در گذشته، در طراحی سازه‌ها بیشتر به ایمنی و هزینه‌های اولیه ساخت توجه می‌شد. یعنی ایمنی سازه‌ها با استفاده از ضریب ایمنی ارزیابی می‌شد و کارایی اقتصادی نیز بر اساس هزینه‌های ساخت سنجیده می‌شد. اما اخیراً، علاوه بر این دو عامل، اهمیت بیشتری به تاب‌آوری و پایداری سازه‌ها داده می‌شود.

تاب‌آوری (Resilience)

تاب‌آوری یعنی توانایی سازه برای بازگشت سریع به عملکرد طبیعی خودش بعد از آسیب یا خرابی، مثلاً بعد از زلزله یا سیل. یک سازه مقاوم باید بتواند پس از وقوع بلایای طبیعی یا حوادث خارجی، حداقل عملکرد خودش را حفظ کند و به سرعت تعمیر و بازیابی شود.

پایداری (Sustainability)

پایداری به معنای توانایی یک سازه برای ادامه عملکرد بدون آسیب به محیط‌زیست، جامعه یا اقتصاد است. به عبارت دیگر، سازه باید طوری طراحی بشه که در طولانی‌مدت هیچ آسیبی به محیط‌زیست یا منابع اقتصادی وارد نکند و بتواند در شرایط مختلف، هم از نظر اجتماعی و هم از نظر زیست‌محیطی، به خوبی عمل کند.

ارزیابی تاب‌آوری و پایداری

برای ارزیابی تاب‌آوری و پایداری یک سازه، باید سناریوهایی از رویدادهای احتمالی که ممکن است بر سازه تأثیر بگذارد، در نظر گرفته شود. این رویدادها ممکن است شامل بلایای طبیعی مانند زلزله، سیل، طوفان و غیره باشند. به این ترتیب، باید این ارزیابی‌ها به‌صورت احتمالاتی یا ریسک‌محور انجام شوند، چون همیشه ممکن است پیش‌بینی دقیق حوادث ممکن نباشد.

تحلیل‌های عددی برای پیش‌بینی آسیب‌ها

برای پیش‌بینی آسیب‌ها یا شکست‌های سازه‌ها، باید از روش‌های تحلیل عددی استفاده کرد. این روش‌ها مانند المان محدود (FEM) و روش ذرات می‌توانند به مهندسان کمک کنند که نحوه رفتار سازه‌ها در برابر حوادث مختلف را به‌طور دقیق‌تری بررسی کنند. این مدل‌ها حتی می‌توانند تا حد شکست یا خرابی سازه‌ها پیش بروند.

تحلیل هزینه چرخه عمر مبتنی بر ریسک

این تحلیل به ارزیابی هزینه‌های طول عمر سازه‌ها از جمله هزینه‌های اولیه ساخت، هزینه‌های نگهداری و ریسک‌ها می‌پردازد. هدف این است که هزینه‌های ساخت و نگهداری سازه‌ها با در نظر گرفتن ریسک‌های طبیعی مثل زلزله به‌طور بهینه محاسبه شود.

مفهوم ریسک

طبق استاندارد ISO 2394، ریسک R به این صورت تعریف می‌شود:

R=∑Pi×Ci

که در آن:

• Piاحتمال وقوع یک رویداد خاص (مثل شکست سازه) است.
• Ciمقدار خسارتی که در صورت وقوع آن رویداد ایجاد می‌شود.

در این تحلیل، تمرکز بر ریسک زلزله است.

هزینه چرخه عمر (LCC)

هزینه چرخه عمر یک سازه، مجموع سه بخش است:

1. هزینه اولیه (C)
2. هزینه‌های نگهداری (M)
3. هزینه ریسک (R)

فرمول محاسبه LCC به صورت زیر است:

LCC=C+M+R

در این فرمول:

• هرچه سطح عملکرد سازه بالاتر باشد، هزینه اولیه بیشتر خواهد بود.
• همچنین با افزایش عملکرد سازه، ریسک زلزله کاهش می‌یابد (زیرا احتمال شکست کمتر می‌شود).
• هزینه‌های نگهداری ارتباط کمتری با سطح عملکرد دارند، اما هزینه‌های اولیه و ریسک به شدت با عملکرد سازه مرتبط هستند.

نتیجه این تحلیل به‌طور کلی به شکل یک منحنی مقعر است که نشان می‌دهد هزینه کل به‌طور غیرخطی با تغییر سطح عملکرد تغییر می‌کند.

نتایج تحلیل هزینه چرخه عمر

این تحلیل‌ها نشان می‌دهند که دیوارهای ژئوگریدی کمترین هزینه چرخه عمر را دارند. در مقابل، خاک ‌های غیرمسلح کمترین هزینه اولیه ساخت را دارند، اما در ارزیابی مبتنی بر ریسک، این هزینه‌ها به ترتیب تغییر می‌کنند. این نشان می‌دهد که ریسک‌های احتمالی باید به‌طور دقیق در انتخاب نوع سازه برای ساخت جاده‌ها در نظر گرفته شود.

تحلیل انتشار CO2 مبتنی بر ریسک:

یکی از ویژگی‌های مهم دیوارهای ژئوگریدی این است که می‌توان سطح نمای سازه را به‌طور دلخواه سبز کرد (با استفاده از ژئوگریدها، ژئوتکستایل‌ها، مش‌های فولادی یا ورق‌های سبزسازی).

 نتایج تحلیل انتشار CO2 نشان می‌دهند که:

• دیوارهای ژئوگریدی با سبزسازی کمترین انتشار CO2 را در میان انواع مختلف سازه‌ها دارند.
• دیوارهای L شکل بیشترین میزان انتشار CO2 را دارند.
• جالب است که انتشار CO2 در دیوارهای ژئوگریدی با سبزسازی، در صورتی که عمر مفید سازه 50 سال در نظر گرفته شود، به‌طور معجزه‌آسا به منفی تبدیل می‌شود.

نتیجه‌گیری

نتایج این تحلیل‌ها نشان می‌دهند که دیوارهای ژئوگریدی با سبزسازی علاوه بر اینکه هزینه‌های کمتری دارند، بلکه به کاهش انتشار CO2 کمک می‌کنند و می‌توانند به‌عنوان سازه‌های پایدار و سازگار با محیط زیست شناخته شوند. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که این نوع دیوارها به گزینه‌های بسیار جذاب‌تری نسبت به دیوارهای سنتی تبدیل شوند.

 راهکارهای پیشرفته برای دهه آینده

روش جداسازی لرزه‌ای                              

ترکیب تقویت‌کننده‌های ژئوسنتتیکی با بهسازی خاک:

در این روش، از تقویت‌کننده‌های ژئوسنتتیکی (مثل ژئوتکستایل‌ها یا ژئوگریدها) برای تقویت سازه دیوار استفاده می‌شود. علاوه بر این، خاک نیز به صورت مناسب بهبود می‌یابد تا مقاومت دیوار در برابر زلزله افزایش یابد. این ترکیب باعث می‌شود که دیوار بهتر بتواند نیروهای لرزه‌ای را جذب کند و از تخریب ناشی از زلزله جلوگیری کند.

استفاده از سیستم‌های کنترل لرزش با (ژئوفوم) EPS

در این روش، از ژئوفوم (که یک نوع فوم پلاستیکی سبک است) استفاده می‌شود تا اثرات بارهای دینامیکی وارد بر دیوارها را کاهش دهد. ژئوفوم به عنوان یک جاذب لرزش عمل کرده و به این ترتیب لرزش‌ها و نیروهای ناشی از زلزله به شدت کاهش می‌یابد و آسیب به دیوارهای نگهدارنده کمتر می‌شود.

  ترکیب تقویت‌کننده‌های ژئوسنتتیکی با ژئوفوم EPS))

این روش ترکیبی از دو روش قبلی است. در اینجا، هم از تقویت‌کننده‌های ژئوسنتتیکی و هم از ژئوفوم استفاده می‌شود. این ترکیب نه تنها باعث افزایش مقاومت دیوار در برابر زلزله می‌شود، بلکه اثرات منفی بارهای لرزه‌ای را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

 ایزولاسیون لرزه‌ای با استفاده از ژئوسنتتیک‌ها:

این بخش هنوز در حال بررسی است و در مقایسه با سایر روش‌ها، تحقیقات کمتری در مورد استفاده از ژئوسنتتیک‌ها برای ایزولاسیون لرزه‌ای انجام شده است. ایزولاسیون لرزه‌ای به معنای جدا کردن سازه از نیروهای لرزه‌ای است. این مطالعه به بررسی این امکان می‌پردازد که ژئوسنتتیک‌ها و سازه های سه‌بعدی به عنوان مواد کاهش‌دهنده لرزش استفاده شوند تا اثرات لرزه‌ای را در محل ساخت و ساز کاهش دهند.

تکنیک ایزولاسیون لرزه‌ای

دیوارهای ژئوگریدی که با یک لایه ایزولاسیون لرزه‌ای ترکیب می‌شوند، می‌توانند عملکرد بالایی در برابر زلزله داشته باشند. لایه ایزولاسیون باید ویژگی‌های **مقاومت اصطکاکی** داشته باشد تا در هنگام بارگذاری استاتیکی، مقاومت کافی در برابر فشارهای افقی وارد شده از خاک نگهدارنده (پشت دیوار) را فراهم کند. علاوه بر این، این لایه باید توانایی کاهش لرزش‌هایی که در طول زلزله به دیوار منتقل می‌شود را داشته باشد.

·  استفاده از ژئوسنتتیک‌ها برای ایزولاسیون لرزه‌ای

مطالعه‌ای که در این بخش انجام شده، بر استفاده از **ژئوسنتتیک‌ها** به عنوان **مواد کاهش‌دهنده لرزش** تمرکز دارد. این مواد به تازگی به عنوان مواد ایزولاسیون لرزه‌ای در ساخت و سازها استفاده می‌شوند. یکی از این مواد، **ژئوپد** است که در شکل زیر نشان داده شده است. ژئوپد از **الاستومر پلی‌اولفینی** ساخته شده و دارای ساختار بافته سه‌بعدی است. ویژگی‌های ساختاری و ماده‌ای این محصول باعث می‌شود که هم **خاصیت جذب لرزش** بالایی داشته باشد و هم با خاک **اصطکاک زیادی** ایجاد کند. 

 آزمایش‌های آزمایشگاهی و نتایج آن‌ها

برای بررسی ویژگی‌های ایزولاسیون لرزه‌ای **ژئوپد**، آزمایش‌هایی در آزمایشگاه انجام شده است. نتایج آزمایشها نشان داد که استفاده از **ژئوپد** می‌تواند اثرات لرزه‌ای را به‌طور مؤثری کاهش دهد. برای **صفحه لاستیکی طبیعی** که معمولاً برای کاهش لرزش در ساخت و ساز استفاده می‌شود، میزان انتقال لرزش در فرکانس 5 هرتز 185% و در فرکانس‌های 10 تا 40 هرتز 45-52% بود. اما استفاده از **دو لایه ژئوپد**، کارآیی ایزولاسیون را بهبود بخشید و تنها 20-30% از لرزش‌های صفحه لاستیکی را منتقل کرد.

این نتایج آزمایشات نشان‌دهنده پتانسیل بالای **ژئوپدها** در بهبود اثر ایزولاسیون لرزه‌ای دیوارهای ژئوگریدی است. گام بعدی در این تحقیق، انجام آزمایش‌های میز لرزه برای ارزیابی اثر ایزولاسیون لرزه‌ای **ژئوپدها** در دیوارهای ژئوگریدی است. همچنین، هدف این است که روش‌هایی برای تحلیل اثر ایزولاسیون لرزه‌ای و ارزیابی ویژگی‌های ماده‌ای **ژئوپد** ارائه شود. 

جمع بندی:

امروزه، دیوارهای ژئوگریدی به روش‌های جدیدی مانند ارزیابی هزینه‌ زندگی (که شامل هزینه‌های ساخت، نگهداری و خطرات زلزله است) و شبیه‌سازی‌های عددی برای تحلیل تغییرشکل‌ها و آسیب‌ها مجهز شده‌اند. این روش‌ها نشان داده‌اند که دیوارهای تقویت شده با ژئوگرید از نظر هزینه و اثرات زیست‌محیطی (CO₂) نسبت به دیوارهای معمولی، بهترین عملکرد را دارند.

ایزولاسیون لرزه‌ای با استفاده از ژئوسنتتیک‌ها: این فناوری به دیوارها کمک می‌کند تا از ارتعاشات و لرزش‌های ناشی از زلزله محافظت کنند. ژئوپادها (مواد جدیدی با خاصیت جذب لرزش) می‌توانند این ایزولاسیون را بهبود ببخشند.

ترجمه و گردآوری: نسیم احمدپناه

جهت دریافت مشاوره و ارائه طرح های پایدارسازی دیوارهای خاک مسلح و کوله ی پل، می توانید با ما تماس بگیرید. تیم ما آماده است تا شما را در انتخاب مناسب ترین راهکارها و محصولات یاری رساند.