عملکرد ژئوممبران در سیستم های حمل و نقل به‌مانند تمامی کاربردهای این تجهیزات، به عنوان یک مانع است. پوشش های ژئوممبران مانع موثری در مقابل نفوذ جریانهای حاوی آبهای سطحی، آبهای زیرزمینی یا آلاینده‌های مایع هستند. البته طیف گسترده ای از کاربردهای ترکیبی در حال ظهور است که به موجب آن می توان، پوششهای ترکیبی با مزیت عالی و به شیوه ای مقرون به صرفه ابداع نمود.
طبق استانداردهای ASTM ورقهای ژئوممبران به عنوان یک غشای اساساً غیر قابل نفوذ تعریف می شوند. غشاهایی که با پی، خاک، سنگ، زمین یا هر ماده مرتبط با مهندسی ژئوتکنیک به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از یک پروژه، سازه یا سیستم ساخت بشر استفاده می شوند. اکثر ژئوممبران ها ورقه های نازکی از مواد پلیمری انعطاف پذیر هستند که به یکی از سه روش زیر برای بسترسازی خطوط حمل و نقل و دیگر کاربردها تولید می شوند:
- اکستروژن (غیر تقویت شده)؛ و
- پوشش پخش شده (تقویت شده).
کاربرد ژئوممبران در برنامه‌های حمل و نقل خاص
ژئوممبران ها در بسیاری از کاربردهای مرتبط با حمل و نقل مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اگرچه کاربردهای خاص اغلب مناطق بسیار بزرگ را پوشش نمی دهند. اما می توانند مشکلات معنی دار و اغلب دشوار را به خوبی حل کنند. یکی از مهمترین کاربرد های ژئوممبران ها در جلوگیری از حرکت رو به بالای آب های زیرزمینی در خطوط اصلی و برش های زیرین راه آهن است.
به‌عبارت فنی، در خطوط راه آهن مناطقی که مستعد مزاحمت بالا آمدن آبهای زیرزمینی است، از «CSPE ge ~cmbr nc» تقویت شده بر روی سطح خاک و سطح زیرین موثر، استفاده میشود. بدین معنی که یک ژئوتکستایل نبافته با سوزن در بالای ژئوممبران، برای ایجاد مقاومت در برابر سوراخ شدن تعبیه میگردد. عاملی که برای جلوگیری از جریان رو به بالای آب زیرزمینی به داخل یک برش راه آهن، بسیار موثر عمل میکند.
البته در هر یک از دیوارهای نگهدارنده کنسول بتنی موازی با برش، مهر و موم های ضد آب مورد نیاز خواهد بود. همواره این نکته را بیاد داشته باشید که این جزئیات خاص، در عملکرد کلی سیستم بسیار مهم هستند. با این حال، باید تمهیداتی نیز برای فشارهای بالای آب منفذی که اغلب در کاربردهای حمل و نقل راه آهن رخ می دهد، اندیشیده شود. درهمین زمینه، غالباَ نیاز به چاه های کاهش فشار می‌باشد.
آب بندی تونل های حمل و نقل با ژئوممبران
نشت آب به انواع تونل های حمل و نقل یک مشکل همیشگی است. هنگام حفر تونل در سنگ توسط گروه‌های استخراج، یک لایه شاتکریت اغلب در اسرع وقت قرار می گیرد. این روش New Ausirian Tunneiing Method (NATM) نامیده می شود و بدلیل مزایای گسترده، بسیار رایج گردیده است. شیوه‌ی کار بدینگونه است که:
با چسباندن یک ژئوتکستایل نبافته ضخیم سوزنی به شاتکریت و به دنبال آن یک ژئوممبران و سپس پوشش بتنی نهایی، یک سیستم ضد آب عالی به دست می آید. درادامه ژئوتکستایل آب تراوش را قطع می کند و سپس به زیر زهکشی مناسب تخلیه می شود.
علیرغم اینکه استفاده از HDPE Geomembrane شدیداَ رواج یافته است؛ اما برای این نوع کاربرد حفر تونل (NATM)، بیشتر از ژئوممبران PVC استفاده میشود. مجموعاَ اجرای:
- زیرسازی های مناسب و
- شبکه های زهکشی اصولی (با استفاده از لوله زهکش و سایر بسترهای مناسب)،
نقش ویژه‌ای در سلامت عملکردی و ماندگاری سطوح نیازمند به دفع آب دارد.
اهمیت زهکشی مناسب با ژئو ممبران
عقیده‌ی کارشناسان بر اینست که زهکشی خوب در بکارگیری توأمان از ژئوممبران ها و ژئوتکستایلها، در حال حاضر هیچ کجا به اندازه‌ی دو کاربری زیر مورد اهمیت قرار ندارد:
- تصفیه خانه های فاضلاب که فعالیت باکتری ها در آب نشتی ادامه می یابد و واکنش اضافی با ماده رویشی زیرین، حجم زیادی از متان و گازهای دیگر تولید می کند.
- خطوط حمل و نقل سراسر کشور که همواره در معرض آبگرفتگی و آسیب دیدگی های ناشی از آبگرفتگی قرار دارند.
چنانچه خطوط حمل و نقل از یک سیستم زهکشی خوب در کنار پوشش های ژئوممبران بهره نبرند، مسلماَ در هنگام بارندگیها و برف، شاهد آبگرفتگی شدید معابر خواهیم بود. و این به معنای آلودگی بیشتر خودروها، عدم کارکرد احتمالی ترمز برخی از ماشین ها و… خواهد بود!!. جاری شدن آبهای سطحی و عدم خروج به موقع آنها به سمت سطوح زیرزمینی، یکی دیگر از مشکلات عدم اجرای صحیح سیستم های زهکشی بشمار می‌رود. یکی از این مشکلات اینست که با آب ایستاده زیر لاینر، هیچ مسیری برای خروج گازهای زباله یا ضایعات زیرسطحی به دریچه های گاز قرار گرفته در بالای خطوط حمل و نقل شیبدار وجود ندارد. بطوریکه عملاَ گازها جمع می شوند و لاینر بالا می رود تا سطح آب را بشکند و همانند یک “نهنگ” عمل کند.
بنابراین باید یک سیستم زهکشی خوب در زیر لاینر وجود داشته باشد که بتوان آب را از آن خارج کرد. سیستم زهکشی مورد نظر، چه در خطوط حمل و نقل، چه تصفیه خانه های فاضلاب و چه در لندفیلهای زباله، باید ظرفیت کافی را داشته باشد که هرگونه گاز تولیدشده، بتواند به سمت دریچه های شیب تخلیه گردد. بخصوص هنگام اجرای بستر محل های دفن زباله.
نکته: لوله کاروگیت نیز عمدتاَ در لندفیلها مورد استفاده قرار میگیرد که مقاومت شیمیایی ساختار را افزایش میدهد.
پیشگیری از آلودگی در مناطق سوخت گیری راه آهن
جهت پیشگیری از نفوذ آلودگی در لوکیشن‌های سوخت گیری راه آهن، ژئوممبران بوتیل پوشش داده شده روی یک ژئوتکستایل نبافته سوزنی، به عنوان مانعی در برابر ورود سوخت دیزل به زیر سطح استفاده میشود. این مفهوم برای اولین بار توسط گروه صنعتی «True Temper, Inc» ارائه شد. غالباَ طرفین و پایین مقاطعی که نیاز به پوشش دارند، به این روش پوشانده خواهد شد. درنتیجه سطح ابتدایی فقط دارای یک پوشش ژئوتکستایل است. محفظه به صورت دوره ای، به تخلیه های خروجی برای حذف سوخت دیزل جمع آوری شده نیاز دارد. ژئوتکستایل روی ژئوممبران به سمت داخل، بگونه‌ای قرار میگیرد که محافظت لازم در برابر سوراخ‌شدن را تأمین کند.
عایق رطوبتی زیرساختهای حمل و نقل با ژئوممبران و ژئوتکستایل
انواع ژئوممبران را میتوان به عنوان عایق رطوبتی زیرساخت های راه آهن بکار گرفت. پمپاژ زیر گریدهای خاک به دلیل بارهای سنگین و چرخه ای، یک مشکل رایج راه آهن است. مشکلی که سریعاَ میتواند اثرات مخرب خود را بر ساختار کلی چنین خطوط حمل و نقلی، بروز دهد. آیرس یکی از پژوهشگرانی است که توصیف خوبی از کاربرد GEOMEMBERANE دارد. وی برای جلوگیری از وقوع مشکلات زیرساختی، یک بالشتک ژئوتکستایل را بالای ژئوممبران برای مقاومت در برابر سوراخ شدن دوباره پیشنهاد میدهد. همانطور که قبلاً ذکر شد، مهار فشارهای بالای آب منفذی ایجادشده در بسیاری از محیط‌های راه آهن، ممکن است به چاه‌های کاهش فشار در زیر ژئو ممبران نیاز داشته باشد.
کنترل خاک های گسترده (نفوذ عمودی)
بسیاری از نقاط جهان دارای خاک های:
- وسیع و
- ریزدانه ای
هستند که با جذب آب به اندازه های نگران کننده ای متورم می شوند. برای حذف رطوبت از حرکت رو به پایین در سطح مقطع راه‌ها و بطورکلی خطوط حمل و نقل، عمدتاَ از یک ژئوممبران باکیفیت استفاده میشود. پیشتر چنین روشی برای انواع خطوط حمل و نقل در «میسی سی پی» و «تگزاس» گزارش شده است. تورم خاک همواره یکی از نگرانی های بازرسان و مجریان برای پروژه های احداث معابر است. چراکه از یکسو به از دست رفتن ساختار یکپارچه‌ی خاکهای بستر می انجامد. و از سوی دیگر به ترک خوردگی و شکست سطوح بالادستی معابر منجر می شود!!.
پیشگیری از سرمازدگی بستر خطوط حمل و نقل
حرکت به سمت بالای آب های زیرزمینی در یک منطقه، مویرگی خواهد بود. بخصوص در ارتفاع نیمرخ خاک ها که احتمال یخبندان بیشتر خواهد بود. هنگامی که این اتفاق می افتد، توده های یخی زیرین متورم شده و به طور مداوم رشد می کنند و هر چیزی را که بالای آن قرار دارد، بلند می کنند. فلذا احتمال برهم خوردن تراز کف خطوط حمل و نقل افزایش می یابد. همواره یک طرح اصلاحی موثر پیشنهاد میگردد که طی آن از یک مانع ژئوممبران با یک ژئوتکستایل یا زهکش ژئونت در زیر آن استفاده خواهد شد.
درصورت استفاده از ژئونت، قسمت زیرین آن باید دارای یک فیلتر ژئوتکستایل سبک برای محافظت باشد. ژئوتکستایل یا زهکش ژئونت البته باید به زهکشی فراتر از محدوده منطقه مربوطه متصل شود. (بصورت یک کامپوزیت زهکش لبه مصنوعی نیز اجرا می گردد)
جلوگیری از بزرگ شدن فروچاله‌های کارستی با ژئوممبران
بسیاری از سازه‌های سنگ آهک خطوط حمل و نقل در تماس با آب، واکنش نشان می دهند. این پدیده محلول شناخته شده توپوگرافی کارست یا تشکیل فروچاله نامیده می شود. کلید جلوگیری از بزرگ شدن یک فروچاله موجود:
- جلوگیری از ورود آب باران
- و ذوب برف،
به زیر لایه خاک معابر است. این کار را می توان با استفاده از یک ژئوممبران با محافظت مناسب از پایه سنگی بالا و بسته به کیفیت زیرسازی، از زیر انجام داد. انواع ژئوممبران ها همانند سدی محکم در برابر نفوذ آبها در پروژه‌های مختلف عمرانی، به کار گرفته میشوند. همین ویژگی، موجب بکارگیری این پوشش ها در کف حوضچه‌های شیرابه مجاور لندفیل های زباله نیز شده است.
محصول مرتبط: انواع ژئوگرید
Geomembrane و حفاظت از خاکهای حساس به سرما
اگرچه عمدتاَ از ژئوممبران ها در خطوط حمل و نقل برای:
- عدم نفوذ آب به لایه‌های خاک زیرین (و عدم فرسوده شدن و از دست رفتن کیفیت خاک بستر)
- و محافظ و عایق در برابر رطوبت،
بهره گرفته می شود. اما نمیتوان از نقش آنها در قالب عایق حرارتی نیز صرف نظر نمود. مفهوم لایه خاک محصور شده با غشاء (MESL)، توسط آزمایشگاه تحقیقاتی مناطق سرد آمریکا برای حفاظت از خاک های حساس به یخبندان مطرح شده است. نتایج یافته ها نشان میدهد که:
کپسوله سازی خاک ها با ژئوممبران و دیگر روش ها، اقدامی شدیداَ موثر برای نگهداری از آنها در شرایط دمایی یخبندان محسوب میشود. خاکهای کپسوله‌شده با قرارگرفتن و نگهداری در مقدار آب بهینه خود، برای استفاده سبک در جاده‌ها مناسب هستند. بخصوص جاده هایی با حجم ترافیکی کمتر.
با این حال بدون کپسوله سازی، آنها اشباع شده و استحکام خود را از دست می دهند. سد رطوبتی مورد نیاز برای جلوگیری از این امر، می تواند استفاده‌ی تنها از ژئوممبرانها باشد. اما معمولاً ترکیب Geomembrane و یک ژئوتکستایل غیر بافته موثرتر است؛ که توسط امولسیون آسفالت یا اسپری الاستومری آغشته شده است.
حفاظت از خاک های شکننده با ژئوممبران
در اینجا مشکل دقیقاَ معکوس شرایط بستر در خاک های حساس به یخبندان است. بطوری که خشک شدن باعث می شود خاک های شکننده به سادگی از هم جدا شوند و استحکام بستر خطوط حمل و نقل از دست برود. اگرچه که منطقه محصورشده، احتمالا عمیق تر از خاک های محصور شده‌ی حساس به سرما خواهد بود. در کنترل خاک های منبسط (نفوذ افقی)، رطوبت واردشده به خاک های گسترده در زیر روسازی ها، می تواند به صورت:
- افقی و
- همچنین عمودی،
رخ داده و گسترش یابد. برای مسدود کردن نقاط آسیب دیده‌ی بالقوه، میتوان مطابق راهکارهای ارائه شده‌ی شرکت فیلیپس فیبرز، پرده های متشکل از ژئوتکستایل و ژئوممبران را با روسازی جدید یا با روسازی قبلی (به شرط سالم بودن) نصب کرد.
عایق رطوبتی دیوارها
تعدادی طرح را میتوان بعنوان عایق رطوبتی دیواره‌ها در احداث پروژه های حمل و نقل پیش بینی کرد. به‌موجب این طرحها، آب سطحی در پشت دیوارهای حائل نگهداری می شود. دلایل توجه به این امر متعدد است؛ بعنوان مثال، برای:
- جلوگیری از خوردگی نوارهای تقویت کننده فلزی؛
- یا ایجاد تسکین فشارهای هیدرواستاتیک،
اتخاذ تمهیداتی برای وجود عایق های رطوبتی دیواره ها لازم الامر خواهد بود. نصب بسیاری از انواع ژئوممبران ها نیز به عنوان پوشش عایق، امکان پذیر است. ولی اگر در سطح یا نزدیک سطح باشند و بارگذاری های سنگین پیش بینی شود، همه باید به اندازه کافی محافظت شوند.
کاهش هزینه های خطوط حمل و نقل با ژئوممبران
عملیات احداث پروژه های خطوط حمل و نقل جاده ای، راه آهن، فرودگاه ها و… همواره بسیار زمانبر و پرهزینه خواهد بود. بایستی بدانید که خرید ژئوممبران، میتواند انتخابی فوق العاده برای پروژه های خطوط حمل و نقل باشد. زیرا:
- از یکسو هزینه‌های عملیاتی در حدود 25% (یک‌چهارم کل) کاهش پیدا میکند.
- و از سوی دیگر، سرعت اجرای پروژه شدیداَ افزایش می‌یابد.
مسئله ای که با توجه به طولانی بودن مسیرهای حمل و نقلی، هم بلحاظ «کاهش هزینه‌های سرسام آور» و هم «زمان طولانی اجرا با مصالح سنتی» نظیر: سنگ، سیمان و…، بسیار پراهمیت بشمار می‌رود. فارغ از راحتی نصب، کم‌وزن بودن پوشش های ژئوممبران نیز در افزایش سرعت اجرای انها موثر است.
نتیجه گیری کاربرد های ژئوممبران
مقاله‌ی حاضر به مروری مختصر از کاربردهای حمل و نقل ژئوممبران ها پرداخته است. به‌استثنای برخی برنامه های خاص، تمامی ژئوممبرانها و حالتهای ترکیبی آن با ژئوتکستایل ها، همه و همه موانعی را برای آب های سطحی یا زیرزمینی ایجاد می کنند. بدین ترتیب، مقاومت شیمیایی نباید یک نگرانی بزرگ باشد و بیشتر انواع پلیمرها در این زمینه مقاوم می‌باشند. البته باید خواص مکانیکی، درزپذیری و میزان هزینه های آنها (که غالباَ اقتصادی هستند) نیز درنظر گرفته شود. برای برخی کاربردهای خاص خطوط حمل و نقل، مقاومت شیمیایی ژئوممبران در برابر هیدروکربن‌ها نیز باید تضمین شود.
تعدادی از کاربردهای ارائه شده در این مقاله، نیاز به حفاظت سوراخی geomembrane دارند. این را می توان با قرار دادن یک ژئوتکستایل در مقابل ژئوممبران، یا با تشکیل یک کامپوزیت ژئوممبران ژئوتکستایل با:
- پوشش گسترده؛ یا
- پیوند پس از ساخت،
فراهم کرد. تعدادی از این کامپوزیت ها به صورت تجاری در دسترس هستند. در برخی موارد نیز یک ژئوتکستایل در دو طرف ژئو ممبرانها مورد نیاز است. نوع ژئوتکستایلی که عموماً در این کاربردها ترجیح داده میشود، نوع نسبتاً ضخیم سوزنی پانچ‌شده و نبافته است. بنابراین بالشتکهایی برای ایجاد مقاومت در برابر سوراخ شدن، درنظر گرفته میشوند.