الشبكات الجغرافية

الشبكة الجيولوجية هي مادة جيوسينثيتيكية تشبه في بنيتها الشبكة الجيولوجية التقليدية ، وتتكون من مجموعات متوازية متصلة بشكل متكامل من الأضلاع فوق مجموعات مماثلة بزوايا مختلفة لتصريف السوائل أو الغازات في مستوى واحد. غالبًا ما تُغلف الشبكات الجيولوجية بنسيج جيوتكستيل على أحد سطحيها أو كليهما، وتُعرف حينها باسم المركبات الجيولوجية التصريفية . وهي تُنافس المركبات الجيولوجية التصريفية الأخرى ذات التكوينات الأساسية المختلفة. ^{[ 1 ]}

تُصنع الشبكات الأرضية من خلال عملية بثق مستمرة لتكوين شبكة من مجموعات متوازية من الأضلاع المترابطة بشكل متجانس. توجد ثلاث فئات من الشبكات الأرضية، وفيما يلي توضيح لها:

• الشبكات الهندسية ثنائية المستويات: هي الأنواع الأصلية والأكثر شيوعًا، وتتكون من مجموعتين من الأضلاع المتقاطعة بزوايا ومسافات مختلفة. وتختلف أحجام وأشكال الأضلاع نفسها باختلاف الأنماط.
• الشبكات الهندسية ثلاثية المستويات: تحتوي هذه الشبكات على أضلاع مركزية متوازية مع مجموعات أصغر من الأضلاع في الأعلى والأسفل بشكل أساسي لتحقيق الاستقرار الهندسي.
• شبكات جيولوجية أخرى: تتميز هذه الهياكل الجيولوجية الأحدث إما بقنوات على شكل صندوق أو أعمدة بارزة من شبكة دعم أساسية.

كل فئة من الفئات المذكورة أعلاه لها اختلافات داخلها (بشكل رئيسي في السماكة) وتطوير المنتجات الجديدة من قبل مختلف الشركات المصنعة نشط للغاية.

جميع الشبكات الأرضية المتوفرة حاليًا مصنوعة من راتنج البولي إيثيلين . تتراوح كثافته بين 0.94 و0.96  ملغم/لتر، وكلما زادت الكثافة زادت صلابة المنتج. في هذا السياق، يُعدّ الراتنج بولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) حقيقيًا، على عكس الكثافة المستخدمة في الأغشية الأرضية المصنوعة من البولي إيثيلين عالي الكثافة، والتي تُعتبر في الواقع متوسطة الكثافة. يتكون الراتنج من 2.0 إلى 2.5% من الكربون الأسود (عادةً ما يكون مركزًا ومخلوطًا مع راتنج حامل من البولي إيثيلين)، و0.25 إلى 0.75% من إضافات تعمل كمواد مساعدة في التصنيع ومضادات للأكسدة.

على الرغم من اختلافها التام في التصنيع أو التكوين عن الشبكات الجيولوجية، إلا أن هناك منتجات جيوسينثيتيكية منافسة تُسمى الفواصل الجيولوجية. تتكون لبّاتها التصريفية من نتوءات أو أعمدة أو تجاويف أو شبكات ثلاثية الأبعاد من خيوط بوليمرية صلبة. تُستخدم هذه المنتجات عمومًا لتصريف المياه خلف الجدران الاستنادية أو أسطح الساحات أو الأسطح الخضراء. ^{[ 1 ]}

بما أن الوظيفة الأساسية للشبكة الأرضية هي نقل السوائل ضمن مستوى هيكلها، فإن معدل التدفق الهيدروليكي ضمن هذا المستوى، أو معامل النفاذية، يُعدّ ذا أهمية قصوى. مع ذلك، توجد خصائص أخرى قد تؤثر على هذه القيمة طوال فترة خدمة الشبكة الأرضية، وهي ذات أهمية أيضاً. لذا، سيتم التطرق إلى عدد من الخصائص الفيزيائية والميكانيكية وخصائص التحمل والخصائص البيئية.

المصدر: ^{[ 1 ]}

يتطلب التصميم حسب الوظيفة صياغة عامل أمان على النحو التالي:

${\displaystyle FS={\frac {\text{القيمة المسموح بها (للاختبار)}}{\text{القيمة المطلوبة (للتصميم)}}}}$

بالنسبة للشبكات الأرضية التي تعمل كوسيط تصريف، فإن القيمة المستهدفة هي معدل التدفق، ويصبح المفهوم المذكور أعلاه كما يلي:

${\displaystyle FS={\frac {q_{allow}}{q_{reqd}}}}$

أين

a _allow = معدل التدفق المسموح به، و

q _reqd = معدل التدفق المطلوب

كما ذكرنا سابقاً، إذا أردنا بديلاً لمعدل التدفق، فيمكن إجراء الحسابات بناءً على صيغة دارسي (بافتراض ظروف التشبع والتدفق الصفائحي) للحصول على النفاذية، θ. هذا المفهوم المهم يتكرر.

${\displaystyle q=kiA}$

${\displaystyle q=ki(W\times t)}$

${\displaystyle q=(kt)iW}$

${\displaystyle kt={\mathit {\Theta }}={\frac {q}{iW}}}$

حيث q = معدل التدفق الحجمي (م³ ^/ ث)،

k = معامل النفاذية (م/ث)،

i = التدرج الهيدروليكي (بدون وحدة)،

A = مساحة المقطع العرضي للتدفق (م² ⁾ ،

θ = معامل النفاذية (م² ^/ ث)،

W = العرض (متر)، و

t = السماكة (م).

كما هو موضح في المعادلة، فإنّ q/W و θ لهما نفس الوحدات، ويرتبطان ببعضهما ارتباطًا مباشرًا من خلال التدرج الهيدروليكي i. عند تدرج هيدروليكي يساوي 1.0، يكونان متطابقين عدديًا. أما عند جميع قيم التدرج الهيدروليكي الأخرى، فهما غير متساويين. تجدر الإشارة أيضًا إلى أنه يجب أن يكون النظام مشبعًا وأن يكون التدفق انسيابيًا لاستخدام معامل النفاذية. عند الشك، يُفضّل عادةً استخدام معدل التدفق لكل وحدة عرض.

المصدر: ^{[ 1 ]}

تُورَّد الشبكات الأرضية على شكل لفائف بعرض يتراوح من 2.0 إلى 6.7 متر. يجب وضعها وتغطيتها في الوقت المناسب. على الرغم من أن تأثيرات الأشعة فوق البنفسجية والحرارة ليست شديدة في الشبكات الأرضية كما هي في المنسوجات الأرضية (بسبب سماكة أضلاعها مقارنةً بالخيوط والألياف الرقيقة)، إلا أنه من الممارسات الجيدة عدم تركها مكشوفة وعرضة للتلف أو التلوث بأي شكل من الأشكال. قد يحدث التلوث من التربة، أو الرواسب المتنوعة، أو مخلفات البناء ، أو النباتات المتنامية، وما إلى ذلك.

تُوضع اللفائف عادةً بحيث يكون اتجاهها عموديًا على المنحدر، وليس موازيًا له. ويعود ذلك لسببين: أولًا، لأن اتجاه اللف في اتجاه الآلة يُحقق أعلى قوة وأعلى معدل تدفق؛ ثانيًا، لأن هذا التوجيه يُزيل الفواصل على طول اتجاه التدفق. إذا استُخدمت شبكات جيوتكستيل ثلاثية الأبعاد أو ذات شكل صندوقي نظرًا لتدفقها العالي في اتجاه الآلة، فإن التوجيه الصحيح يُعدّ بالغ الأهمية أثناء التركيب. في المنحدرات الطويلة جدًا أو على طول قاعدة المنشأة، يجب أن يستمر التدفق دون عوائق من شبكة جيوتكستيل إلى أخرى. عند لصق الجيوتكستيل بالشبكة، يجب فصلها عن منطقة التداخل بحيث تكون الشبكة العلوية مباشرةً فوق الشبكة السفلية بشكل متداخل. لا يُسمح بوجود أي جيوتكستيل محصور داخل منطقة التداخل هذه.

يُعدّ لحام أو وصل الشبكات الأرضية عمليةً صعبة. وبافتراض عدم وجود حاجة لنقل الضغط من لفة إلى أخرى، فقد استُخدمت روابط كهربائية بلاستيكية، وحلقات ملولبة، وأسلاك، مع تداخلات صغيرة نسبيًا تتراوح بين 50 و100  ملم. ويُمنع منعًا باتًا استخدام حلقات التثبيت المعدنية عند استخدام الشبكات الأرضية بجوار الأغشية الأرضية . وتُثار تساؤلات حول تأثير التداخل على معدل تدفق الشبكة الأرضية. كما أن توصيل الشبكات الأرضية بأنابيب الصرف المثقبة أمرٌ بالغ الصعوبة والأهمية. ويجب أن يكون مخرج الشبكة الأرضية مفتوحًا للتصريف بحرية تامة في جميع الأوقات، حتى في فصل الشتاء وفي ظروف التجمد.

بغض النظر عن المخاوف المذكورة أعلاه، فإن الشبكات الجيولوجية مثيرة للإعجاب للغاية فيما يتعلق بقدرتها على التحكم في معدل التدفق، وسهولة بنائها، وتوفيرها في المساحة الهوائية، والاقتصاد العام في العديد من المرافق التي يجب استيعاب الصرف فيها.

• أوستن، آر إيه، "تصنيع الشبكات الجيولوجية والمنتجات المركبة"، وقائع GRI-8 حول الراتنجات الجيولوجية التركيبية والتصنيع ، IFAI، 1995، ص  127-238.
• Eith, AW and Koerner, RM, "التقييم الميداني لمعدل تدفق GEonet (النفاذية) تحت الحمل المتزايد،" J. Geotextiles and Geomembranes ، المجلد 11، العددان 5-6، 1992، الصفحات  153-166.
• Koerner, RM and Koerner, GR, "Geocomposite Drainage Material Connections and Attachments," Proc. GRI-22 Conference , Salt Lake City, UT, GSI Publ., Folsom, PA, 2009, pp.  57–65.
• Kolbasuk, GM, Lydick, LD and Reed, LS, "Effects of Test Procedures on Geonet Transmissionivity Results,” J. Geotextiles and Geomembranes , Vol. 11, Nos. 4-6, 1992, pp.  153–166.
• Narejo, D. and Allen, S., “Using the Stepped Isothermal Method for Geonet Creep Evaluation,” Proc. EuroGeo3 , Munich, Germany, 2004, pp. 539-544.
• رامزي، ب. ونارجو، د.، "استخدام المنسوجات الأرضية المنسوجة والمترابطة حرارياً في المواد الجيولوجية المركبة"، وقائع مؤتمر GeoFrontiers ، GSP 130-142، ASCE، 2005 (على قرص مضغوط).
• Thornton, JS, Allen, SR, Siebken, JR, "سلوك الزحف الانضغاطي طويل المدى لشبكة البولي إيثيلين عالية الكثافة"، وقائع المؤتمر والمعرض الأوروبي الثاني للمواد الجيوسينثيتيكية ، 1-18 أكتوبر 2000، بولونيا، إيطاليا، ص  869-874.
• Zagorski، GA وWayne، MH، "Geonet Seams،" مجلة المنسوجات الأرضية والأغشية الأرضية ، المجلد. 9، الأعداد 4-6، 1990، ص  207-220.