ژئوسنتیک: مواد نوآورانه برای تثبیت خاک و کنترل فرسایش

ژئوسنتیک عنوان کلی برای مواد پلیمری تولید شده به دست بشر است که در مهندسی خاک اهمیت زیادی دارد؛ موادی نوآورانه برای تثبیت خاک در علم زمین شناسی و بخشی جدایی‌ناپذیر برای یک سازه. خاک اصلی‌ترین و بنیادی‌ترین ماده برای هر ساخت‌وساز از ساختمان تا پل‌ها و راه‌آهن تا فرودگاه است. یک سازه مستحکم و مقاوم باید بر روی خاکی بنا شود که پایه قوی ایجاد کند و دچار روان‌گرایی خاک نشود. تثبیت و اصلاح خاک اصطلاحاتی هستند که در ادامه بیشتر با آن‌ها سروکار خواهیم داشت.

تثبیت خاک به اصلاح بیولوژیکی، مکانیکی و شیمیایی خاک گفته می‌شود. کاربردهای تثبیت خاک در مهندسی عمران برای پالایش و بهبود خواص مهندسی خاک است. خواصی هم‌چون استحکام در برابر دما و فشار، مکانیکی، نفوذپذیری، دوام ،انعطاف‌پذیری و پلاستیسیته است. بعضی‌ها به‌جای تثبیت از اصطلاحات بهبود خاک به معنای اضافه کردن مواد شیمیایی به خاک استفاده می‌کنند. فکر کردن به راهکارهای تثبیت خاک در راستای قدم برداشتن برای جلوگیری از فرسایش بیش‌تر این خاک گرانبها نیز است. در کار ساخت‌وساز، تثبیت باید همگام با تقویت خاک صورت بگیرد. اگر هم هدف از این فرآیند کنترل فرسایش است باید دقت شود لایه سطحی خاک در جای خود حفظ بشود. یکی از راه‌های موثر در اصلاح و بهسازی خاک استفاده از میکروپایل می‌باشد.

در این فرآیند مواد مورد استفاده را بر اساس روش‌های آن تعیین می‌کنند. به‌طور کلی سه روش مکانیکی، شیمیایی و پلیمری برای تثبیت خاک وجود دارد. هر کدام از این روش ها فواید و مضرات خاص خودشان را دارند. (در مقاله دیگری مفصل به این موضوع می‌پردازیم). این روش‌ها شامل افزودن سیمان به خاک، افزودن مواد شیمیایی برای تغییر ساختار شیمیایی یا فیزیکی خاک و روش های مکانیکی مانند تراکم است.

برای آشنایی بیشتر با میخکوبی و نیلینگ مطالعه کنید.

آشنایی با انواع خاک

پیش از انجام هر فرآیندی لازم است با انواع خاک بیشتر آشنا شد. خاک‌ها به ۴ دسته رسی، ماسه، سیلت و لوم تقسیم می‌شوند. دانستن ترکیب شیمیایی خاک درک چگونگی تغییر شکل آن را آسان‌ می‌کند. ماسه دارای بزرگ‌ترین ذرات خاکی است. از تجزیه سنگ تشکیل می‌شود. از نظر تثبیت، ذرات ماسه بزرگ هستند و در صورت خیس شدن تغییر شکل نمی‌دهند، دچار روان‌گرایی نمی‌شوند و قابلیت فشرده‌سازی بالایی دارند. سیلت از سنگ‌های فرسایش‌یافته حاصل می‌شود. سلیت در صورت خیس شدن به سختی فشرده می‌شود.

رس به‌عنوان کوچکترین خاک شناخته شده است و در صورت خیس شدن انعطاف‌پذیری بسیار زیادی پیدا می‌کند که همین امر باعث حذف کردن آن از ساخت‌وساز و یا نهاتاً استفاده از روش‌های بهبود می‌شود.

خاک لومی مخلوطی از ماسه، سیلت و یا خاک رس است. ویژگی‌های این خاک بر مبنای ترکیبی که با سایر خاک‌‌ها دارد متفاوت است.

هدف از انجام این فرآیند چیست؟

تثبیت خاک بنا بر دلایل متعددی از اهمیت زیادی برخوردار است که عبارتند از:

• جایگزین کردن خاک‌های بی‌کیفیت با سنگدانه‌های مطلوب از نظر مهندسی خاک
• تقویت خاک از نظر استحکام و افزایش ظرفیت باربری خاک
• کنترل گرد و غبار در محیط کاری
• استفاده بیشتر از مواد زمینی پسماند و زباله‌ در ساخت‌وساز
• عایق رطوبتی برای محافظت از سازه‌ها
• افزایش خواص خاک در منطقه
• کاهش امکان فرونشت زمین

مواد نوآورانه برای فرآیند تثبیت خاک

مواد متعددی مورد استفاده قرار می‌گیرند که عبارتند از:

• خاک با درجه‌بندی مختلف
• سیمان، آهک و خاکستر بادی
• مصالح در درجه‌بندی مختلف
• پلیمرهای مصنوعی و طبیعی
• مواد ژئومتریال شامل ژئوگریدها و ژئوپتوها
• مواد زائد جامد شهری، معدنی و صنعتی

بررسی‌های مختلف نشان می‌دهد یکی از نوآورانه‌ترین روش‌ها استفاده از انواع پسماند‌ها و زباله‌ها برای محقق شدن این موضوع است. در این قسمت قصد داریم از مواد مورد استفاده مرسوم کمی فاصله بگیریم و به چندی از شیوه‌های نوین خلاقانه در این فرآیند اشاره کنیم.

استفاده از پسماند زیتون سوخته برای تثبیت خاک در شمال اردن

در کشوری مانند اردن علاوه بر داشتن معضل تولید بیش از حد پسماند زیتون، با چالش خاک دارای تورم بالا نیز روبرو هستند. برای مثال در اردن برای جلوگیری از تجمع بیش‌‌ از حد ضایعات زیتون راهکاری نوآورانه طراحی شده است. بهره‌مندی از ضایعات زیتون برای تثبیت خاک؛ به منظور تجزیه و تحلیل شیمیایی اجزای ضایعات زیتون، آن را در دمای ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد سوزاندند. نتایج به دست آمده از آزمایشات متعدد نشان داده است که افزودن ۵/۷ درصد از این ضایعات به خاک، فشار تورم خاک را به کمترین میزان ممکن می‌رساند. بهره‌گیری از این روش دو هدف مهم در پی دارد؛ کاهش تولید ضایعات زیتون و در وهله بعدی اصلاح خاک و تبدیل آن به خاکی بهتر. کاهش ضایعات هم به نوبه خود پیامدهای خوبی به دنبال دارد که از جمله آن به کاهش آلودگی‌های زیست محیطی آب، خاک و کاهش بوی بسیار بد می‌توان اشاره کرد.

استفاده از بقایای پوسته تخم مرغ

یکی از مواد نوآورانه برای تثبیت خاک پوسته تخم مرغ است که بهره‌برداری از منابع طبیعی را نیز کاهش می‌دهد. استفاده از پسماندها برای تولید مصالح ساختمانی یک ضرورت به حساب می‌آید. بقایای پوسته تخم مرغ سرشار از کلسیم کربنات است. در شیوه خلاقانه آهک زنده و آهک هیدراته کلسینه شده از پوسته تخم مرغ را با ضایعات شیشه‌ای ادغام می‌کنند و حاصل آن یک ترکیب چسبنده برای تثبیت خاک است. افزایش مقدار آهک زنده یا آهک هیدراته پوسته تخم مرغ منجر به افزایش خواص مکانیکی مخلوط مانند استحکام و سفتی می شود.

ایمن‌ترین روش‌های پایدار‌سازی گود را ازما بخواهید.

استفاده از مواد تثبیت کننده خاک برای جلوگیری از فرسایش خاک

دسته‌ای از مواد شیمیایی تثبیت خاک، برای مقابله با آسیب‌های فرسایش ناشی از بارندگی، برف و باد در خاک به کار می‌روند. چسبنده‌های شیمیایی مانع از جابجایی مواد توسط باد و باران می‌گردند و از فرسایش نیز جلوگیری به عمل می‌آید. تثبیت‌کننده ‌های شیمیایی، خاک را می چسبانند و به آن کمک می‌کنند تا در برابر قطرات باران، ورق و فرسایش شیار مقاومت بیشتری داشته باشد. باید توجه داشت که این دسته از مواد اقداماتی موقتی برای جلوگیری از فرسایش در دوره‌های زمانی کوتاه هستند. بعلاوه روشی برای کنترل گرد و غبار و تثبیت جاده ها نیز به شمار می‌آیند. این مواد برای طیف گسترده‌ای از خاک، شیب، دما و شرایط بارندگی مؤثر هستند، اما برای استفاده در مکان های جریان متمرکز، مانند گودال‌ها و کانال‌ها در نظر گرفته نشده‌اند

استفاده از مواد تثبیت‌کننده مانع از شسته شدن خاک‌ها می‌شود، نفوذپذیری خاک به شدت کاهش می‌یابد و در نتیجه ظرفیت انقباض و یا تورم خاک کم می‌شود. آن‌چه باقی می‌ماند خاکی مقاوم‌تر برای ساخت‌وساز‌های مستحکم‌تر است. بر پایه خاک قوی و مستحکم می‌توان دست‌سازه‌های ماندگار برافراشت.