1- ژئوتکستایل و کاربرد های آن

 ژئوتکستایل (Geotextile) بطور کلی این لایه های سوزنی نبافته عموما منسوجاتی نفوذپذیر هستند که در هنگام استفاده همراه با خاک، توانایی جداسازی، فیلتر کردن، تقویت، حفاظت را دارند. ژئوتکستایل‌ها به دو شکل لایه‌های بافته شده و نبافته هستند که بر پایه الیاف مصنوعی از جنس پلی استر (polyester) و پلی پروپیلن (polypropylen) با گرماژ و ابعاد گوناگون تولید می‌شوند.  این نوع منسوج از کنارهم قرارگرفتن الیاف ریز پلیمری و در هم تنیدن تشکیل می‌شوند.

 ژئوتکستایل ها هدایت آب خوبی دارند و می تواند کانال های زهکشی را در داخل خاک ایجاد کنند تا مایع و گاز اضافی را از ساختار خاک خارج کنند. استفاده از این لایه های نمدی برای افزایش استحکام کششی و مقاومت در برابر تغییر شکل خاک و افزایش پایداری ساختار ساختمان برای بهبود کیفیت خاک استفاده کرد. Geotextile به طور موثر تنش متمرکز را پخش، انتقال یا تجزیه می کند تا از آسیب دیدن خاک توسط نیروهای خارجی جلوگیری شود. از ژئوتکستایل ها جهت جلوگیری از اختلاط ماسه، خاک و بتن بین لایه های بالایی و پایینی در پروژه های مختلف استفاده میشود. 

2- ژئوتکستایل چیست؟

همان طور که پیشتر هم گفتیم، Geotextile یک لایه نساجی مصنوعی نفوذپذیر است و به طور کلی از مشتقات پلیمری مانند پلی استر یا پلی پروپیلن تولید می شود. ژئوتکستایل ها برای افزایش پایداری خاک، کنترل فرسایش، فیلتراسیون، توانایی جداسازی یا کمک به زهکشی و … استفاده می شوند ژئوتکستایل ها به دو شکل لایه های بافته (Woven) و بی بافت (Non-woven) عرضه و تولید میگردد و بر پایه پلی استر و پلی پروپیلن و ترکیبی از سایر مواد پلیمری با گرم ها و ابعاد گوناگون تولید می‌شوند.

از ژئوتکستایل های بافته نشده (Non-woven textile) و بافته بیشتر به عنوان پارچه های فیلتراسیون یاد میشود. ساختار متخلخل باعث وجود خواص مطلوبی نظیر موئینگی و جذاب آب، آبگذری، تحمل فشار و ضربات، جذب قیر و از همه مهمتر امکان عبور انتخابی یعنی عبور دادن سیالات در حالی که ذرات خاک اجازه عبور ندارند. 

Non-woven textile متشکل از ترکیبی از مواد مقاوم و پلیمری است که به صورت لایه لایه رویه یکدیگر فشرده و سوزن زنی می شوند. این نوع منسوجات نبافته، به صورت یک لایه  از روی هم قرار گرفتن چندین لایه و فشرده شدن و سوزن زنی به صورت یک لایه نمدی تهیه می شود.

 ژئوتکستایل نبافته یا بی بافت که گاهاً از آن ها به عنوان لایه های نمدی، لایه های سوزنی و یا منسوجات نبافته هم یاد میشود دارای ویژگی هایی از جمله مقاومت در برابر فشار، انعطاف پذیری بالا، مقاومت در برابر شرایط محیطی مختلف، نفوذپذیری مناسب، مقاومت به گسستگی و پایداری حرارتی می باشد. این لایه نبافته عموماً در مسیر های خاکی جهت کنترل فرسایش خاک در پروژه های عمرانی و سازه های توسعه یافته به کار می روند. 

با توجه به خصوصیات ذکر شده، Non-woven textile از اهمیت بسیاری در صنعت ساخت و ساز و مهندسی خاک برخوردار است. این مواد به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود، به عنوان یک مکمل برای پروژه های عمرانی، راه سازی، سد سازی و…. در نظر گرفته می شوند.

از جمله کاربردهای ژئوتکستایل های نبافته در پروژه های مختلف میتوان به موارد زیر نیز اشاره کرد.

فرآیند تولید ژئوتکستایل‌ها، که متریال‌های پلیمری برای کاربردهای ژئوتکنیکی هستند، به دو دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شود: ژئوتکستایل‌های نبافته و ژئوتکستایل‌های بافته. که به صورت مختصر به چگونگی فرآیند تولید آنها می پردازیم.

پلی‌استر (Polyester): این نوع مواد از جنس پلی اتیلن ترفتالات (PET) بوده به دلیل خواص این مواد می توان به نیروی پارگی زیاد مقاومت سایشی، ثبات نوری، مقاومت در برابر اسید های معدنی دمای ذوب بالا و همچنین عدم پوسیدگی اشاره کرد.

پلی‌پروپیلن (Polypropylene): این نوع ماده از طریق پلیمریزاسیون به صورت یک پلیمر خطی تهیه میشود که به اختصار PP نامیده میشود. پلی پروپیلن یک پلیمر گرمانرم می باشد که در صنایع مختلف از جمله نساجی کاربرد های زیادی دارد این الیاف در برابر حلال های شیمیایی، باز ها و اسیدها مقاوم است و به دلیل ویژگی های مقاومتی و خاصیت ضد آب و قابلیت باز یافتی آن در تولید ژئوتکستایل ها بسیار مناسب است.

3- فرآیند تولید ژئوتکستایل های نبافته

مواد اولیه تشکیل دهنده Non-woven textile عمدتاً الیاف های مصنوعی مانند پلی پروپیلن هستند که بعد از باز شدن بسته بندی وارد دستگاه حلاجی شده و بعد از باز شدن تارهای الیاف از یکدیگر به قسمت دستگاه کاردینگ هدایت میشود.

 تارهای الیاف به وسیله دستگاه ها با فاصله بسیار کم کنار یکدیگر قرار گرفته و به صورت پارچه ای نازک و یکنواخت به محل تنظیم تراکم که به آن کراس لپر میگویند. انتقال داده می شود و پس از تنظیم تراکم های مختلف در دستگاه کراس لپر برای فشرده شدن به دستگاه سوزن زنی بصورت زیر زن و رو زن هدایت شده و لایه ها روی هم ریخته شده به وسیله ضربات سوزن زن به یک دیگر تنیده میشود و یک لایه ژئوتکستایل در گرماژ تعیین شده تولید میشود.

در نتیجه: این محصول از کنار هم قرار گرفتن الیاف ریز پلیمری و در هم تنیده شدن تشکیل میشود.

4- نقش ژئوتکستایل چیست؟

ژئوتکستایل‌ها، که از دسته مواد ژئوسنتتیک هستند، نقش‌های متعددی در پروژه‌های مهندسی عمرانی، صنعتی، کشاورزی و …. دارند، از جمله:

جداسازی: ژئوتکستایل‌ها می‌توانند دو لایه از مواد با خواص مکانیکی یا بیولوژیکی مختلف را از هم جدا کنند، به عنوان مثال، جداسازی خاک بستر از مواد پر کننده در ساخت جاده‌ها.

فیلتراسیون: عمل فیلتر کردن آب از داخل خاک بدون از بین بردن خاک‌های مفید توسط Geotextile به زهکشی فضای اطراف ساختارهای خاکی کمک می‌کند.

تقویت: Geotextiles به افزایش استحکام و پایداری خاک و کاهش تغییر شکل‌های ناخواسته کمک می‌کنند، مخصوصاً در شرایط بارگذاری.

حفاظت: این مواد می‌توانند از سازه‌های مهندسی مانند سدها، کانال‌های آب، و دیواره‌های حائل در برابر فرسودگی و آسیب‌های ناشی از تماس با سایر مواد خشن یا حرکت دائمی آب محافظت کنند.

زهکشی: Geotextiles به عنوان مسیری برای انتقال آب داخل خاک به محل مناسب فاضلاب یا نقاط تخلیه عمل می‌کنند، از این رو از تجمع آب و فشار تصاعدی جلوگیری می‌شود.

5- استاندارد های ژئوتکستایل نبافته و بافته چیست؟

استانداردهای Geotextile به مجموعه‌‌ای از الزامات فنی و معیارهای کیفی اشاره دارند که به منظور تضمین عملکرد مطلوب، دوام و قابلیت اطمینان محصولات Geotextile در کاربردهای مختلف تدوین شده‌اند. این استانداردها ممکن است شامل تست‌های مکانیکی، فیزیکی، شیمیایی و دوام بلند مدت باشند.

برای ژئوتکستایل‌های بافته ونبافته، استانداردهای خاصی توسط سازمان‌ها و موسسات استاندارد بین‌المللی و ملی، از جمله ASTM (انجمن آزمایش و مواد استاندارد آمریکا)، ISO (سازمان بین‌المللی استاندارد)، EN (استانداردهای اروپایی) و GRI (موسسه ژئوسنتتیک‌های تحقیقاتی) تدوین شده‌اند.

6- استانداردهای مرتبط با ژئوتکستایل‌های نبافته:

1. ISO 10319: تعیین مقاومت کششی منسوجات نبافته و محصولات Geotextile مرتبط

2. ASTM D4759: مقررات مربوط به ویژگی‌های واجد شرایط بودن Geotextiles

7- استانداردهای مرتبط با ژئوتکستایل‌های بافته:

1. ISO 9862: ارزیابی کلی Geotextiles و محصولات مرتبط

2. ASTM D4632: تعیین مقاومت کششی و کشش نهایی

3. ASTM D4491: تست نفوذپذیری مایعات در Geotextiles

4. EN ISO 13431: تعیین مقاومت ژئوتکستایل‌های بافته در برابر پارگی

8- استانداردهای عمومی:

1. ASTM D5261: تعیین وزن واحد سطح Geotextile

2. ASTM D4886: تعیین خردشوندگی ژئوتکستایل‌های نبافته

3. EN ISO 12236: تست استاندارد برای تعیین مقاومت Geotextile در برابر نفوذ نوک مخروط (CBR)

هر کاربرد مشخص، ممکن است استانداردهای خاص خود را داشته باشد که باید تمامی ژئوتکستایل‌های مورد استفاده در آن پروژه، با این استانداردها سازگاری داشته باشند. به عنوان مثال، ژئوتکستایل‌هایی که در پروژه‌های حفاظت از فرسایش استفاده می‌شوند، باید مطابق با استانداردهای مربوط به مقاومت در برابر فرسایش و پایداری در محیط‌های UV انتخاب شوند. 

این استانداردها به آزمایشگاه‌ها، تولیدکنندگان، مهندسان، و دیگر ذی‌نفعان کمک می‌کند تا صحت و سلامت محصولات Geotextile و کاربردهای متنوع آن‌ها را تضمین نمایند.

9- زمینه‌های کاربردی ژئوتکستایل چیست؟

این منسوجات نبافته زمینه‌های کاربردی گوناگون و متنوعی دارند، به ویژه در پروژه‌های عمرانی و ساختمانی. ژئوتکستایل یک حوزه متنوع و گسترده است که در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف استفاده می‌شود. این فناوری به دلیل خواص مکانیکی، مقاومت در برابر شرایط محیطی و قابلیت تنظیم نور و گرما، در زمینه‌های مختلف به کار می‌رود.

• استفاده از ژئوتکستایل در کشاورزی 

استفاده از ژئوتکستایل‌های نبافته در کشاورزی نه تنها می‌تواند به افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌ها کمک کند، بلکه به حفظ محیط زیست و مدیریت پایدار منابع نیز کمک خواهد کرد. ژئوتکستایل‌های نبافته در کشاورزی به عنوان یکی از راهکارهای نوین و مؤثر در بهبود عملکرد و مدیریت منابع طبیعی شناخته می‌شود. این نوع ژئوتکستایل‌ها به دلیل ویژگی‌های خاص خود، کاربردهای متنوعی در زمینه کشاورزی دارند.

1) محافظ استخر ذخیره آب ژئوممبران

ژئوتکستایل (انگلیسی: Geotextile) و ژئوممبران ( انگلیسی: Geomembrane) دو‌محصولی هستند که در ساخت استخرهای کشاورزی به یکدیگر وابسته هستند. زیرا ژئوتکستایل یا همان موکت استخر کشاورزی به عنوان لایه محافظ ژئوممبران بوده و نقش تثبیت خاک و عدم آسیب ورق در برابر سنگهای ریز و درشت را در هنگام اجرای آن به عهده دارد.

در زمانی که خورشید به سطح آب استخر می تابد اختلاف دمای سطح رویی ‌و زیرین ورق ژئوممبران باعث تعریق سطح زیر ورق می شود.در نتیجه آب حاصل از این تعریق موجب فرسایش و‌ نشست خاک زیر ورق ژئوممبران می شود که در اثر فشار آب به ورق، این فرسایش موجب شکستگی و پاره شدن ورق می شود که این پارگی باعث نفوذ آب استخر به خاک زیرین شده که علاوه بر هدر رفت آب و تخریب کل استخر موجب بروز خسارات جبران ناپذیری نیز می گردد.

2) کاور ضد سرمازدگی

در جدیدترین کاربرد ژئوتکستایل برای بخش کشاورزی و باغداری استفاده از این لایه ها به عنوان کاور ضد سرما در فصول سرد سال می باشد به این صورت که این لایه را با عرض های ۳ الی ۴ متر در گرماژ ۲۰۰ الی ۲۵۰ گرم و با قیمت مقرون به صرفه برای مزارع گوجه فرنگی و بادمجان و صیفی جات تهیه می شود و بر روی سطح محصولات قرار می گیرد که این لایه به خوبی باعث جلوگیری از سرمازدگی محصولات می گردد.

3) کشت های گلخانه ای

استفاده از ژئوتکستایل‌های نبافته در کشت‌های گلخانه‌ای می‌تواند به افزایش کارایی، کاهش هزینه‌ها و بهبود کیفیت محصولات کمک کند. این لایه ها  با ویژگی‌های خاص خود، ابزاری مؤثر برای کشاورزان و تولیدکنندگان در جهت دستیابی به نتایج بهتر در کشاورزی مدرن محسوب می‌شوند.

4) پارچه ضد علف هرز 

ژئوتکستایل نبافته یا پارچه ضد علف هرز، راهکاری نوین برای کشاورزی پایدار است که بدون نیاز به سموم شیمیایی، رشد علف‌های هرز را متوقف می‌کند. این پارچه‌ها با جلوگیری از تابش نور خورشید به خاک و حفظ رطوبت زمین، موجب صرفه‌جویی در آب، افزایش کیفیت محصولات، و کاهش هزینه‌های کشاورزی می‌شوند. علاوه بر این، مقاومت بالا در برابر اشعه UV و دوام طولانی تا  سال ها این لایه ها را به انتخابی اقتصادی و پایدار برای کشاورزان تبدیل کرده است.

5) آبیاری زیر سطحی

6) ساخت گلدان

گلدان‌های ساخته‌شده از ژئوتکستایل نبافته گزینه‌ای اقتصادی، مقاوم و سازگار با محیط‌زیست هستند که در برابر تغییرات دما، رطوبت و اشعه UV دوام بالایی دارند. این گلدان‌ها علاوه بر سبکی و سهولت در جابجایی، با زهکشی طبیعی آب از پوسیدگی ریشه جلوگیری کرده و محیطی سالم برای گیاهان ایجاد می‌کنند. همچنین، ساختار بازیافتی و پایدار آن‌ها، این محصول را به انتخابی سبز و دوستدار محیط‌زیست تبدیل می‌کند، در حالی که تنوع طراحی و انعطاف‌پذیری بالا، جذابیت بیشتری به فضاهای داخلی و بیرونی می‌بخشد.

ژئوتکستایل‌ها به عنوان یک راه‌حل مقرون‌به‌صرفه و موثر در فونداسیون‌ها استفاده می‌شوند، زیرا با تقویت، فیلتراسیون، جداسازی و زهکشی، موجب افزایش استحکام، کاهش هزینه‌های ساخت، و بالا بردن عمر مفید سازه می‌شوند. این مواد با مقاومت بالا در برابر تغییرات دما و رطوبت، نیاز به حفاری را کاهش داده و عملکرد فونداسیون را بهبود می‌بخشند، که آن‌ها را به انتخابی ایده‌آل برای ساخت‌وساز پایدار تبدیل می‌کند.

7) دیوا های حائل

دیوارهای تقویت‌شده با ژئوتکستایل نبافته یک نوآوری مهندسی در تثبیت خاک‌های ضعیف و مقابله با شرایط مرطوب هستند. این دیوارها با افزایش استحکام مکانیکی، تخلیه فشار آب حفره‌ای، و کاهش خطر رانش زمین، موجب بهبود پایداری و افزایش عمر سازه می‌شوند. ساختار متخلخل ژئوتکستایل، نفوذ ذرات خاک، بهبود مقاومت کششی و رفتار خزشی تقویت‌کننده‌ها را امکان‌پذیر می‌سازد. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که این روش در شرایط بارندگی شدید و رطوبت طولانی‌مدتعملکرد مطلوبی دارد، فشار آب را کاهش داده و جابه‌جایی‌های افقی را محدود می‌کند، که آن را به راهکاری ایده‌آل برای تقویت دیوارهای خاکی در مناطق پر باران تبدیل کرده است.

8) خط لوله

این گزارش راهنمای کاربرد و مشخصات ژئوتکستایل‌ها در طراحی راه را ارائه می‌دهد. ژئوتکستایل‌ها به دلیل ویژگی‌هایی مانند جداسازی، فیلتراسیون، زهکشی و تقویت، نقش مهمی در افزایش عمر و عملکرد راه‌ها دارند. این سند شامل معیارهای انتخاب ژئوتکستایل، مشخصات فنی، روش‌های نصب و آزمایش‌های لازم است تا مهندسان بتوانند محصولات مناسب را برای پروژه‌های راه‌سازی انتخاب کنند. همچنین، آزمایش‌های استاندارد مانند ASTM D4632 برای استحکام کششی و ASTM D4491 برای نفوذپذیری معرفی شده‌اند. این راهنما بر اساس تحقیقات انجام‌شده در مرکز تحقیقات حمل‌ونقل دانشگاه تگزاس گردآوری شده و هدف آن بهبود عملکرد راه‌ها از طریق استفاده مؤثر از ژئوتکستایل‌هاست.

9) لند فیل ها

ژئوتکستایل‌های نبافته نقش کلیدی در بهبود عملکرد و پایداری لندفیل‌ها دارند و به عنوانلایه‌ای جداکننده، فیلتر، زهکش، تقویت‌کننده و محافظ عمل می‌کنند. این مواد با کاهش نفوذپذیری، جلوگیری از آلودگی آب‌های زیرزمینی، افزایش عمر مفید لندفیل، بهبود ثبات شیب، و کاهش هزینه‌های ساخت و نگهداری، راهکاری اقتصادی و سازگار با محیط زیست برای مدیریت پسماندهای جامد ارائه می‌دهند.

10) تونل ها

ژئوتکستایل‌های نبافته نقش کلیدی در افزایش دوام و عملکرد تونل‌ها دارند، زیرا با حفاظت مکانیکی، زهکشی و تنظیم شرایط زیرسطحیاز نفوذ آب‌های زیرزمینی، فشارهای هیدرولیکی، و آسیب‌های فیزیکی به ژئوممبران‌ها جلوگیری می‌کنند. این لایه‌ها با مقاومت بالا در برابر سوراخ‌شدگی، رطوبت، دما و مواد شیمیایی، گزینه‌ای ایده‌آل برای آب‌بندی و پایداری سازه‌های زیرزمینیمحسوب می‌شوند.

11) صنعت نفت

ژئوتکستایل‌های نبافته، به‌عنوان راهکاری نوین برای کنترل ماسه در چاه‌های نفت سنگین، دارای نفوذپذیری بالا، پایداری مکانیکی، و مقاومت در برابر گرفتگی هستند. این مواد با جلوگیری از ورود ماسه به سیستم تولید، حفظ عملکرد فیلتراسیون تحت فشارهای بالا، و امکان تنظیم منافذ برای سازگاری بهتر با شرایط زمین‌شناس، جایگزین انعطاف‌پذیرتری نسبت به فیلترهای مکانیکی سنتی محسوب می‌شوند.

12) معادن

ژئوتکستایل‌های نبافته به دلیل قابلیت فیلتراسیون، مقاومت بالا در برابر تنش‌ها و سهولت نصب، کاربرد گسترده‌ای در پروژه‌های معدنی دارند. این مواد با جلوگیری از گرفتگی سیستم‌های زهکشی، کاهش هزینه‌های ساخت، بهبود عملکرد در شرایط سخت و تأثیرات زیست‌محیطی کمتر، جایگزین مناسبی برای مصالح سنتی مانند شن و ماسه محسوب می‌شوند و به بهینه‌سازی فرآیند استخراج و زهکشی در صنعت معدن کمک می‌کنند.

13) بهبود کیفیت آب تالاب ها

ژئوتکستایل‌های نبافته به‌عنوان یک روش فیلتراسیون نوآورانه برای بهبود کیفیت آب تالاب‌ها مورد بررسی قرار گرفته‌اند. این سیستم شناور با حذف ۳۲٪ فسفر کل، ۱۷٪ COD و ۲۹٪ کدورت آب، از تغییرات اکولوژیکی نامطلوب جلوگیری می‌کند. همچنین، ترکیب فیلتراسیون سطحی و عمقی موجب کاهش گرفتگی فیلتر و افزایش کارایی سیستم می‌شود. این روش پایدار و قابل تنظیم بوده و گزینه‌ای مؤثر برای مدیریت منابع آبی و حفظ اکوسیستم تالاب‌ها محسوب می‌شود.

14) مهندسی زلزله

ژئوتکستایل نبافته در مهندسی زلزله نقش کلیدی در افزایش پایداری خاک و کاهش خطرات لرزه‌ای دارد. این ماده با کاهش روانگرایی خاک، تقویت پی‌های سازه‌ها، بهبود عملکرد در برابر بارهای دینامیکی و افزایش پایداری شیب‌ها، موجب ارتقای ایمنی و دوام سازه‌ها در مناطق زلزله‌خیز می‌شود. همچنین، با بهبود زهکشی و کاهش فشار آب حفره‌ای، از تغییر شکل‌های ناگهانی و نشست‌های غیرمنتظره جلوگیری کرده و پایداری زیرساخت‌های عمرانی را افزایش می‌دهد.

• استفاده از  ژئوتکستایل ها در معماری و شهر سازی

استفاده از ژئوتکستایل در زیر شن‌های رنگی یک روش مؤثر برای افزایش دوام، بهبود زهکشی و تثبیت بستر در فضاهای شهری است. این لایه از اختلاط شن با خاک زیرین جلوگیری کرده، رشد علف‌های هرز را کنترل می‌کند و مانع فرسایش سطحی می‌شود. همچنین با کمک به زهکشی مناسب و کاهش تجمع آب و گل و لای، نگهداری فضاهای شهری را آسان‌تر کرده و اجرای پروژه‌ها را سریع‌تر و اقتصادی‌تر می‌کند.

• چمن مصنوعی

ژئوتکستایل‌های نبافته نقش مهمی در بهبود کیفیت، دوام و زهکشی چمن‌های مصنوعی در زمین‌های ورزشی و بازی دارند. این لایه‌ها با کنترل رشد علف‌های هرز، تثبیت بستر، توزیع یکنواخت بار و جلوگیری از ایجاد گودال‌ها، سطحی ایمن، استاندارد و کم‌هزینه برای نگهداریفراهم می‌کنند. همچنین، با افزایش عمر مفید چمن و کاهش نیاز به تعویض، اجرای پروژه‌های شهری و ورزشی را باثبات‌تر و اقتصادی‌تر می‌کنند.

منابعی که برای نوشتن این مطلب مورد مصالعه قرار گرفت:

Barrett, R. J., “Use of Plastic Filters in Coastal Structures,” Proceedings from the 16th International Conference Coastal Engineers, Tokyo, September 1966, pp. 1048–1067

 Dane County Department of Land and Water Resources (2007). Dane County Erosion Control and Stormwater Management Manual (PDF) (Report). Madison, WI. Retrieved 2010-02-09.

 Massachusetts Department of Environmental Protection (2003). Massachusetts Erosion and Sediment Control Guidelines for Urban and Suburban Areas (PDF) (Report). Boston, MA. pp. 73–74.

 Renfrew, Colin and Paul Bahn, Archaeology. 4th ed. New York: Thames 2004. شابک ‎۹۷۸−۰−۵۰۰−۲۸۴۴۱−۴