تسلیح ژئوسنتتیکی

 

انتخاب  Ta(بار کششی دراز مدت تسلیح طراحی برای حالت حدی، با در نظر گرفتن کلیه ی افت مقاومت های وابسته به زمان در طول مدت زمان طراحی) برای تسلیح ژئوسنتتیکی بسیار پیچیده تر از فولاد می باشد. مشخصات کششی ژئوسنتتیک ها تحت تاثیر فاکتور های محیطی مانند خزش، آسیب های نصب، کهنگی، دما، و تنش دورگیر می باشد. بعلاوه، مشخصات محصولات ژئوسنتتیک ساخته شده با همان پلیمر پایه می تواند به طور گسترده ای متغیر باشد، و جزئیات رفتار پلیمر برای استفاده در زمین بطور کامل مشخص نشده است. بطور ایده آل، Ta باید با توجه کامل به قابلیت تطویل مجاز، پتانسیل خزش، و مکانیزم های ممکن برای زوال مقاومت تعیین گردد.

تسلیح پلیمری، اگرچه مستعد خوردگی نمی باشد، ممکن است بدلیل فعالیت فیزیکی-شیمیایی در خاک مانند هیدرولیز، اکسید شدن، و ترک خوردگی ناشی از تنش محیطی که بستگی به نوع پلیمر دارد، دچار زوال شود. بعلاوه این مصالح مستعد آسیب نصب و آثار دمای بالا در روساخت و اتصالات می باشند. دما می تواند به اندازه ی 50 درجه سلسیوس  در مقایسه با گستره ی دما در داخل خاک تاثیرات متغییری ایجاد کند، دما در سطح زمین برابر 12 درجه سلسیوس در آب و هوای سرد و معتدل تا 30 درجه سلسیوس در آب و هوای خشک بیابانی می تواند متغییر باشد در حالی که دما در داخل خاک به کندی تغییر یافته ولی از پایداری بیشتری برخوردار است به بیان دیگر انتقال حرارت در خاک بسیار کند تر از هوا صورت می گیرد.

اکثرا  زوال به دلیل آسیب مکانیکی، زوال طولانی مدت وابسته به زمان ناشی از تنش (خزش)، زوال ناشی از تابش پرتو ماورا بنفش، و بر هم کنش شیمیایی یا زیستی با محیط مجاور اتفاق می افتد. بدلیل تغییر انواع پلیمر، کیفیت، مواد افزودنی و هندسه ی محصول، هر ژئوسنتتیکی برای مقاومت در برابر کهنه شدن و مورد حمله قرار گرفتن توسط عناصر زیستی و شیمیایی مختلف، متفاوت می باشد. بنابراین، هر محصولی باید بطور جداگانه مورد بررسی قرار گیرد.

عموما محصولات پلی استر (PET) مستعد کاهش مقاومت ناشی از کهنگی بدلیل هیدرولیز (در دسترس بودن آب) و دماهای پایین می باشند. هیدرولیز و انحلال فیبر در رژیم های قلیایی، در زیر یا نزدیکی سطوح پیزومتریک آب یا در مناطقی که ریزش زیادی وجود دارد که سطح نفوذ آب یا عمل مویینگی این اطمینان را بوجود می آورد که در بیشتر سال آب در دسترس می باشد، دارای شتاب می باشد.

محصولات پلی الفین (PP & HDPE) مستعد کاهش مقاومت ناشی از کهنگی به دلیل اکسید شدن (تماس با اکسیژن) و یا دماهای بالا می باشند. سطح اکسیژن در خاکریز های مسلح تابعی از تخلخل خاک، موقعیت آب زیر زمینی و فاکتور های دیگر می باشد و مشخص شده است که سطح اکسیژن در خاک کمتر از سطوح اکسیژن در اتمسفر (21%) می باشد. از اینرو، اکسید شدن ژئوسنتتیک ها در زمین ممکن است با نرخی برابر بالای سطح زمین پیشروی کند. اکسید شدن بوسیله ی حضور فلز های گذرا (آهن، مس، منگنز، کبالت، کروم) در خاکریز که در خاک های اسید سولفات، خاکریز های سرباره ای، دیگر پسماند های صنعتی یا معدنی شامل فلز های گذرا یافت می شود، شتاب می گیرد. باید مورد توجه قرار گیرد که مقاومت ژئوسنتتیک های پلی الفین در برابر اکسید شدن در اصل تابعی از بسته ی ضد اکسنده ی اضافه شده به رزین پایه می باشد، که برای هر عنوان تجاری  متفاوت می باشد حتی اگر دارای فرمول رزین پایه ی یکسانی باشند.

مقاومت نسبی پلیمر ها برای رژیم های تعریف شده، در جدول 8 نشان داده شده است ، از اینرو، سازگار با رژیم های داخل زمین نشان داده شده می باشد.

اکثر تسلیح ژئوسنتتیکی مدفون می باشد و بنابراین پایداری در برابر پرتو ماورا بنفش (UV) تنها نگرانی موجود در طی ساخت و زمانی است که ژئوسنتتیک برای پوشش دیوار یا سطح شیب مورد استفاده قرار می گیرد. در صورتی که ژئوسنتتیک در موقعیت هایی مورد استفاده قرار گیرد که در معرض تابش پرتو ماورا بنفش می باشد،  باید با پوشش ها یا واحد های روساخت محافظت گردد تا از زوال آن جلوگیری به عمل آید. پوشش های گیاهی نیز می توانند در مورد ژئوتکستایل ها یا ژئوگرید های دارای بافت باز مورد توجه قرار گیرند. ژئوسنتتیک های دارای تثبیت کننده ی پرتو ماورا بنفش می توانند به مدت چندین سال یا بیشتر بدون محافظت در معرض این پرتو قرار گیرند، با این حال، نگهداری دراز مدت هم به دلیل زوال ناشی از پرتو ماورا بنفش و هم به دلیل تخریب ممکن، باید پیش بینی شود.

آسیب در طی جابجایی و ساخت، مثلا آسیب ناشی از خراشیدگی و ساییدگی، سوراخ و پاره شدگی، بریدگی، و ترک خوردگی در شبکه های پلیمری ترد ممکن است اتفاق بیفتد. از این نوع آسیب ها می توان بوسیله ی دقت در طی جابجایی و ساخت، پیشگیری کرد. تجهیزات ساخت خطی نباید بطور مستقیم از روی مصالح ژئوسنتتیک عبور کند.

آسیب در طی بهره برداری خاکریز تابعی از شدت بار اعمالی بر روی ژئوسنتتیک در طی عملیات ساخت و اندازه و زاویه دار بودن خاکریز می باشد. برای سازه های MSEW و RSS، از استفاده از ژئوتکستایل های سبک وزن و دارای مقاومت پایین باید خود داری کرد تا آسیب به حداقل ممکن رسیده و به دنبال آن کاهش مقاومت اتفاق نیفتد.

جدول 8. مقاومت پیش بینی شده ی پلیمر ها در محیط های مشخص.

محیط خاک        

پلیمر

 

PET

PE

PP

خاکهای دارای اسید سولفات

NE

?

?

خاک های آلی

NE

NE

NE

خاک های شور

NE

NE

NE

خاکهای آهکی

?

NE

NE

خاک های اصلاح شده با آهک و سیمان

?

NE

NE

خاک های نمکی (سدیم کربنات) ،

?

NE

NE

خاک های دارای فلز های گذرا

NE

?

?

 NE= بدون تاثیر

؟= استفاده ی سوال بر انگیز، آزمایشات پرتو دهی مورد نیاز می باشد.

برای تسلیح های ژئوسنتتیکی، عمر طراحی بوسیله ی تعیین یک بار طراحی مجاز که کلیه ی کاهش مقاومت های وابسته به زمان را در کل عمر طراحی در نظر می گیرد، به صورت زیر بدست می آید:


 که در این رابطه،  بار کششی طراحی دراز مدت تسلیح برای حالت حدی،  مقاومت کششی نهایی ژئوسنتتیک، و RF برابر حاصلضرب کلیه ی ضرایب کاهش قابل اعمال بوده و FS ضریب اطمینان کلی می باشد. مقاومت دراز مدت مصالح یا بطور اخص:

 

 

TULT= مقاومت کششی نهایی (یا تسلیم) حاصل از آزمایش نوار پهن (ASTM D 4595) برای ژئوتکستایل ها و آزمایش نوار پهن (ASTM D 4595) یا آزمایش تک میله (GR1:GG1) برای ژئوگرید ها (توجه داشته باشید که آزمایش مشابهی برای تعریف ضریب کاهش خزشی ژئوگرید مورد استفاده قرار خواهد گرفت)، بر مبنای حداقل مقدار متوسط غلتک کاری (MARV) برای محصول  می باشد.

RFCR= ضریب کاهش خزشی برابر است با نسبت مقاومت نهایی (TULT) به مقاومت حدی خزش حاصل از آزمایشات آزمایشگاهی خزش برای هر محصول. گستره های معمول ضرایب کاهش بعنوان تابعی از نوع پلیمر، در زیر نشان داده شده اند:

نوع پلیمر

ضرایب کاهش خزشی

پلی استر

2.5 تا 1.6

پلی پروپیلن

5تا 4

پلی اتیلن دارای چگالی بالا

5 تا 2.6

 

RFD= ضریب کاهش دوام. این ضریب وابسته به این است که آیا ژئوسنتتیک در معرض موجودات ذره بینی، مواد شیمیایی، اکسیداسیون حرارتی، هیدرولیز و ترک خوردگی ناشی از تنش باشد یا نه، و عموما می تواند از 1.1 تا 2 متغیر باشد. حداقل ضریب کاهش باید برابر با 1.1 باشد.

RFID = ضریب کاهش آسیب نصب. این ضریب می تواند در گستره ی 1.05 تا 3 قرار گیرد که بستگی به دانه بندی خاکریز و جرم واحد وزن محصول دارد. حداقل ضریب کاهش باید برای در نظر گرفتن عدم قطعیت ها برابر 1.1 باشد.

FS= ضریب اطمینان کلی برای در نظر گرفتن عدم قطعیت ها در هندسه ی سازه، مشخصات خاکریز، مشخصات تسلیح، و بارهای خارجی اعمالی. برای سازه های MSEW دائمی، حداقل ضریب اطمینانی برابر 1.5 عموما مورد استفاده قرار گرفته است (از اینرو 1.5 / Ta= Ta1).

برای سازه های RSS، در تحلیل پایداری، ضریب اطمینان برابر  1 در نظر گرفته می شود (از اینرو Ta= Ta1).

معمولا مقدار Ta1 بطور مستقیم از تولید کننده گرفته می شود. که معمولا شامل ضرایب کاهش می باشد ولی شامل ضریب اطمینان طراحی یا مصالح، FS، نمی باشد . محاسبه ی ضرایب کاهش برای هر محصول ژئوسنتتیک، به آزمایش گسترده ی میدانی و آزمایشگاهی نیازمند می باشد، که بطور خلاصه در زیر آورده شده است:

ضریب کاهش خزش،RFCR .

 مقدار ضریب کاهش خزش از آزمایشات آزمایشگاهی دراز مدت خزش حاصل می گردد که در آینده در پیوست  با جزئیات آورده تقدیم می شود. این ضریب کاهش برای محدود کردن بار در تسلیح تا حدی که به عنوان حد خزش شناخته می شود و در طول عمر سازه، گسیختگی خزشی ایجاد خواهد کرد، مورد نیاز می باشد. خزش خودش به تنهایی مقاومت پلیمر را کاهش نمی دهد. آزمایش خزش اساسا یک آزمایش بار ثابت بر روی نمونه های چندین محصول می باشد که تا درصد های مختلفی از بار نهایی محصول برای پریود هایی تا 10000 ساعت، بارگذاری می گردند. ضریب کاهش خزش، نسبت بار نهایی به حداکثر بار قابل تحمل مورد پیش بینی (حد خزش) در عمر طراحی سازه می باشد (به عنوان مثال، چندین سال برای سازه های موقت، 75 تا 100 سال برای سازه های دائمی).

برای سازه های موقت، حداکثر بار قابل تحمل در زمانی برابر عمر موقت سازه تعریف می گردد.

ضریب کاهش دوام،RFD .

کارهای مقدماتی برای بدست آوردن این ضریب کاهش پیشنهاد شده و با جزئیات کامل در FHWA RD-97-144 آورده شده است. در کل، شامل یک کوره (اوون) برای کهنه کردن  نمونه های پلی الفین  (PP & HDPE) برای شتاب دادن به اکسید شدگی و اندازه گیری کاهش مقاومت آنها بعنوان تابعی از زمان، دما و غلظت اکسیژن می باشد. سپس این داده های بدست آمده در دمای بالا باید برای دمایی که مطابق شرایط میدانی می باشد برون یابی شوند. برای پلی استر ها (PET) عمل کهنگی در یک واسط آبی با pH متغیر و در دمای نسبتا بالا برای شتاب دادن به عمل هیدرولیز، با داده های پیش بینی شده برای دمایی مطابق شرایط میدانی، صورت می گیرد.

برای توضیحات با جزئیات بیشتر، اسناد خوردگی/زوال را از فروشندگان بخواهید و طالعه کنید. پیشنهادات زیر در این سند کمپانی با توجه به تعریف ضریب RFD  توضیح داده شده اند.

با توجه به زوال ناشی از کهنگی، نتایج حاصل از مطالعه ی حاضر، موارد زیر را پیشنهاد می کند:

ژئوسنتتیک های پلی استر

ژئوسنتتیک های PET فقط برای استفاده در محیط های دارای 9 > PH > 3 پیشنهاد می گردند. ضرایب کاهش (RFD) زیر برای کهنگی PET در حال حاضر برای 100 سال از عمر طراحی در غیاب آزمایشات ویژه ی محصول نشان داده می شوند:

 

/ 0 نظر / 176 بازدید