مقایسه کاربردی پوشش‌های بتنی و ژئوسنتتیکی در کانال های انتقال آب
در کشور‌های کم‌باران، موضوع تامین آب همواره یکی از مهمترین مشکلات بوده است...
مقایسه کاربردی پوشش‌های بتنی و ژئوسنتتیکی (ژئوممبران) در کانال های انتقال آب
در کشور‌های کم‌باران از جمله ایران، موضوع تامین آب همواره یکی از مهمترین مشکلات بوده است. امروزه برای انجام پروژه‌ها و طرح های آبی و تولید محصولات یا افزایش آن، انتقال آب باید بر اساس یک راندمان قابل قبول انجام پذیرد. سیستم‌های آبیاری با این هدف طراحی میشوند که آب مورد نیاز را با حداقل تلفات تامین نمایند. تلفات آب ممکن است به دلیل نفوذ آب در جدار کانال ها، روان آب سطحی، تبخیر و امثال آن باشد. کانال های آبیاری به عنوان یکی از مهمترین بخش های شبکه آبیاری و زهکشی، نقش موثری در کاهش تلفات و بالابردن راندمان انتقال آب دارند. در کانال ها پوشش های مختلفی از جمله پوشش های بتنی و ژئوسنتتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هر کدام از این پوشش ها تاثیر متفاوتی بر روی میزان راندمان انتقال آب دارند. هدف از این مقاله مقایسه پوشش های بتنی و ژئوسنتتیکی می‌باشد. همچنین مقدار تلفات در کانال های ژئوممبران بسیار کمتر از پوشش های بتنی است.
مقدمه:
هدف از احداث شبکه‌های آبیاری، فراهم آوردن امکان بهره‌وری از منابع آب و خاک با ایجاد تاسیساتی است که در آن ها اصول و ضوابط فنی- اقتصادی رعایت شود. این کار باعث کاهش تلفات و افزایش بهره‌وری و در عین حال کاهش میزان سرمایه‌گذاری و طولانی شدن زمان اجرا می شود.
کانال‌های آب برای انتقال آب به زمین‌های کشاورزی و آبیاری آنها مورد استفاده قرار می‌گیرند. به علاوه انتقال آب به وسیله کانال ممکن است برای رفع نیازهای صنعتی، شهری و دیگر مصارف مورد استفاده قرار گیرد. در پروژه‌ها و طرح‌های آبی به منظور تولید محصولات یا افزایش آن، انتقال آب باید بر اساس یک راندمان قابل قبول سیستم آبیاری انجام پذیرد.
بتن و پوشش بتنی:
بتن در مفهوم بسیار وسیع، به هر ماده یا محصولی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد اطلاق می‌گردد. این ماده چسبنده عموما حاصل فعل و انفعال سیمان های هیدرولیکی و آب می‌باشد. برای ساخت و اجرای بتن، اساسی‌ترین ویژگی نسبت اختلاط آب و سیمان است. برای اینکه بتن به حد سختی و استحکام لازم برسد باید بین اجزا تشکیل دهنده آن، یعنی سیمان و آب واکنش های شیمیایی صورت پذیرد. این فعل و انفعالات شیمیایی باعث تبدیل ((Silicate Anhydrous Calcium)) موجود در سیمان به ((Calcium Silicate Hydrate)) یا (CSH) می‌گردد. (CSH) را ژل یا خمیر سیمان می‌نامند.
مهمترین عامل تاثیر گذار بر این روند شیمیایی نسبت حجمی یا وزنی آب به سیمان(W/C) می باشد. اگر نسبت حجمی آب به سیمان مثل 1 به 2 باشد، در آن صورت تمامی آب موجود در بتن با سیمان ترکیب شده و هیدراسیون به دست آمده قادر به پرکردن تمامی فضاهایی که قبلا توسط آب مصرفی اشغال شده، می‌باشد. نسبت حجمی 1 به 2 آب به سیمان برابر نسبت وزنی0,4 به 1 آب به سیمان می باشد. مخلوط‌های بتنی چهار هـدف اولیه را دنـبال می‌کنند:
1- مقاومت
2- قـابلیت ساخت
3- دوام
4- نما از نظر معماری.
ژئوسنتتیک‌ها و پوشش ژئوممبرانی:
یک تکنولوژی نو در صنعت راه و ساختمان محصولات پلیمری ژئوسنتتیک می‌باشند که در طیف وسیعی از کاربردها به عنوان بخشی برای بهبود کیفی سازه‌ها استفاده میشوند. این مواد با بهره‌گیری از برترین فرایندهای علمی و فنی اروپایی به گونه‌ای طراحی گردیده‌اند که می‌توانند به عنوان مناسب‌ترین جایگزین و نیز مکمل طبیعی در روش‌های متعارف سازه‌ها به کار برده شوند. امروزه در جهان به منظور حل مسائل پیچیده مهندسی ژئوتکنیک، مصالح مذکور در ابعاد وسیعی از مهندسی راه و ساختمان و مهندسی آب و هیدورلیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. بعضی از موارد کاربرد آنها به شرح زیر می‌باشد:
• آب و فاضلاب، کانال های آبرسانی، مخازن آب آشامیدنی و مواد نفتی و شیمیایی.
• سدسازی و پل سازی.
• ساخت سیل بندها و جلوگیری از فرسایش.
• مقاوم سازی بستر رودخانه‌ها و زهکشی‌های قائم و فیلتراسیون.
• اجرای شیب های خاکی و دیوارهای حائل.
• تصفیه خانه‌ها، حوضچه‌های مصنوعی و استخرهای و سازه‌های زیرزمینی.
• حفظ محیط زیست و جلوگیری از نفوذ و آسیب
• فاضلاب های صنعتی به محیط زیست.
• محل دفن بهداشتی زباله (Land Fill) لاگون‌های تصفیه‌خانه و فاضلاب.
• جاده سازی و تقویت بستر راه ها و جاده‌ها و روکش آسفالت.
مصالح مذکور به منظور افزایش ضریب اطمینان و همچنین بالا بردن طول عمر سازه‌ها، دارای کاربرد در زمینه‌هایی از قبیل فیلتراسیون، محافظت، آب‌بندی و زهکشی و کنترل فرسایش می‌باشند.
مصالح ژئوسنتتیک نفوذپذیر:
ژئوتکستایل: ژئوتکستایل‌ها مواد ترکیبی پلیمری هستند که از نظر تولید به دو دسته بافته و نبافته تقسیم شده‌اند. از خاصیت های آنها می‌توان به عمر طولانی در خاک و افزایش طول عمر سازه اشاره کرد. کاربرد این مواد در تقویت بستر، کاهش ضخامت لایه های خاک، جلوگیری از ترک خوردن روکش آسفالت، جداسازی لایه‌های مختلف خاک، فیلتراسیون و سیستم های زهکشی لایه‌های محافظ ژئوممبرین و همچنین ساخت خاکریزها و شیب خاکی می‌باشد.
ژئوگرید: این مواد ترکیبی از مواد پلیمری هستند که به صورت شبکه‌های سه بعدی در ابعاد مختلف تولید می‌گردند. کاربرد آنها در تحکیم بسترهای خاکی و همچنین نگهداری خاک در سطوح شیبدار به منظور ایجاد فضای سبز می باشد.
مصالح ژئوسنتتیک غیر قابل نفوذ:
مواد GCL: یکی دیگر از مصالح ژئوسنتتیک غیر قابل نفوذ مواد GCL هستند. این مواد نوع دیگری از ژئوسنتتیک‌ها هستند که از ترکیب لایه‌های بنتونیتی تولید میشوند. کاربرد این مواد در عایق کاری دیوارها، ایجاد سطح‌های آب‌بند، سازه‌های زیرزمینی و ... می باشد.
ژئوممبران: یکی از مصالح ژئوسنتتیک غیر قابل نفوذ ژئوممبران ها هستند که در کانال های آبرسانی کاربرد دارند. ژئوممبران‌ها مواد پلیمری هستند که خاصیت اصلی آنها غیر قابل نفوذ بودن در مقابل آب و عملکرد بهتر نسبت به سازه‌های بتنی در برابر زلزله و همچنین مقاوم بودن در مقابل اشعه ماوراء بنفش خورشید می‌باشد.
این مواد در ضخامت‌های متغیر و با مقاومت‌های مختلف مکانیکی، به صورت صاف و عاج‌دار تولید میشوند. کاربرد آنها در کانال‌های آب رسانی، تصفیه خانه‌ها، مخازن ذخیره آب آشامیدنی، نفتی و شیمیایی، ساخت سایت‌های دفن زباله (Land Fill)، دریاچه مصنوعی، ایجاد لاگون های تصفیه‌خانه و ... است. مزایای استفاده از ژئوممبران ها در کانال ها عبارت است از:
1- جلوگیری زیاد از هدر رفتن آب
2- جلوگیری از نشست خاک زیر کانال در زمین های با خاک سست
3- کاهش زمان اجرای طرح برای منطقه با خاک نامناسب.
نتیجه‌گیری:
هدف از اجرای پوشش، جلوگیری از تلفات آب، فرسایش خاک، کاهش هزینه نگهداری کانال و جلوگیری از رشد علف های هرز می‌باشد. در برخورد با خاک نامناسب، هنگامی که کاهش زمان اجرای طرح از اهمیت بالایی برخوردار باشد توصیه می‌شود که از پوشش‌های ژئوممبران- بتنی استفاده گردد که زمان اجرای آن تقریبا یک سوم زمان اجرای پوشش‌های بتنی با تعویض خاک نامناسب می باشد.
مرتضی فتح پور کاشانی، کارشناس ارشد مهندسی عمران گرایش مهندسی و مدیریت ساخت
دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات (واحد کرمان)