نام کتاب: اصول طراحی و کاربرد ژئوسنتتیک ها

مولف: پروفسور رابرت کوئرنر

مترجم: مهندس عبدالمتین ستایش

سال چاپ: 1396

شماره شابک:

درباره کتاب:

حدود یك قرن از ظهور علم مكانیك خاك گذشته است و این علم در طول این یك قرن شاهد پیشرفت ها و نو آوری های بسیاری بوده است. در این دوره تلاش های بسیاری برای مسلح كردن خاك ها به روش های مختلف صورت گرفت تا بالاخره در نیمه دوم قرن گذشته برای اولین بار ایده استفاده از مواد سنتتیكی مطرح گردید و بدین ترتیب، باب جدیدی در مهندسی ژئوتكنیك به روی مهندسین باز شد. رشد و محبوبیت فوق العاده این مصالح باعث به وجود آمدن بازاری بسیار پر رونق گردید و هر روز انواع متنوع تری از این محصولات تولید شده و به بازار عرضه می شود. موارد استفاده از مصالح سنتتیكی بی شمار است و عملكرد مطلوب آنها بعد از گذشت حدود نیم قرن به اثبات رسیده است. در حقیقت هیچ محدودیتی برای استفاده از این مصالح وجود ندارد و زمینه ای كمتر در مهندسی ژئوتكنیك می توان یافت كه از این مصالح نتوان در آن استفاده نمود ولی متاسفانه هنوز در كشور ما استفاده از این مصالح رواج پیدا نكرده است و این انگیزه ای بود كه مولف را بر آن داشت تا معتبر ترین كتاب در این زمینه را به فارسی ترجمه نماید. این ترجمه بر اساس اولین ویرایش كتاب Designing with geosynthetics تالیف رابرت ام. كرنر صورت پذیرفته است. ترجمه این كتاب به لحاظ مرتبط بودن آن با علوم شیمی، نساجی ، مهندسی پلیمر و همچنین مطرح شدن مفاهیم جدید در مهندسی ژئوتكنیك از پیچیدگی خاصی برخوردار بود و به طور یقین خالی از اشكال نیز نبوده است. امید است این كتاب بتواند برای تمام دانشجویان، محققان و مهندسانی كه در این زمینه فعالیت دارند مفید واقع شود.

پیش گفتار مولف:

 توسعه و كاربرد ژئوتكستايل ها، ژئوگريدها، ژئوممبرين ها و ژئوكمپوزيت ها در سازه هاي زير سطحي شگفت انگيز بوده است. اين مصالح كه به طور كلي ژئوسنتتيك ها ناميده مي شوند، از مصالحي جزیي و ناچيز در طول يك دوره ده ساله به يك صنعت چند ميليارد دلاري در سراسر دنيا تبديل شده اند. تا آنجایی كه من به ياد دارم هيچ گونه مصالح و فرآورده اي در مهندسي عمران و ديگر فعاليت هاي سازه اي چنين رشد فوق العاده اي را در زماني به اين كوتاهي تجربه نکرده است. در حال حاضر اين مصالح، حوزه اي بسيار جذاب به وجود آورده اند كه چالش هاي بسياري پيش روي مهندسان قرار داده اند و در عين حال مي توانند به خاطر ترديد و عدم قطعيت هاي موجود خطرناك باشند. اين رشد سريع باعث مطرح شدن سه سوال جذاب شده است:

•    چرا اين قدر طول كشيد كه اين مصالح به وجود آمده و مورد استفاده قرار گيرند؟
•    چه چيز و يا چه كساني مسئول اصلي توسعه و استفاده از آنها مي باشد.
•    آينده اين تكنولوژي و صنايع مرتبط با آن چگونه خواهد بود؟

شايد پاسخ به سوال اول از بقيه مشكل تر باشد. مدت زمان زيادي است كه  مهندسان و پيمانكاران سعي در مسلح كردن خاك هاي نرم با مصالح غير مشابه داشته اند. اين كه چرا مدت زمان زيادي طول كشيد تا مصالح پليمري به وجود آيند مشخص نيست. جواب شايد محافظه كاري ذاتي جامعه مهندسان عمران و يا عملكرد اوليه ضعيف پلاستيك ها بعد از ظهور آنها در دهه 50 میلادی باشد. يافتن جوابي قطعي براي اين سوال مشكل بوده ولي جواب سوال دوم كاملاً روشن است. توليد كنندگان محصولات ژئوسنتتيكي توسعه دهنده هاي اصلي اين صنعت بوده اند و می توان گفت از اين لحاظ عملکردی بسیار درخشان داشته اند. اين مؤسسات فني، با توليد و عرضه محصولات به بازار و با رقابت با ديگر توليد كنندگان باعث توسعه اين محصولات شده اند. سوال سوم دو جواب دارد. آينده اين محصولات ژئوسنتتيكي به نظر مي رسد بسيار پویا بوده و صرفاً با توسعه وضعيت موجود مي توان به آن دست يافت. بسط و توسعه طراحي ها، پيمانكاران متخصص و تعليم دانشجويان يقيناً بخشي از آينده خواهد بود ولي از نگاهي ديگر پيش بيني آينده محصولات ژئوسنتتيكي بستگي به طبيعت محصولاتي دارد كه توليد خواهند شد. اگر ايده ها و محصولات جديد توليد شوند و ديگر مصالح و يا مصالح سنتتيكي موجود تركيب شوند حوزه كاملاً جديدي احتمال دارد كه بوجود آيد. در هر صورت نتيجه كار شگفت انگيز خواهد بود.
همان طور كه اشاره شد، آموزش مسلماً نقش مهمي در توسعه و اجراي مصالح سنتتيكي دارد و اين كتاب حداقل بخشي از  اين نياز را برآورده مي کند. به عنوان يك كتاب درسي، اين كتاب براي دانشجويان سال آخر دوره كارشناسي و دانشجويان كارشناسي ارشد تدوين شده است. براي دانشجويان مهندسي عمران بهترين پيش زمينه براي اين كتاب، مهندسي ژئوتكنيك مقدماتي مي باشد و بهتر است كه دانشجو يك دوره مهندسي پي نيز گذرانده باشد. دانشجويان مهندسي پليمر، نساجي و شيمي نيز در صورتي كه از محضر اساتيد مجرب بهره مند شوند مي توانند از يك كتاب استفاده نمايند. در حقيقت اين دانشجويان مي توانند مهارت ها و ايده هاي جديدي وارد اين شاخه علمي نموده و باعث طراوت بخشيدن به آن شوند. به عنوان يك كتاب تخصصي طراحي هاي متنوع طوري در نظر گرفته شده اند كه هم آموزنده هستند و هم از جديد ترين تكنيك ها و تكنولوژي ها بهره مي جويند. اين كتاب براي تمام جامعه ژئوسنتتيك ها ارزشمند است. در بسياري از بخش ها، طراحي ها به وسيله مثال هاي عددي حل شده توضيح داده شدند تا آموزش شخصي هم ممكن شود. مراجع  در انتهاي هر فصل مي تواند در اين رابطه مفيد باشند.

مسائل بسياري در انتهاي هر فصل وجود دارند. مؤلف يكي از طرفداران سرسخت تمرين و ارائه مسئله به عنوان تكليف بعد از هر جلسه كلاس مي باشد. اين تمرين ها در حقيقت سنگ هاي بناي پيشرفت شما هستند. مسائل به همان ترتيب مطالب فصل، ارائه  شده اند. ولي اين مسائل به مقدار زيادي در میزان دشواري متفاوت هستند. از مسائلي كه با يك خط مي توان به آنها جواب داد تا مسائلي كه حل آنها طاقت فرسا خواهد بود. خوشبختانه تمام آنها جالب و مرتبط با مطالب درسي ارائه شده هستند.

آشنایی با فصول کتاب:

فصل اول: مبانی عمومی ژئوسنتتیک ها

يكي از جذاب ترین ابداعات در حوزه مصالح مهندسي در مهندسي عمران بوقوع پیوسته است، چنانکه سرعت گسترش حوزه های کاربردی و توسعه مصالح مرتبط با آن واقعاً شگفت انگيز بوده است. مؤلف هيچ زماني را به ياد نمي آورد كه در حوزه خاصي، مصالح چنين تحولي ايجاد كرده باشند. بزرگ ترين گروهي كه تحت تأثير اين مصالح قرار گرفتند مهندسين ژئوتكنيك و مهندسين سازه هاي سنگين مي باشند، گرچه همه فعاليت هاي مربوط به خاك، به نوعي در محدوده كاربرد اين مصالح قرار مي گيرند. از اين رو پيشوند Geo براي اين مصالح به كار برده شد و از آنجا كه اين مصالح از فرآورده هاي ساخت انسان به وجود مي آيند از واژه Synthetic به معنای مصنوعی استفاده مي شود. پس ژئوسنتتيك يعني مصالحي كه در ساخت آنها از پلاستيك هاي صنعتي، لاستیک، فايبر گلاس و بعضي از مصالح ديگر استفاده شود. در اين فصل در مورد زيرمجموعه های حوزه ژئوسنتتيك ها بحث خواهیم نمود كه پيكره اصلي فصل هاي دوم تا پنجم را تشكيل مي دهد.

 فصل دوم: طراحی با ژئوتکستایل ها

 
بزرگ ترين گروه ژئوسنتتیك ها كه در اين كتاب در مورد آن بحث مي شود ژئوتكستايل ها مي باشند. رشد ژئوتکستايل ها در طول 10 سال گذشته شگفت انگيز بوده است. اين مصالح مانند پارچه هايي مي باشند كه به جاي استفاده از نخ، پشم و ابريشم در بافت آنها از الياف سنتتیكي استفاده شده است. بنابراين تجزيه بيولوژيكي ديگر مشكلي محسوب نمي شود. اين منسوجات به وسيله ماشين هاي متعارف نساجي به شكل پارچه هايي انعطاف پذير و متخلخل بافته شده و يا به شكل صفحاتي با الگوي نامنظم و يا بي بافت شكل داده مي شوند و بعضی از آنها نیز گردبافت هستند.
نكته اساسي اين است كه اين صفحات متخلخل مي باشند تا آب از بين حفرات و از میان اين صفحات عبور نمايد البته در درجات مختلف. حداقل 80 مورد كاربرد خاص براي ژئوتكستايل ها به وجود آمده، گرچه اين صفحات هميشه حداقل يكي از پنج كاربرد زير را انجام مي دهند:
•    جداكنندگي
•    تسليح
•    فيلتراسيون
•    زهكشي
•    آب بندی
ژئوتكستايل هايي كه كاربردهاي فوق را انجام مي دهند موضوع بحث فصل دوم اين كتاب مي باشند.

فصل سوم: طراحی با ژئوگریدها

ژئوگريد ها عضوی كوچك در خانواده ژئوسنتتيك ها  اما با سرعت رشد بسیار زیاد مي باشند.  ژئوگريدها پلاستيك هايي هستند كه به صورت شبكه هايي با سوراخ هاي بزرگ شکل داده شده اند و اغلب در يك يا دو جهت كشيده مي شوند تا خواص فيزيكي آنها بهبود يابد. ژئوگريد ها به تنهايي حداقل 25 مورد كاربرد و به طور كلي دو عملكرد عمده دارند:
•    جدا كنندگي (بعضي مواقع)
•    تسليح (هميشه)
اين مصالح داراي خصوصيات مسلح كنندگي بسيار خوبي مي باشند (به طور مثال مقاومت و مدول) البته استفاده ديگري در حوزه ژئوسنتتيك ها دارند و آن استفاده به عنوان هسته زهكش در ساخت ژئوكمپوزيت ها مي باشد. تكنيك نسبتاً جديد توليد پليمرهاي با مدول بالا بوسيله فرآيند "كار سرد" باعث شده كه چنين مصالحي را بتوان براي مسلح كردن بعضی مصالح ساختمانی مثل خاك به كار برد. امروزه كاربرد اصلي ژئوگريدها مسلح كنندگي مي باشد.
در مورد ژئوگريد ها در فصل سوم بحث مي کنيم.

فصل چهارم: طراحی با ژئوممبرین ها

ژئوممبرين ها دومين گروه بزرگ ژئوسنتتيك ها هستند و از نظر تجاري فروشي تقريباً برابر با ژئوتكستايل ها دارند. توسعه ژئوممبرين ها در سال 1982 تحت تأثير قوانين حكومتي قرار گرفت چنانکه در فصل چهارم به آن خواهیم پرداخت . اين مصالح ناتراوا بوده و جنس آنها از لاستیک و يا پلاستيك مي باشد كه به صورت ورقه های نازك شکل داده شده اند. مهم ترين كاربرد ژئوممبرين ها آستركشي و روكش كاري مخازن ذخيره مواد و ضايعات جامد و استخرهاي نگهداري مايعات است. پس عملكرد اوليه هميشه حائل بودن در برابر مايعات، بخار و ايجاد غشاي آب بند (آب بندی) مي باشد. دامنه كاربرد اين ورقه ها خيلي گسترده بوده و حداقل 30 مورد كاربرد مجزا براي آنها در مهندسي عمران وجود دارد.  ژئوممبرين ها و كاربردهاي آن در فصل چهارم مورد بحث قرار خواهند گرفت.

فصل پنجم: طراحی با ژئوکمپوزیت ها

 
ژئوكمپوزيت تركيبي از ژئوتكستايل و ژئوگريد، ژئوممبرين و ژئوتكستايل، ژئوگريد و ژئوممبرين و يا تركيب هر كدام از اين سه نوع مصالح با مصالح ديگرمی باشد (مثل خاك، استیروفوم، صفحات پلاستيكي شكل داده شده، كابل هاي فولادي، مهار هاي فولادي). اين دسته از مصالح باعث به وجود آمدن حوزه جالبي براي مهندسان، توليد كنندگان و پيمانكاران گرديده است.
حوزه استفاده از اين مصالح بسیار وسیع بوده و به طور مداوم بر دامنه کاربردهای آن افزوده مي شود. عملكرد هاي اصلي شامل همان هايي مي باشد كه براي ژئوسنتتيك ها در بحث قبلي نام برده شد.
جداكنندگي
تسليح
فيلتراسيون
زهكشي
غشاي آب بند (آب بندی)
اين عملكرد ها و كاربرد هاي آن در فصل پنجم كتاب مورد بحث قرار خواهند گرفت