیم، به دلایل مختلفی چون: ممانعت از نشت مایعات، حفظ کردن یک سازه ی خاکی از فرسایش. ژئوتکستایل ها مناسب این کاربرد هستند.
جداسازی: ژئوتکستایل دو لایه از خاک را که پراکندگی و اندازه ی ذراتشان با یکدیگر متفاوت است، از هم جدا می کند. به عنوان مثال؛ ژئوتکستایل ها به این منظور به کار می روند که از رسوخ مواد موجود در آسفالت در خاک نرم زیرین جلوگیری کنند تا ساختار، ضخامت و کل جاده پایدار بماند. جداسازها همچنین کمک می کنند که ذرات ریز خاک زیرین به لایه ی نفوذ پذیر تهی و پوک آسفالت رسوخ نکند.
مقاوم سازی: ژئوتکستایل را می توان برای مقاوم سازی حجمی از خاک، بالا بردن زاویه ی برش و بالا بردن ثبات ساختار خاک استفاده کرد. در نقش مقاوم سازی، ژئوتکستایل در معرض نیروی کششی مداوم قرار دارد. خاک و سنگ به داشتن مقاومت در برابر نیروی همفشاری و به داشتن ظرفیت کم برای نیروهای کششی معروف هستند. نیروهای کششی توسط تیر محکم فولادین گرفته می شود، ژئوتکستایل به نیروهای کششی که خاک نمی تواند تحمل کند یاری می دهد.