کاربرد ژئوسنتیک ها و ژئوتکستایل در ریل گذاری راه آهن

ژئو سنتیک ها موادی هستند که همگام با پیشرفت صنعت پتروشیمی با استفاده از انواع مختلف پلیمرها ساخته شده و استفاده از آنها به عنوان مصالحی جدید در رابطه با طرحهای آب و خاک مورد استقبال مهندسین و کارشناسان در بسیاری از کشورهای جهان قرار گرفته است.بطور کلی ژئو سنتیک عنوانی فراگیر برای توصیف صفحات نازک و انعطاف پذیری است که در داخل توده خاک و یا در ارتباط با مصالح خاکی با اهداف مختلفی همچون مسلح سازی، جداسازی، عایق بندی رطوبتی، مهار فرسایش، ایفای نقش صافی( فیلتر)، زه کشی و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. در بسیاری از موارد، این ورقه ها ممکن است ترکیبی از وظایف مذکور را به عهده داشته باشند. در این تحقیق امکان استفاده از این ماده با هدف ایفای نقش فیلتر و زه کش در زیر پوشش کانالها به عنوان جایگزینی برای مصالح معدنی ( شن وماسه ) مورد بررسی قرار می گیرد.

ژئوتکستایل ( Geotextile  )

ژئوتکستایل ها از الیاف پلی پروپیلن یا پلی استر تولید می شوند و پنج عملکرد ممتاز دارند: ۱- جداسازی ۲- مسلح سازی ۳- فیلتراسیون ۴- زهکشی ۵- عایق رطوبت در زمان اشباع ژئو تکستایلها شامل دو نوع ذیل میباشند:

۱-ژئو تکستایل های بافته ( geotextiles woven ) از الیاف بافته تولید میشوند.

۲- ژئوتکستایل های نبافته ( nonwoven geotextiles ) که به صورت سوزنی و توسط دستگاه های پانچ تولید میشوند.

کاربرد های ژئو تکستایل:

الف- تسلیح خاک: زمین لغزه: در ایران و دیگر کشوره این مسئله به طور دائمی و هر ساله در نقاط مختلف آن اتفاق می افتد و امنیت سازه های مختلف و ساکنین آنها در قسمت پایین دست خود را به خطر می اندازد نمونه آن در زلزله منجیل و رودبار می باشد که در اثر فعال شدن آنها دهکده ای در زیر ۳۰ متر خاک مدفون گردید که بایستی از روشهای پایدار کننده آن را پایدار کرد.

در این روش با به کار بردن لایه های ژئو تکستایل در خاکریز می توان حجم مصرفی مصالح خاکی را کاهش داده و خاکریز را در برابر تمامی بارهای اعمالی مسلح کرد همچنین می توان با شیب دلخواه تا ۹۰ درجه ایجاد کرد این دیوارها انعطاف پذیر بوده و در مقابل لغزش دورانی ضریب اطمینان بالایی خواهند داشت از خاکریزهای مسلح می توان در جلوگیری از رانش زمین-دیوارهای حائل وزنی که به نحوی محدودیت بعد دارند در ریزش گیر ها ودر بستر جاده ها به کار رود.

ب- زهکشی : آب زیر زمینی در روی ژئو تکستایل به خوبی جریان پیدا کرده و می تواند به سمت نقاط خروجی هدایت شود. یعنی  با افزایش نفوذ پذیری خاک باعث شود آب درون آنها زه کشی شود.

ج- جداسازی: با استفاده از ژئو تکستایل می توان لایه های مختلف خاک را از هم جدا کرد به عنوان مثال در احداث شاه راه ها- بستررسی را می توان به کمک ژئو تکستایل از زیر اساس شنی جدا کرد ( در لایه های روسازی راه )

مزیت و عیب ژئو تکستایل ها:

مزیت: کاربرد آنها سریع و راحت است و مهارت خاصی لازم ندارد. دوام آنها در مقابل عوامل طبیعی زیاد است. توانایی آنها در نگهداری ذرات خاک در محل خود، مقاومت الکتریکی بالا و تنها عیب آن تغییر شکل در راز مدت است.

زیر سازی خط آهن

ژئو تکستایل در این کاربرد موجب تثبیت خط آهن می گرددو با توجه به شرایط محل، یک یا چند نقش اصلی را ایفا می کند: حفظ هندسه بستر خط آهن برای عملکرد موثر ریل، حیاتی می باشد. ژئوتکستایل در نقش جداسازی، بین مواد پی (Ballast )و زیر پی (Subballast) ریل واقع می گردد. وقتی مواد Subgrade  در اثر حرکت قطار و نیروی کوبش آن به درون لایه پی و زیرین پمپاژ می شود، می تواند بستر غیر سطحی را بر این خط آهن به وجود آورد و باعث کاهش سرعت و یا حتی خارج شدن قطار از ریل گردد، یک ژئو تکستایل جداساز می تواند این مشکل را رفع نمائید؛ ژئو تکستایل در نقش مستحکم سازی در خطوط جدید و یا خطوط تعمیری، باتوزیع فشار وارده به Subgrade ، موجب افزایش تحمل آن می گردد؛ ژئوتکستایل به مهارسازی مواد پی و زیر پی در مقابل حرکات جانبی کمک می کند و از این طریق خواص انسجامی و تحمل فشار را حفظ می کند؛ ژئوتکستایل هم چنین مکانیزمی را برای زهکشی جانبی ( حاشیه ها) ایجاد می کند و عملکرد زهکشی را بهبود می بخشد.

ریل راه آهن وقتی که بر روی خاک قرار می گیرد بدلیل عبور قطارها به خاک زیرین خود فشار آورده و باعث نشست خاک می گردد. به مرور زمان و پس از بارندگی های زیاد کم کم فضایی کاسه مانند در زیر ریل ایجاد می شود و خاک بدلیل اشباع شدن از آب تغییر شکل می دهد. این تغییر شکل در خاک می تواند باعث تخریب خط گردیده و در حرکت قطار جان مسافران را به مخاطره اندازد.مرمت زیر سازی خطوط راه آهن یکی از متداولترین عملیات سیستم راه آهن هر کشور است که سالیانه مخارج عمده ای را به خود اختصاص می دهد. بنابراین کاربرد روش هایی به منظور تقویت و تسلیح خاک بستر خط و افزایش قابلیت های ضعیف آن، امری لازم و ضروری  می باشد. در این راستا یکی از روش هایی که امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته، کاربرد ژئو سنتتیک ها می باشد.این مواد نقش فیلتراسیون، جداکننده، زهکش و تسلیح کننده را دارند. ژئو سنتتیک ها به چهار گروه کلی ژئوگریدها، ژئو تکستایل ها، ژئو ممبران ها و ژ ئو کامپوزیت ها تقسیم می شوند. در این مقاله سعی شده است با و بررسی میزان نشت خاک بستر، تاثیر کاربرد این مصالح را در تقویت PLAXIS شبیه سازی این مواد با استفاده از نرم افزار خاک بستر مطالعه نمود. از آنجایی که در این نرم افزار تنها می توان ژئو گرید را برای مسلح سازی تعریف کرد، بنابراین از میان تمامی ژئو سنتتیک ها در این مقاله به بررسی ژئو گرید پرداخته شده است.

ژئو سنتتیک و راه آهن

ژئو سنتتیک می تواند کارکردهای زیر را در ساخت یا نوسازی راه آهن داشته باشد:

جدا نگاه داشتن ذرات مختلف با میزان درشتی متفاوت، فیلتراسیون، زهکشی و مقاوم سازی خاک.

در ساخت راه آهن، ژئو سنتتیک ها ممکن است در میان لایه ی ballast یا sub ballast  قرار بگیرند.

ژئو سنتتیک هایی که معمولا در این کارکرد ها مورد استفاده قرار می گیرند شامل ژئو تکستایل ها، ژئو گریدها، ژئوکمپزیت ها و ژئوسل ها هستند.

جداسازی: ژئوسنتتیک ها ( ژئو تکستایل ها ) ممکن است به منظور جداسازی لایه ها با ذراتی که از نظر اندازه متفاوتنددر ناحیه ی سکوی راه آهن استفاده شوند. عبور قطار از روی ریل موجب تکان خوردن خط آهن می شود. در نتیجه ذرات خاک پی به لایه ی دانه درشت بالا پمپ میشوند و استحکام و ظرفیت زهکشی آن را پایین می آورند. علاوه بر این، ژئو سنتتیک ها می توانند از نفوذ لایه های دانه درشت و متخلخل بالایی به داخل لایه ی نرم پی بکاهد و از این طریق ضخامت و یکپارچگی لایه های دانه درشت را حفظ کرده و متعاقبا تضمین کننده ی دوام بیشتر آن شوند.برای اینکه کارکرد حاصل شود، ژئو سنتتیک باید در مقابل فشار متمرکز همچون فشارهایی که پارگی  سوراخ شدگی و ترکیدگی را به همراه دارند مقاومت داشته باشد و دارای فضاهایی باشد که متناسب با اندازه ی ذرات خاکی باشد که قرار است ضبط شود.

مقاومت: ژئو سنتتیک ( ژئو تکستایل، ژئو گرید و ژئو سل) هایی که بر روی پی های متزلزل نصب می شوند لزوم تعویض خاک را با خاک مناسبت تر از بین می برند و ظرفیت تحمل بار را در سیستم از طریق توزیع فشار افزایش می دهد. نصب کردن آنها در لایه های Ballast و Sub Ballast  می تواند سرعت فرایند ته نشین شدن را که ناشی از پراکندگی افقی مواد موجود در بالاست و ساب بالاست می باشد پایین آورد . ویژگی های اصلی ژئوسنتتیک که باید در این نقش مورد توجه قرار گیرند شامل بر هم کنش میان ژئو سنتتیک و خاک/Ballast ، مقاومت در برابر صدمات مکانیکی، ضریب مقاومت بالا دربرابر کشش و انبساط.

قابلیت فیلتریک: جریان آب از سمت لایه ی پی به لایه ی دانه درشت بالا ذرات ریز خاک را از پی به بالا حمل می کند. این مسئله بر اثر بالا رفتن فشار لایه ی پی به جهت تردد قطار ها بوجود می آید. در این حالت ژئو تکستایل می تواند به عنوان یک فیلتر کننده عمل کند و اجازه دهد که آب به راحتی عبور کرده و ذرات ریز خاک پی باقی بمانند. برای اینکه این منظور محقق شود، ژئو تکستایل باید دارای قابلیت نفوذ پذیری آب و ضبط ذرات بوده و در برابر جرم گرفتگی مقاوم باشد.

زهکشی: زهکشی مناسب بسیار حائز اهمیت است تا از زوال سکو که ناشی از نفوذ آب باران موجود در پی به سکو یا پمپ شدن آن به ساب بالاست جلوگیری کند. نصب یک ژئو کمپزیت زهکش در نقاط مربوطه، می تواند سکو را زهکشی کند ( cross- track drainage )و از جمع شدن آب در زیر آن جلوگیری کند. در این کارکرد، ژئو کمپزیت باید ظرفیت تخلیه بالایی داشته باشد و در مقابل صدمات مکانیکی مقاوم باشد.

چنانچه ژئو سنتتیک به خوبی مورد استفاده قرار گیرد و نصب شود می تواند کارایی راه آهن را از طریق بالا بردن پایداریش و بالا بردن طول چرخه ی تعمیر افزایش دهد.