مقاله طراحی و انتخاب فیلتر ژئوتکستایل مناسب در سدهای خاکی (مطالعه موردی سد کینهورس زنجان)

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله طراحی و انتخاب فیلتر ژئوتکستایل مناسب در سدهای خاکی (مطالعه موردی سد کینهورس زنجان) دارای ۱۷ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله طراحی و انتخاب فیلتر ژئوتکستایل مناسب در سدهای خاکی (مطالعه موردی سد کینهورس زنجان)  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله طراحی و انتخاب فیلتر ژئوتکستایل مناسب در سدهای خاکی (مطالعه موردی سد کینهورس زنجان)،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن مقاله طراحی و انتخاب فیلتر ژئوتکستایل مناسب در سدهای خاکی (مطالعه موردی سد کینهورس زنجان) :

چکیده

با توجه به معیارهای موجود برای طراحی ژئوتکستایل، سه نمونه ژئوتکستایل ۲۵۰ و۳۰۰ و ۳۵۰ گرم بر متر مربع از شرکت بهسازنسج انتخاب و سپس آنها را جـایگزین فیلتـر دانـهای پـاییندسـت کـرده و تغییرات افزایش تعداد لایهها از یک تا ۲۰ لایه، با میزان تراوش بـا نـرمافـزار (GeoSlope SEEP/W)

بررسی شدند. با توجه به نتایج به دست آمده، نمونه ۲۵۰ گرم برمترمربع در ۱۸ لایه با هزینه ۹۴ میلیـون تومان و با ۴۱/۹۷ درصد کاهش هزینه نسبت به هزینه فیلتر دانهای، نمونـه ۳۰۰ گـرم برمترمربـع در ۱۴
لایه و با هزینه ۱۰۱ میلیون تومان و با ۳۷/۶۵ درصد کاهش هزینه و نمونه ۳۵۰ در ۱۱ لایـه بـا هزینـه
۱۰۷ میلیون تومان و با ۳۳/۹۵ درصد کاهش هزینه، تراوشی برابر با تراوش فیلتر دانهای دارند. باتوجه به اینکه هزینه تولید فیلتر دانهای پاییندست ۱۶۲ میلیون تومان برآورد شده، بنـابراین از میـان گزینـههـای فوق، نمونه ۳۰۰ گرم بر سانتی متر مربع با ۳۷/۶۵ درصد کاهش هزینه، از لحاظ اقتصـادی و هـم از نظـر تعداد لایهها مناسب به نظر میرسد، که برای اجرا پیشنهاد میشود.

واژههای کلیدی: سد خاکی، فیلتر دانهای، فیلتر ژئوتکستایل، تراوش، نرمافزار SEEP/W

مقدمه

با توجه به نقش و اهمیت فیلتر در سدهای خاکی، فیلتر از جمله مصالحی است که تهیه آن پرهزینـه و طراحی آن از نظر ایمنی بسیار مهم می باشد. در جاهایی کـه امکـان تهیـه مصـالح فیلترهـای دانـهای نیست، می توان استفاده از ژئوتکستایل را به عنوان یک گزینه، مورد بررسی قرار داد. فیلتر ژئوتکستایل به لحاظ آسانی نصب، کاهش هزینه و مهمتر از همه کارایی بالا می تواند جایگزین مناسبی برای فیلترهـای

۱۵۷

دانهای باشد. در طینیم قرن اخیر استفاده از مواد و مصالحهندسـیمصنوعی در پروژههـای عمـران بـه

صــورت تــدریجی در حــال پیشــرفت بــوده اســت. بــا ابــداع مــواد مصــنوعی بــادوام و قابــل اطمینــان (Geosrothetic) افزایش کاربرد آنها در کارهای مهندسی را بـه دنبـال داشـته اسـت. درتعریـف کلـی، ژئوسنتتیکها منسوجات یا پوششهای ساخته شده از الیاف متشکل از انواع پلیمرها و مواد پلاستیکی ماننـد پلی وینیل کلراید، پلی پروپیلن، نایلون و سایر رزینهای مصنوعیاند کـه ایـن پلیمرهـا در مقابـل عوامـل شیمیایی و بیولوژیکی بسیار مقاومند. مزیت آنها نسبت به مسلحکنندههای فلزی، فسادناپذیر بودن آنها در مقابل عوامل خورنده درون خاک، بیشتر بودن دامنه ضرایب تغییر شکل و دامنه مقاومت کششی مـواد پلیمری، کاهش سختی خاک و تنوع فراوان این محصولات است. ژئوسنتتیکها بـه دلیـل امکـان کنتـرل کیفیت آنها در ساخت، نصب سریع و دسترسی گسترده و ارزان بودن نسـبی آنهـا، کـاربرد فراوانـی در کارهای عمرانی دارند.

از مشتقات ژئوسنتتیکها میتوان به ورقههای مصنوعی پلاستیکی که نسبت به عبور سیالاتی مثـل آب نفوذپذیرنــد یــا ژئوتکســتایلها (Geotextiles)، غشــاءهای غیرقابــل نفــوذ یــا ژئــوممبرینهــا (Geomembranes)، شبکههای توری روباز غیر قابل انعطاف یا ژئوگریدها (Geogrids) و یا ترکیبـی از این تولیدات یعنی ژئوکامپوزیت (Geocomposites)، ژئودرینها (Geodrains)، ژئوسلهـا (Geocells)

و; اشاره نمود. هر یک از این محصولات بر اساس ویژگیهای آن، کاربرد خاصی داشـته و در راه و بانـد، آب و سد، هیدرولیک، خاک، ژئوتکنیک، نفت و گاز و پتروشیمی و ساختمان مورد استفاده قـرار مـیگیـرد
.(ICOLD, 1986)

طبقهبندی خصوصیات اصلی ژئوسنتتیکها

خصوصیات ژئوسنتتیکها همانند هر مـاده دیگـری کـه در فعالیتهـای مهندسـی مـورد مصـرف قـرار میگیرد، به مواد به کار رفته در تولید آنها، چگونگی ساخت وشکل فیزیکی محصول نهایی بستگی دارد.
خصوصیات اصلی آنها را میتوان به سه گروه زیر تقسیم نمود:

-۱ خصوصیات فیزیکی: (وزن مخصوص، ضخامت، انعطاف پذیری،;) -۲ خصوصیات مکانیکی: (دوام، مقاومت کششی، مقاومت به سـوراخ شـدگی، مقاومـت بـه خصوصـیات
اصطکاکی) -۳ خصوصیات هیدرولیکی: (تخلخل، نفوذپذیری، قابلیت انتقال).
خصوصیات هیدرولیکی ژئوتکستایلها، توانایی آنها را جهت انجام وظیفه به عنوان فیلتـر و زهکـش تعیین مینماید .(Koerner, 1986)

انواع ژئوتکستایلها
ژئوتکستایلها می توانند به صورت بافته (Woven) و نبافته (Non-Woven) باشند. آزمایشات نشـان

۱۵۸

داده که الیاف نبافته در مقابل پارگی از الیاف بافته مقاومترند دلیل این امر درهـم بـودن الیـاف در نبافتـه است که باعث انتقـال نیـرو بـه تعـداد الیـاف بیشـتری مـی شـود. در شـکل (۱) تصویرمیکروسـکوپی از ژئوتکستایلهای بافته و نبافته ارایه شده است (کلهری، .(۱۳۸۴

شکل :۱ تصویر SEM (میکروسکوپ الکترونی) ژئوتکستایل بافته شده (راست،) نبافته (چپ)

مزایای ژئوتکستایلها

-۱ کیفیت بهتری نسبت به مصالح دانهای دارند.

-۲ حتی در شرایط دشوار وسخت از نظر نوع خاک بستر نیز نصب آنها ساده وسریع صورت میگیرد. -۳ حجم خاکبرداری را کم کرده ومقدار مصالح دانهای مورد نیاز راکاهش میدهد.

-۴ اجازه میدهند که از مصالح دانهای ارزانتری استفاده شود. -۵ قرار دادان آنها به صورت افقی، عمودی و مایل راحت است.
-۶ مشخصات هیدرولیکی آنها از قبل قابل تغییر است (چون در کارخانه ساخته میشوند). -۶ مقاومت کششی مستقلی دارند.

-۷ حفظ پایداری خاک مورد حفاظت با اجازه عبور آب از خاک. -۸ توزیع فشار هیدرواستاتیک وکنترل جریان آب.
-۹ افزایش عمر مفید سازه.

-۱۰ کاهش قابل توجه در هزینههای مواد، نیروی کار و زمان. -۱۱ سازگاری با محیط. (Koerner, 1986)

خواص هیدرولیکی ژئوتکستایلها (Koerner, 1986)

تخلخل (Porosity)

این پارامترمعمولاً ازطریق خواص ژئوتکستایل واز رابطه (۱) محاسبه میشود.

۱۵۹

(۱) m n 1
t

که در آن :n تخلخل، :m جرم واحد سطح، : چگالی ژئوتکستایل، :t ضخامت ژئوتکستایل.

بر اساس رابطه فوق میزان تخلخل با ضخامت نسبت مسـتقیم دارد. دامنـه تغییـرات تخلخـل بـرای ژئوتکستایلهای بافته شده بین ۵۰ تا۱۰۰ درصد میباشد.

درصد فضای باز : (POA)

درصد فضای باز (Percent of Opening Area) نشانگر درصدی از سطح ورقه ژئوسنتتیک میباشد که توسط روزنهها پوشیده شده است یا درصد فضای باز نسبت سطح خالی (فضـاهای خـالی بـین الیـاف مجاور) به مساحت کل نمونه است. این پارامتر برای ژئوتکستایلهای بافته شده مهم می باشد. برای الیـاف پیوسته، واحد وتاب نخوردهتقریباً برابر صفر است. دامنه تغییرات آن برای ژئوتکستایلهای بافته شده بین

۱ تا ۳۶ درصد میباشد.

اندازه منافذ معادل (EOS) یا ظاهری : (AOS)

(Equivalent Opening Size) EOS یا ( Opening SizeApparent) AOS هـردو اصـطلاحات هم ارزی هستند و نشاندهنده قطر مؤثر منافذ ورقه ژئوسنتتیک بوده و معادل شماره الک استانداردی که از نظر اندازه نزدیکترین سوراخها را به سوراخهای ژئوتکستایل دارد می باشد. طبق تعریف، این دو کمیـت برابر O95 و نشاندهنده اندازهای می باشد که ۹۵ درصد ذرات خاک مجاور فیلتر از آن کوچکترنـد. دامنـه تغییرات آن بین شماره الک ۱۰ تا۲۰۰ میباشد.

نفوذپذیری در صفحه عرضی : (Permittivity)

وقتی که ژئوتکستایل به عنوان فیلتر استفاده میشود باید آب بتواند از مقطع عرضی آن عبـور کنـد و در عین حال جلوی حرکـت ذرات ریـز دانـه گرفتـه شـود. بنـابراین در ایـن کـاربرد میـزان نفوذپـذیری ژئوتکستایل در صفحه عرضی اهمیت دارد و از آنجاییکه فشار وارد بر سطح ژئوتکستایل باعـث تغییـر در ضخامت آن می شود این مسئله روی نفوذپذیری آن تأثیر گذاشته و از اینرو پارامترهای جدیدی با عنـوان نفوذپذیری () جهت سنجش میزان نفوذپذیری درصفحه عرضی برای ژئوتکستایلها تعریف میشود:

ktn (2) k n ضریب نفوذپذیری درصفحه عرضی ژئوتکستایل، :t ضخامت ژئوتکستایل

۱۶۰

نفوذپذیری داخل صفحهای : (Transmissivity)

برای جریان آب از داخل صفحه ژئوتکستایل واسـتفاده ازآن بـه عنـوان زهکـش تغییـرات ضـخامت

(دراثر فشار وارده بر سطح آن) مهم است. بنابراین پارامترهای جدیدی بـه نـام گـذردهی یـا نفوذپـذیری داخل صفحهای () برای ژئوتکستایلها تعریف میشود و ضخامت در آن دخالت داده میشود:

kp t (3)

: kp ضریب نفوذپذیری در صفحه عرضی ژئوتکستایل، : t ضخامت ژئوتکستایل.

قابلیت نگهداری خاک توسط ژئوتکستایل:

برای تعیین میزان قابلیت نگهداری خاک توسط ژئوتکستایل، مخلوط آب وخاک به صورت گـل روان از آن عبور داده میشود. در حین انجام آزمایش تغییرات دبی عبوری با زمان و نیز مقدار ذرات خاکی کـه از ژئوتکستایل عبور میکنند اندازهگیری می شود. بدین ترتیب درجه انسـداد و قابلیـت نگهـداری توسـط ژئوتکستایل معین میشود.

طراحی محدوده فیلتر ژئوتکستایل فرضی برای سد کینهورس

برای طراحی فیلتر ژئوتکستایل با توجه به مشخصات هسته سد، اطلاعات کافی از قبیل دانـهبنـدی، نفوذپذیری و کیفیت مصالح مورد نیاز است (جدول .(۱ با فرض اینکه حالـت بحرانـی در شـرایط جریـان پایدار اتفاق میافتد و با فرض ماندگاری سطح آب در رقوم نرمال در بازه زمانی به اندازه کافی بـزرگ، از نمودار شرایط جریان پایدار (Steady-State)، شکل (۲) برای انتخاب معیار نگهـداری اسـتفاده مـی شـود

.(Giroud, 2000)

جدول -۱ مشخصات فنی هسته سد کینه ورس

حد روانی % ۲۵ -۴۷

شاخص خمیری % ۸ – ۲۷

میزان عبوری از الک % ۲۰۰ ۲۵ – ۹۵

هدایت هیدرولیکی(cm s k 1×۱۰۷
حد روانی کمتر از ۵۰ خاک از نوع CL

۱۶۱

شکل -۲ نمودار معیارهای نگهداری عددی برای شرایط جریان پایدار Steady-State)،) (Giroud, 2000)

بــا توجــه بــه مشخصــات خــاک مبنــا، جــدول (۱) و شــکل (۲)، میــانگین قطــر روزنــه AOS، O95 021mm برای اندازه روزنهها به دست میآید. با توجه به مشخصات ارایه شده توسـط شـرکت بهساز نسج، جدول (۳) و عدد بـه دسـت آمـده بـرای AOS، از ژئوتکسـتایل پلـی اسـتر نبافتـه سـوزنی ۲۵۰ (polyester Nonwoven Needle Punched) و۳۰۰ و ۳۵۰ گرم بر مترمربع برای انجـام آنالیزهـا

استفاده میشود.

۱۶۲

شکل -۳ مشخصات فنی ژئوتکستایل (پلی استر نبافته سوزنی) ارایه شده توسط شرکت بهساز نسج

با توجه بـه انتخـاب ژئوتکسـتایل۲۵۰، ۳۰۰ و ۳۵۰ گـرم بـر مترمربـع و مشخصـات فیلتـر دانـهای

(نفوذپذیری s k 001cm ، ضخامت ۳ متر، با تراوش day 0.121m3 و هزینه یک میلیارد و ششصد و بیست میلیون ریالی)، نمونه ژئوتکستایلها به جای فیلتر پاییندست مطابق شکل (۴)، به صـورت مایـل جایگزین می شود. سپس با افزایش تعداد لایههای ژئوتکستایل از یک تا ۲۰ لایه، آنالیز تراوش با نرمافزار SEEP/W برای آنها انجام میگردد. پس از آن، میزان تراوش حاصل و هزینه کل اجـرای آن محاسـبه می شود که در جدول (۴) ارایه شده است. شکلهای (۵)، (۶) و (۷) نمودار تغییرات تراوش با ضـخامت را برای ژئوتکستایل ۲۵۰، ۳۰۰ و ۳۵۰ گرم بر متر مربع نشان میدهد.

با توجه به فهرست بهای سدسازی سال ۸۷ مطابق جدول (۲) هزینههای مربوط به تولید مصالح اجرا محاسبه میشود.

۱۶۳

جدول -۲ فهرست بهای واحد پایه رشته سدسازی سال۱۳۸۷، فصل اول، عملیات خاکی و تخریب

شماره شرح واحد بهای واحد (ریال)

۰۱۱۸۰۱ تهیه مصالح و اجرای لایه صافی (فیلتر) ریزدانه از مصالح مترمکعب ۴۸۲۰۰
رودخانهای، با حداکثر اندازه دانه ۱۵ میلی متر

۰۱۱۸۰۲ تهیه مصالح و اجرای صافی (فیلتر) درشت دانه از مصالح مترمکعب ۴۲۳۰۰
رودخانهای، با حداکثر اندازه دانه ۲۵ میلی متر

با توجه به جدول (۳)، هزینههای مربـوط بـه تهیـه و اجـرای ژئوتکسـتایلها انتخـاب شـده محاسـبه میگردد. برای این کار با توجه به نقشههای موجود سـطح تقریبـی فیلتـر پـایین دسـت برابـر ۷۴۹۰/۶۸

مترمربع برآورد شده است.