المواد الاصطناعية الأرضية - مصطلح عام للمواد الاصطناعية المستخدمة في تطبيقات الهندسة المدنية

المواد الاصطناعية

------مصطلح عام للمواد الاصطناعية المستخدمة

في تطبيقات الهندسة المدنية

 

المواد الاصطناعية الأرضية هي مصطلح عام للمواد الاصطناعية المستخدمة في تطبيقات الهندسة المدنية. وباعتبارها نوعًا من مواد الهندسة المدنية، فهي مصنوعة من البوليمرات المركبة صناعيًا (مثل البلاستيك والألياف الصناعية والمطاط الصناعي وغيرها) كمواد خام، ويتم وضع أنواع مختلفة من المنتجات داخلها أو على السطح أو بين أنواع مختلفة. من التربة لتعزيز أو حماية التربة.

 

تقسم المواصفة الفنية لتطبيق المواد الاصطناعية الأرضية المواد الاصطناعية الأرضية إلى منسوجات أرضية وأغشية أرضية ومواد خاصة صناعية ومواد مركبة صناعية، بالإضافة إلى أنواع مثل المنسوجات الأرضية وشبكات الألياف الزجاجية والوسادات الاصطناعية الجيولوجية.

 

المواد الاصطناعية الأرضية هي مصطلح جماعي لمختلف المنتجات المصنوعة من المواد الاصطناعية المستخدمة في الهندسة الجيوتقنية وبناء الهندسة المدنية. ولأنها تستخدم بشكل أساسي في الهندسة الجيوتقنية، فقد تم تسميتها "المواد الاصطناعية الجيولوجية" لتمييزها عن المواد الطبيعية. كان يُشار إلى المواد الاصطناعية الأرضية في السابق باسم "التكسية الأرضية" و"الأغشية الأرضية". مع الاحتياجات الهندسية، تستمر أنواع جديدة من هذه المواد في الظهور، مثل الشبكات الأرضية، والمنسوجات الأرضية وأكياس التكسية الأرضية، وحصائر التكسية الأرضية، والمنسوجات الأرضية، والمنسوجات الأرضية المركبة، والبطانيات المقاومة للماء من البنتونيت، وشبكات الصرف المركبة، وما إلى ذلك. ولم تعد الأسماء الأصلية تغطي بدقة جميع المنتجات. ولذلك، في الفترة التالية، يشار إليها باسم "التكسية الأرضية، والمنسوجات الأرضية والمنتجات ذات الصلة". من الواضح أن هذا الاسم غير مناسب كمصطلح تقني أو أكاديمي. لذلك، في المؤتمر الدولي الخامس للمواد الاصطناعية الأرضية الذي عقد في سنغافورة في عام 1994، تم تحديد اسم هذا النوع من المواد رسميًا باسم "المواد الاصطناعية الجيولوجية". المادة الخام للمواد الاصطناعية الجيولوجية هي البوليمر. وهي مصنوعة من مواد كيميائية مستخرجة من الفحم أو النفط أو الغاز الطبيعي أو الحجر الجيري، ثم تتم معالجتها إلى ألياف أو صفائح مواد صناعية، وأخيراً يتم تحويلها إلى منتجات مختلفة. تشمل البوليمرات المستخدمة لتصنيع المواد الاصطناعية بشكل رئيسي البولي إيثيلين (PE)، والبوليستر (PET)، والبولي أميد (PER)، والبولي بروبيلين (PP) والبولي فينيل كلورايد (PVC)، والبولي إيثيلين المكلور (CPE)، والبوليسترين (EPS)، وما إلى ذلك.

اسم آخر للتكسية الأرضية هو التكسية الأرضية. كانت المنتجات المبكرة نادرة، مما يعني أنها مادة تشبه القماش تستخدم في الأعمال الجيوتقنية.

 

تتضمن عملية تصنيع المنسوجات الأرضية أولاً معالجة المواد الخام البوليمرية وتحويلها إلى حرير أو ألياف قصيرة أو خيوط أو شرائط، ثم تصنيع المنسوجات الأرضية المسطحة. يمكن تقسيم المنسوجات الأرضية إلى مواد تكسية أرضية منسوجة وتكسية أرضية غير منسوجة وفقًا لطرق التصنيع الخاصة بها. تتكون المنسوجات الأرضية من مجموعتين متوازيتين من خيوط السداة واللحمة المتعامدة أو القطرية المتشابكة. يتم تصنيع المنسوجات الأرضية غير المنسوجة عن طريق توجيه الألياف أو ترتيبها عشوائيًا ومن ثم معالجتها. وفقًا للطرق المختلفة لتوصيل الألياف، هناك ثلاثة أنواع من طرق التوصيل: التوصيل الكيميائي (اللاصق)، والتوصيل الحراري، والتوصيل الميكانيكي.

 

المزايا البارزة للمنسوجات الأرضية هي الوزن الخفيف، والاستمرارية العامة الجيدة (يمكن تصنيعها في مناطق أكبر ككل)، والبناء المريح، وقوة الشد العالية، ومقاومة التآكل الجيدة ومقاومة التآكل الميكروبي. العيب هو أنه بدون معالجة خاصة، تكون القدرة المضادة للأشعة فوق البنفسجية منخفضة. إذا تعرض للخارج، فمن السهل أن يتقدم في السن تحت الأشعة فوق البنفسجية المباشرة، ولكن إذا لم يتعرض مباشرة، فإن مقاومة الشيخوخة والمتانة لا تزال عالية.

 

يمكن تقسيم الأغشية الأرضية بشكل عام إلى فئتين: الأسفلت والبوليمرات (البوليمرات الاصطناعية). الأغشية الأرضية التي تحتوي على الأسفلت تكون بشكل أساسي مركبة (بما في ذلك المنسوجات الأرضية المنسوجة أو غير المنسوجة)، مع استخدام الأسفلت كمواد رابطة مبللة. تنقسم الأغشية الأرضية البوليمرية إلى أغشية أرضية بلاستيكية، وأغشية أرضية مرنة، وأغشية أرضية مركبة تعتمد على مواد رئيسية مختلفة.

 

أظهر عدد كبير من الممارسات الهندسية أن الأغشية الأرضية تتمتع بنفاذية جيدة، ومرونة قوية وقدرة على التكيف مع التشوه، ويمكن أن تكون مناسبة لظروف البناء المختلفة وضغوط العمل، وتتمتع بمقاومة جيدة للشيخوخة. تعتبر متانة الأغشية الأرضية في البيئات تحت الماء والتربة بارزة بشكل خاص. تتميز الأغشية الأرضية بخصائص رائعة مضادة للتسرب ومقاومة للماء.

 

الكثافة: تعتمد الكثافة على المادة المستخدمة في تصنيعها، وحتى إذا كانت البوليمرات المستخدمة في تصنيع الأغشية الأرضية تنتمي إلى نفس الفئة، فغالبًا ما تكون هناك اختلافات كبيرة. على سبيل المثال، يمكن تصنيف مواد البولي إيثيلين إلى فئات مختلفة مثل الكثافة المنخفضة جدًا، والكثافة المنخفضة، والكثافة المتوسطة، والكثافة العالية، مما يؤدي إلى اختلافات في كثافة الأغشية الأرضية PE. يتراوح نطاق كثافة بوليمرات الأغشية الأرضية تقريبًا 0.85 ملجم / لتر إلى 1.5 0 ملجم / لتر، وتكون الكثافة شائعة الاستخدام في الهندسة بشكل عام أعلى من 0.94 ملجم / لتر.

السُمك: يشير السُمك إلى المسافة بين الجزء العلوي والسفلي للغشاء تحت ضغط عادي يبلغ 20 كيلو باسكال. بالنسبة للأغشية الأرضية الملساء (بدون نقش أو أنماط على السطح)، فإن طريقة قياس السُمك تشبه طريقة المنسوجات الأرضية، ولكن يجب استخدام ميكرومتر أكثر دقة للقياس. يجب قياس كل عينة على الأقل في ثلاثة مواضع مختلفة، ويجب أن تؤخذ القيمة المتوسطة على أنها سمك الغشاء الأرضي المركب PE.

 

Geogrid هي مادة صناعية جغرافية رئيسية تتمتع بأداء وفعالية فريدة مقارنة بالمواد الاصطناعية الجيولوجية الأخرى. تُستخدم الشبكات الجغرافية بشكل شائع كمواد تقوية لهياكل التربة المسلحة أو المواد المركبة. تنقسم الشبكات الجغرافية إلى نوعين: الألياف الزجاجية وألياف البوليستر.

 

البلاستيك

 

هذا النوع من الشبكات الجغرافية عبارة عن مادة شبكية بوليمرية ذات أشكال مربعة أو مستطيلة يتم تشكيلها عن طريق التمدد، والتي يمكن تقسيمها إلى نوعين بناءً على اتجاهات التمدد المختلفة أثناء التصنيع: التمدد أحادي الاتجاه والتمدد ثنائي المحور. يتم تثقيبها على صفائح البوليمر (معظمها مصنوعة من مادة البولي بروبيلين أو البولي إيثيلين عالي الكثافة) التي تم بثقها، ومن ثم إخضاعها للتمدد الاتجاهي تحت ظروف التسخين.

 

يتم إنشاء شبكات التمدد أحادية الاتجاه فقط عن طريق التمدد على طول اتجاه الورقة، بينما يتم إنشاء شبكات التمدد ثنائية المحور من خلال الاستمرار في مد شبكة التمدد أحادية الاتجاه في الاتجاه المتعامد مع طولها.

 

بسبب إعادة ترتيب وتوجيه بوليمرات البوليمر أثناء عملية التسخين والاستطالة في تصنيع الشبكات الجيولوجية، يتم تعزيز قوة الترابط بين السلاسل الجزيئية، مما يحقق هدف تحسين قوتها. استطالته هي فقط 10% إلى 15% من اللوحة الأصلية. إذا تمت إضافة مواد مقاومة للشيخوخة مثل أسود الكربون إلى الشبكة الجغرافية، فسيكون لها متانة أفضل مثل مقاومة الأحماض، ومقاومة القلويات، ومقاومة التآكل، ومقاومة الشيخوخة.

 

فئة الألياف الزجاجية

 

هذا النوع من الشبكات الجغرافية مصنوع من ألياف زجاجية عالية القوة، يتم دمجها أحيانًا مع مادة لاصقة لاستشعار الضغط ذاتية اللصق ومعالجة تشريب الإسفلت السطحي، من أجل دمج الشبكة الجغرافية ورصف الإسفلت بشكل محكم. ونظراً لزيادة قوة التشابك بين التربة والمواد الحجرية داخل الشبكة الجيوجريدية فإن معامل الاحتكاك بينهما يزداد بشكل ملحوظ (يصل إلى 0.8-1.0). مقاومة السحب للشبكة الأرضية المدمجة في التربة تزيد بشكل كبير بسبب الاحتكاك القوي وقوة العض بين الشبكة الجغرافية والتربة، مما يجعلها مادة تقوية جيدة.

 

في الوقت نفسه، تعتبر الشبكة الجغرافية عبارة عن مادة شبكية مسطحة خفيفة الوزن ومرنة يسهل قطعها وتوصيلها في الموقع، ويمكن أيضًا أن تتداخل وتتداخل. إنه سهل البناء ولا يتطلب آلات بناء خاصة أو موظفين فنيين محترفين.

 

1 كيس غشاء أرضي

 

كيس الغشاء الأرضي عبارة عن كيس متواصل (أو فردي) يشبه مادة مصنوعة من نسيج ألياف صناعية مبلمرة مزدوجة الطبقة. إنها تستخدم مضخة الضغط العالي لصب الخرسانة أو الملاط في الكيس، مما يشكل لوحة تشبه أو هيكل ذو شكل آخر. يتم استخدامه بشكل شائع في حماية المنحدرات أو مشاريع معالجة الأساسات الأخرى. تنقسم الأكياس الغشائية إلى فئتين بناءً على موادها وتقنيات معالجتها: الأكياس الغشائية الميكانيكية والبسيطة. يمكن تقسيم الأكياس الغشائية الميكانيكية إلى ثلاثة أنواع بناءً على وجود أو عدم وجود نقاط تصريف ترشيح وشكلها بعد النفخ: أكياس غشاء نقطة تصريف الترشيح، وأكياس غشاء نقطة تصريف غير ترشيحية، وأكياس غشاء خرسانية غير نقطة تصريف، وأغشية من النوع المفصلي. .

 

2. جيونييت

 

Geonet عبارة عن شبكة من المواد الاصطناعية الأرضية ذات المسام الكبيرة والصلابة العالية في هيكل مستو أو ثلاثي الأبعاد، منسوجة من شرائط المواد الاصطناعية، أو خيوط خشنة، أو مضغوطة بالراتنجات الاصطناعية. يستخدم لطبقة وسادة تقوية الأساس الناعم، وحماية المنحدرات، وزراعة العشب، وكركيزة لتصنيع المواد الجيوتقنية المركبة.

 

3. الحصير Geomesh وغرف Geogrid

 

تعتبر منصات Geomesh والشبكات الجغرافية عبارة عن هياكل ثلاثية الأبعاد مصنوعة خصيصًا من مواد اصطناعية. الأول عبارة عن وسادة شبكية بوليمر قابلة للاختراق ثلاثية الأبعاد تتكون من ألياف طويلة، في حين أن الأخير عبارة عن هيكل ثلاثي الأبعاد يشبه قرص العسل أو الشبكة يتكون من مواد تكسية أرضية أو شبكات جغرافية أو أغشية أرضية وبوليمرات شريطية. يستخدم عادة لمنع التآكل وهندسة حماية التربة. غالبًا ما يتم استخدام الخلايا الجيولوجية ذات الصلابة العالية وقدرة الحبس الجانبي في طبقات الوسائد المعززة أو أسِرَّة الطرق أو أسِرَّة الجنزير.

 

4. رغوة البوليسترين (EPS)

 

رغوة البوليسترين (EPS) هي مادة صناعية جيولوجية خفيفة للغاية تم تطويرها. يتم تشكيلها عن طريق إضافة عامل رغوة إلى البوليسترين، ثم الرغوة مسبقًا بكثافة محددة، ثم تجفيف جزيئات الرغوة في صومعة قبل تعبئتها في قالب وتسخينها. يتميز EPS بمزايا الوزن الخفيف، ومقاومة الحرارة، وأداء الضغط الجيد، وانخفاض امتصاص الماء، وخصائص الدعم الذاتي الجيدة، ويستخدم بشكل شائع كمواد حشو لسدود السكك الحديدية.

 

يتم تشكيل مواد التكسية الأرضية والأغشية الأرضية والشبكات الأرضية وبعض المواد الاصطناعية الأرضية الخاصة من خلال الجمع بين مادتين أو أكثر لتشكيل مواد صناعية جغرافية. يمكن للمواد المركبة جغرافيًا أن تجمع بين خصائص مواد مختلفة لتلبية احتياجات هندسة محددة بشكل أفضل، ويمكن أن تلعب مجموعة متنوعة من الأدوار الوظيفية. التكسية الأرضية المركبة عبارة عن مزيج من التكسية الأرضية والتكسية الأرضية المصنوعة وفقًا لمتطلبات معينة.

من بينها، يتم استخدام التكسية الأرضية بشكل رئيسي لمكافحة التسرب، وتلعب التكسية الأرضية دورًا في التعزيز، والصرف، وزيادة الاحتكاك بين التكسية الأرضية وسطح التربة. مثال آخر هو مواد الصرف المركبة للتكسية الأرضية، وهي عبارة عن مواد صرف مكونة من مواد تكسية أرضية غير منسوجة أو شبكات تكسية أرضية أو أغشية تكسية أرضية أو مواد أساسية صناعية ذات أشكال مختلفة. يتم استخدامها لمعالجة توحيد تصريف الأساسات الناعمة، والصرف الطولي والعرضي لقاع الطريق، وأنابيب الصرف تحت الأرض في المباني، وآبار التجميع، وتصريف الجدران للمباني الداعمة، وتصريف الأنفاق، ومرافق صرف السدود، وما إلى ذلك. تستخدم لوحة الصرف البلاستيكية بشكل شائع في هندسة قاع الطريق هو نوع من مواد الصرف المركبة Geosynthetic.

 

المواد المركبة الجيولوجية المستخدمة على نطاق واسع للطرق في الخارج هي نسيج البوليستر المضاد للتكسير المصنوع من الألياف الزجاجية والنسيج المركب المحبوك المعزز المضاد للتكسير. يمكنها إطالة عمر خدمة الطرق، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة الإصلاح والصيانة. ومن منظور الفوائد الاقتصادية طويلة المدى، من الضروري أن تتبنى الصين بنشاط وتعزز المواد المركبة الجيولوجية الاصطناعية.

 

تتميز المواد الاصطناعية الأرضية بخصائص مختلفة لمختلف المنتجات ويمكن تطبيقها في العديد من المجالات الهندسية.

 

وتشمل المجالات التي تم تطبيقها الهندسة الجيوتقنية، والهندسة المدنية، وهندسة الحفاظ على المياه، والهندسة البيئية، وهندسة النقل، والهندسة البلدية، وهندسة استصلاح الأراضي.

 

من حيث الحماية:

تآكل التربة هو عملية طبيعية تسببها القوى الهيدروليكية وقوى الرياح، مع العديد من العوامل المؤثرة مثل التربة والغطاء النباتي والتضاريس. وفي ظل ظروف محددة، يمكن للأنشطة البشرية أيضًا تسريع هذه العملية. إذا لم تتم معالجة تأثير التآكل هذا بشكل صحيح، فقد يتسبب في أضرار كبيرة للمباني القائمة والبيئة.

 

فيما يتعلق بالتحكم في تآكل التربة، يمكن تطبيق التركيبات الجيولوجية على حماية المنحدرات، وحماية قنوات نقل المياه، وحماية الخط الساحلي، واستصلاح الأراضي الطينية، وترميم النباتات، وشبكة حماية الانهيارات الصخرية، وبناء سدود السيطرة على الفيضانات. وفقًا لخصائص المشروع وظروف الموقع، قد تشتمل هندسة مكافحة التآكل على واحد أو أكثر من منتجات المواد الجيولوجية الاصطناعية.

 

في هندسة حماية المنحدرات، بالإضافة إلى استخدام بعض المواد الاصطناعية، هناك حاجة إلى مسامير التربة وحتى قضبان التثبيت الصخرية لضمان استقرار نظام الحماية. في بعض الحالات، يتم أيضًا استخدام أكياس التكسية الأرضية المملوءة بالملاط الثقيل لإصلاح السطح الواقي، ويتم إدخال بذور العشب في فجوات الهيكل الواقي لزراعة الغطاء النباتي ومنع تآكل التربة.