وظائف أقمشة التربة
وظائف أقمشة التربة ( الجيوتكستيل )
إن الوظائف الأساسية لأقمشة الجيوتكستيل هي الفصل أو العزل Separation والتدعيم Rein Forcemeat والتثبيت Stabilization والترشيح Filtration والصرف Drainage ومقاومة المياه water proofing والحماية protection وجدول ( ) يوضح استخدامات الجيوتكستيل التطبيقية وفي المقابل وظائف الجيوتكستيل 0
أولا : وظيفة الفصل أو العزل Separation Function
يستخدم الجيوتكستيل في عمل فصل أو عزل بين مادتين غير متشابهتين مثل طبقتي تربة ذواتا خصائص مختلفة مثل مادة رصف غير محددة وتربة ذات طبقة سفلية غير متماسكة ( لينة التربة ) ، والغرض من عملية الفصل هو الإبقاء أو تحسين سلامة وأداء كلا المادتين أو مكونات الطبقتين ( في حالة طبقات التربة ) 0 شكل ( ) يوضح أمثلة لوظيفة الفصل أو العزل حيث يعمل قماش الجيوتكستيل على المحافظة على مكونات تربة من الهجرة والاختلاط مع الطبقات ذات التكسير الخشنة حيث يضمن قماش الجيوتكستيل أن طبقة الكتل الخشنة تحافظ على قدرتها على تحمل الأحمال الواقعة عليها ( شكل )
فبدون قماش الجيوتكستيل فإن كلا من كبقتي الأساس المساعد وطبقة الكتل ( التكسير) الخشنة يحدث بينهما اختلاط يؤدي في النهاية إلى تقليل مقدرة هذه الطبقات على تحمل الأثقال أو الأحمال الواقعة عليها وبالتالي تمنع حدوث الهبوط في طبقات التربة مما يؤدي إلى تشويه في الطبقة السطحية للطريق وتشويه له ، أي أنه في وجود قماش الجيوتكستيل كعامل فصل أو عزل بين كلا من طبقتي الأساس المساعد والتكسيرات الخشنة يعمل على المحافظة والابقاء على مقدرة هاتين الطبقتين على تحمل التحميل والإجهاد الواقع عليهما 0
وغالبا في جميع التطبيقات تلعب أقمشة الجيوتكستيل دور العزل أو الفصل سواء في رصف الطرق أو في الصرف المغطي أو تبطين جوانب الترع والمصارف أو في تدعيم فلنكات السكك الحديدية وغيرها من التطبيقات المختلفة نجد ان الجيوتكستيل يقوم بوظيفة العزل أو الفصل كوظيفة أساسية إلى جانب قيامه بالوظائف الأخرى 0
وتعتبر أهم الخصائص أو المتطلبات الواجب توافرها في أقمشة الجيوتكستيل والمستخدمة بغرض العزل أو الفصل هي قوة الشد ومقاومة الاختراق ومقاومة التمزق والنفاذية 0
أما إذا حدث انحشاد لقماش الجيوتكستيل في موقع بين الطبقتين العلوية والسفلية فعندئذ يمكنها ان تتعرض لإجهاد شدد والمتسبب في حدوثه الصخور الموجودة في الطبقة العلوية 0
والخصائص المطلوب توافرها في هذه النوعية من الأقمشة والتي تقوم بوظيفة العزل أو الفصل قد تتأثر شيئا نتيجة الإهمال في عملية اللف والتخزين نظرا لأن القماش يتعرض أثناء هاتين العمليتيين للأشعة فوق البنفسجية ( في حالات الرصف مثلا أو الحماية من نحر البحر) كما أن رش الماء الملح عليها قد يكون له تأثير مدمر على البوليمرات وعلى التركيب البنائي لهذه الأقمشة 0
وتتميز أقمشة الجيوتكستيل المستخدمة كعازل أو فاصل بمقاومتها العالية وتحملها للظروف الطبيعية والمواد الكيمائية الناتجة عن عمليات دفن النفايات الذرية والصناعية حيث يتم فصل طبقة النفايات الذرية عن باقي التربة حتى لا تؤثر عليها أو تسبب في إحداث تلوث نتيجة لتسرب هذه النفايات الذرية ( شكل )
تقع الأقمشة الجيوتكستيل المستخدمة كعازل أو فاصل – في مناطق تخزين الكيماويات أو النفايات الذرية أو أي منتجات صناعية يشكل وجودها خطورة على الإنسان والبيئة – تحت حمل حركي مثل وسائل المواصلات والنقل ( في حالة دفنها في الأرض) لذلك يجب أن يتميز القماش العازل أو الفاصل بمقاومة الاحتكاك بصفة عامة والإجهاد بصفة خاصة 0
ومن الجدير بالذكر أن وظيفة الفصل أو العزل نادرا ما يتم تطبيقها وحدها في المنتج النهائي ولكن غالبا ما يتم استخدامها مع وظيفة أو أكثر من الوظائف الأخرى للجيوتكستيل ( عزل – تصريف – تدعيم – ترشيح) وذلك تتوقف على المنتج النهائي وعلى الموقع أو المكان المستخدم به 0
ثانيا : وظيفة التدعيم والتثبيت Rein Forcement and Stabilization Function
أقمشة الجيوتكستيل تعتبر مواد ذات قدرة تحمل أو ذات قوة شد عالية في حين أن التربة بصفة عامة تعتبر مواد منخفضة في قوة تحملها للإجهاد لكنها ذات قوة إنضغاط عالية في نفس الوقت ، ولذلك تعتبر أقمشة الجيوتكستيل هي المادة النموذجية للاستخدام في زيادة كفاءة التربة وبالتالي في زيادة ثبات التركيب البنائي للتربة وحمايتها من الانهيار ، وكلا من شكل ( ) وشكل ( ) يوضح استخدام أقمشة الجيوتكستيل في مجالات التدعيم والتثبيت للتربة 0
تعمل أقمشة الجيوتكستيل على زيادة كفاءة تحمل التربة للإجهادات وذلك عن طريق إعداد التربة بميكانيكية خاصة لزيادة مقاومة الشد والإجهاد بها ويتحقق ذلك من خلال ميكانيكية عمل قيود Bounding mechanism لنظام التربة والجيوتكستيل 0
هناك 3 أساليب ميكانيكية مختلفة يمكن استخدامها لتلعب دورا أثناء عملية استخدام الجيوتكستيل في مجالي التدعيم والتثبيت ألا وهم : نوع الغشاء membrane – type ونوع القص shear – type ونوع المرسى أو التثبيت anchorage – type
في حالة التدعيم بالغشاء يحدث تعريض قماش الجيوتكستيل لحمل رأسي على تربة قابلة للتشوه 0
في التدعيم بالقص قماش الجيوتكستيل الذي تم وضعه على التربة يتم تحميله في الاتجاه الطبيعي ويتم قص مادتين عند السطح الفاصل بينهما 0
في حالة التدعيم بالمرسي يتم تطبيق قوى أجهاد أو شد على قماش الجيوتكستيل المحاط بالتربة من كلا الاتجاهين ( كما في تجربة الانسحاب ) 0
ويعتبر التدعيم من أهم وظائف الجيوتكستيل ولذلك فإنه الأكثر تطبيقا وتنوعا في التقنية حيث انه مطلوب في التطبيقات طويلة الأمد 0 وذات المخاطر الجسيمة مثل الجدران الرأسية للجسور وأيضا في التطبيقات قصيرة الأمد نسبيا وذات المخاطر في التركيب مثل رصف الطرق حيث تتضح أهمية استخدام أقمشة الجيوتكستيل في مجال تدعيم الطرق والتي تشتمل على طبقات ذات درجات حرارة عالية وأحمال دائرية 0
وتختلف العمر الافتراضي للجيوتكستيل حسب الاستخدام فيجب في حالة استخدامه في إقامة الجسور على أرض لينة ان يتم تصحيحه بحيث يكون ثابتا على المدى القصير والمتوسط لذلك فللحصول على إنشاءات دائمة يجب استخدام أقمشة الجيوتكستيل لإعطاء قوة ثابتة ومستقرة لتصميم الجسر ، فعمر التصميم يختلف من بلد لآخر فمثلا نجد أن عمر التصميم يصل إلى 120 سنة في المملكة المتحدة 0
وحيث ان الجيوتكستيل يستخدم في إنشاء الجسور على الأرض اللينة لذلك فإن الطبقة الاساسية من هذه الأقمشة يجب ان يؤدي وظائف متعددة تتنوع طبقا للمرحلة التي تم التوصل إليها في البناء ، ففي المراحل الأولى من البناء يتم وضع الجيوتكستيل طبقة أولى فوق سطح الأرض اللينة فيعمل كفاصل أو عازل بين الأراض وردم الجسر ومن المعروف ان الطبقة الأولى من الردم تعمل كوسط تصريف يستعمل في تثبيت ضغط المياه المتولدة في التربة الأساسية وبذلك يعمل الجيوتكستيل كمرشح ، لكن وظيفته الأساسية هي التدعيم والتثبيت 0 ولكي يحقق قماش الجيوتكستيل هذه الوظيفة يجب ان تتوفر به الخصائص التالية :
1- الدعامة ( الجيوتكستيل ) يجب ألا تتآكل
2- الدعامة ( الجيوتكستيل ) يجب ان يمنع الحركة المتزايدة الناشئة عن وسائل النقل والمواصلات أي أنه يقوم أيضا بامتصاص الذبذبات لذلك يجب ان يكون الجيوتكستيل المستخدم في تدعيم الطرق أو الجسور وحمايتها من الانهيار الكامل صلبا بدرجة كافية لمنع حدوث أي انهيار في التربة 0
ولحماية الجسور والطرق من الانهيار يجب ان يتميز القماش الجيوتكستيل بعدم التآكل ويساعد على عملية استعادة الجسر للقوى المطلوبة حيث ان القوة المختزنة والمطلوبة في الجسر تتنوع مع الزمن ولذلك يجب مراعاة ان تكون القوة المختزنة في الجيوتكستيل أكبر دائما من القوة المطلوبة للاحتفاظ بشأن الجسر أو الطريق 0
وأهم المتطلبات الواجب توافرها في أقمشة الجيوتكستيل المستخدمة في تدعيم وتثبيت التربة هي متطلبات ميكانيكية ( قوة القص وقوة الشد) 0 والقوى الهيدروليكية ( القدرة على التحمل تحت الماء) والمتانة ( مقاومة الكيماويات والتحلل ) 0
ثالثا : وظيفة الترشيح Filtration Function
في حالة أقمشة الجيوتكستيل والمستخدمة كوظيفة الترشيح يتصرف قماش الجيوتكستيل كمرشح عن طريق السماح للسائل بحرية التدفق خلاله وفي نفس الوقت الاحتفاظ بمكونات التربة على الجانب الأخر 0 أو بمعنى آخر هي قدرة قماش الجيوتكستيل على الاحتفاظ بمستوى التصميم المطلوب للنفاذية مع الاحتفاظ بتربة جيدة الاساس تحت ظروف ديناميكية هيدروليكية وذلك لأنه لا توجد معايير ثابتة للمرشحات 0
ومن هنا يتضح أن أقمشة الجيوتكستيل والمستخدمة كمرشحات يجب ان تقابل متطلبين متناقضين بشكل متوافق ومتزامن ألا وهما : تركيب بنائي مفتوح للسماح بتدفق المياه وأيضا تركيب بنائي مغلق ومحكم للاحتفاظ بالتربة ومنع مرورها من القماشة 0 وهناك عامل آخر في غاية الأهمية إلا وهو العلاقة بين القماشة والتربة على المدى الطويل من حيث انسجام القماشة مع عملية التدفق بحيث لا يحدث انسداد للقماشة أثناء فترة عملية الترشيح 0
فالمرشح في أي موقع يمثل جزءا أساسيا في البنية ويجب ان تفي جميع المرشحات بالتطلبات الأساسية التالية :
1- القدرة على احتجاز حبيبات التربة ( الفعالية الميكانيكية للمرشح )
2- القدرة على نفاذية الماء ( الفعالية الهيدروليكية للمرشح )
3- يجب ان يقاوم بوليمر الجيوتكستيل أي كيماويات في السوائل حيث تعتبر هذه الخاصية هامة جدا ولا سيما في التطبيقات المحتوية على النفايات السامة أو العوادم حيث يكون فهناك خليطا من المواد الضارة والتي قد تتصل بقماش الجيوتكستيل وتؤثر على تركيبه البنائي وبالتالي على كفاءته كمرشح 0
4- مقاومة الاحتكاك تحت تأثير الحمل الحركي حيث أنه في بعض أنواع معينة من الجيوتكستيل قد يتسبب الحمل الحركي في حدوث انضغاط معين يؤدي بالتبعية إلى فقد نفاذية الماء مقارنة بالمعدل الطبيعي 0
وتعتمد المواصفات العامة لتصميم أقمشة الجيوتكستيل والتي تعمل كمرشحات على سعة الفتحات الخاصة بقماش الجيوتكستيل وقطر حبيبات التربة وحجمها وانتظامية التربة نفسها ، وهي عوامل تؤثر بشدة على فعالية عملية الترشيح وينتج ضعف النفاذية نتيجة لانخفاض في كفاءة المرشح والتي تنشأ نتيجة حدوث تفاعل بين التربة الأساسية والجيوتكستيل أو نتيجة لوجود مواد كيمائية في المياه مثل أكسيد الحديد والذي يسبب حدوث انسداد لطبقة الجيوتكستيل وقد يحدث هذا الانسداد نتيجة لترسيب طبقة رقيقة طينية أو طبقة رقيقة من الأسمنت 0
وأهم التطبيقات التي يتم فيها استخدام قماش الجيوتكستيل كمرشح هي تبطين قنوات الصرف للمحافظة على الحوائط من تسرب المياه وأيضا في التحكم في نحر البحر كما يتضح في شكل ( ) وشكل ( )
وتتلخص فكرة الترشيح التي يقوم بها قماش الجيوتكستيل في مجال الصرف المغطي في تجميع السائل أو الغاز المراد ترشيحه ثم يتم توفير مسار تتخذه هذه السوائل أو الغازات حتى يتم نقلها إلى موقع آخر حيث تكون مواسير الصرف إما في وضع أفقي أو رأسي وعادة تقوم بتجميع المياه وأحيانا تقوم بجمع المواد المرشحة أو الغازات من أماكن وجود النفايات ، والشكل يوضح استخدام أقمشة الجيوتكستيل كمرشحات حيث يقوم المرشح بالاحتفاظ بجزئيات التربة الصغيرة ويسمح في نفس الوقت بمرور السائل 0
رابعا : وظيفة التصريف Drainage Function
تتضمن وظيفة أقمشة الجيوتكستيل في التصريف مرور السائل في السطح المستوي للقماشة بدون فقد التربة 0 وشكل ( ) يوضح سد أرضي مع استخدام الجيوتكستيل كمدخنة تصريف 0
والفارق الرئيسي بين كلا من وظيفتي الترشيح والتصريف تتمثل في اتجاه التدفق والتي تجعل من النفاذية السطحية ( الانتقال ) أمر حاسم وخطير بالنسبة لوظيفة التصريف 0 حيث يشير التصريف إلى مستوى تدفق معاكس بعملية الترشيح والتي تشير إلى التدفق عبر قماش الجيوتكستيل ، أما خصائص الابقاء على التربة والتعايش لفترات زمنية طويلة تعتبر من أهم المتطلبات الواجب توافرها في القماش الجيوتكستيل المستخدم ف في الترشيح 0
ولابد لقماش الجيوتكستيل والمستخدم في وظيفة التصريف ان يكون سميكا لكي تكون عملية مرور السوائل ذات كفاءة والأسلوب الأمثل والوحيد لإنتاج أقمشة الجيوتكستيل والتي تسمح بالتدفق السطحي هي أسلوب التلبيد بالإبر Needle Punched Geo textiles 0
عملية التصريف يمكن تصنيفها حسب اتجاه تدفق الجاذبية واتجاه الضغط في حالة التصريف حسب الجاذبية يتم فيه وضع الجيوتكستيل على منحدر له القدرة على توفير قوة التوجيه المنسبة لإحداث عملية التصريف 0
وأهم التطبيقات العملية لعملية التصريف بالجاذبية gravity drainage هي مصارف المدخنة في السدود وتصريف المياه الموجودة خلف الحوائط 0
في حالة التصريف باستخدام تدفق الضغط pressure flow يتدفق الملء من المناطق ذات الضغط الأعلى إلى المناطق ذات الضغط الأقل بغض النظر عن ترتيب وتنظيم قماش الجيوتكستيل 0 ومن أهم التطبيقات العملية لهذا النوع من التصريف هي الحوائط الأرضية المدعمة وتبطين الأراضي لحمايتها من النحر والسدود 0
خامسا : وظيفة الحماية ضد الماء ( حاجز ضد الرطوبة )water proofing function
يمكن لأقمشة الجيوتكستيل ان تتصرف كمادة مضادة للماء وذلك عندما يتم غمرها في البيتومين أو مواد بوليمرية مانعة للتسرب 0 وبعد عملية الغمس هذه تقل بشكل واضح نفاذية القماش للماء والبخار في كلا من اتجاه القماش الأفقي والرأسي 0
في حالة أقمشة الجيوتكستيل التي تعمل كحاجز ضد الماء يجب ان تكون القماشة متجانسة ولها القابلية للتعامل مع المواد للتسرب 0 كما ان انكماش القماشة والتي يمكن ان تحدث نتيجة للتنوع في درجة الحرارة يجب ان يكون منخفضا كما يجب ان تتوفر بالقماشة استطالة مناسبة لكي تعوض الإجهادات التي يتعرض لها القماش بسبب تذبذب درجات الحرارة وأهم الخصائص الفيزيقية والميكانيكية الواجب توافرها في القماش الجيوتكستيل المستخدم كحاجز للرطوبة تتضح في جدول ( )
سادسا : وظيفة الحماية :
مع التنوع في الأساليب البنائية يتم استخدام أقمشة التربة Geo textiles مع أغشية التربة Geo membranes – حيث يستطيع قماش الجيوتكستيل توفير الحماية لفترات زمنية طويلة للأغشية التربة ضد التليف بواسطة العوامل الميكانيكية مثل الاختراق والاحتكاك قبل وبعد التركيب 0
أهم المواصفات الواجب توافرها في أقمشة الجيوتكستيل والتي تقوم بعملية الحماية هي مقاومة الاختراق ومقاومة الاحتكاك 0 كما يجب ان يتميزوا بالثبات الكيمائي ومقاومة التحلل لتتحمل الأداء بكفاءة لفترات طويلة 0
أهم التطبيقات العملية لقماش الجيوتكستيل كحماية يتضح في استخدامه في الأنفاق السريعة وأنفاق المياه وطرق القطارات والطرق السريعة والخزانات 0 و شكل ( ) يوضح استخدام كلا من الجيوتكستيل وأغشية التربة في الحماية 0 وقد لوحظ زيادة ملحوظة في مقاومة الاختراق لأغشية التربة وذلك عند استخدام قماش الجيوتكستيل كطبقة حماية تحت الغشاء 0
وقد اثبتت الاختبارات المعملية إمكانية تقليل سمك الأغشية إلى النصف عند استخدام قماش الجيوتكستيل للحماية 0
سابعا : وظائف مجمعة : Combined Function
في أغلب الأحيان يجب ان تخدم أقمشة الجيوتكستيل أكثر من وظيفة واحدة 0 على سبيل المثال عند بناء طريق تقوم القماش بوظيفة الفصل أو العزل والترشيح والتدعيم 0 ومثال آخر يتضح في وضع القماش بين فلنكات السكك الحديدية يجب ان يتوفر في القماش خاصية الفصل أو العزل والتدعيم والترشيح 0 أي أنه في هذه الحالة تتوفر وظيفة أساسية ويصاحبها مجموعة وظائف إضافية يجب ان تتحقق جميعها لضمان كفاءة الأداء الوظيفي وحيث ان توفر عنصر الأمان من الأمور الهامة والواجب توافرها في كل وظيفة فإنه يعتبر من العناصر المتراكمة أي أنها تزيد مع الوقت وبشكل متلاحق 0
