مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی موج شکنهای GCS (سیستم سلولی ژئوسینتتیکی)

کشور ایران دارای سواحلی طولانی در شمال و جنوب بوده و این سواحل از نظر اقتصادی، اجتماعی، سیاسی و حتی نظامی از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشند. اهمیت سواحل شمالی علاوه بر ساخت بنادر، در ایجاد اماکن توریستی و تفریحی به عنوان منبع جذب توریست و درآمد مطرح می باشد. همچنین در سواحل جنوبی کشور لزوم اتصال به آب های آزاد و وجود پروژه های متعدد منجر به ساخت و توسعه بنادر متعددی در جنوب کشور گردیده است. از طرفی دیگر در سواحل شمالی کشور بالا آمدن سطح دریا باعث وارد شدن خسارات فراوان به مناطق ساحلی و ساختمان ها شده است و در سواحل جنوبی کشور مشکل رسوبگذاری باعث عدم کارائی بنادر بعد از مدت زمانی پس از ساخت آنها میشود. همه این مشکلات در حالی است که هیچ برنامه جامعی برای حفاظت از سواحل کشور وجود ندارد و علی رغم اینکه سازمان های بسیاری خود را متولی این کار می دانند، لیکن عملاً برنامه جامعی در این زمینه ارائه نشده است. لذا موضوع فرسایش سواحل از اهمیت خاصی برخوردار بوده و بایستی برنامه ریزی های اساسی و مطالعات پژوهشی و کاربردی در این جهت از قوت بالائی برخوردار باشد. از طرفی در راستای استفاده از سیستم های حفاظت ساحلی موجود از جمله موج شکن ها ، آب شکن ها ، جتی ها ، دیوارهای ساحلی ، دیواره های حائل ساحلی ، پوشش های حفاظتی ، روشهای جدیدی در جهت اصلاح یا رفع مشکلات سیستمهای موجود مطرح گردیده اند. به عنوان نمونه می توان به استفاده از پوسته های مصنوعی و مصالح ژئوسینتتیکی که دارای مقاومت و دوام بالا در محیط های نامساعد آبی و خاکی می باشند و همچنین کاربرد عناصر مناسب و دارای مقاومت کششی در توده خاک (ایده خاک مسلح) اشاره نمود. روش سیستم های سلولـی ژئوسـینتتیکی یا GCS روش جدیدی است در ساخت سازه های حفاظت ساحلی که در آن از ایده خاک مسلح بهره گرفته می شود. از نقاط قوت این روش استفاده از مصالح ژئوسینتتیک است که مشکلات عدیده ناشی از خوردگی بتن و فولاد را ندارد. همچنین در این روش امکان اجرای سریعتر و ساده تر سازه در محیط دریا میسر می باشد ضمن اینکه ملاحظات زیست محیطی و اقتصادی آن از قوت بالائی برخوردار است به نحوی که این روش را به عنوان یک پتانسل مناسب برای جایگزنی روشهای سنتی مطرح می نماید. لازم به ذکر است یکی از مشکلات مهم سیستم های حفاظت ساحلی موجود نظیر موج شکن های توده سنگی، تامین مصالح دانه ای برای ساخت مغزه و نیز تامین مصالح سنگی برای حفاظت و پایدارسازی شیب موج شکن می باشد. با توجه به لزوم پایداری شیب در بلندمدت و تحت تاثیر بارهای وارده نظیر نیروی ناشی از امواج، تامین شیب مجاز منجر به افزایش حجم مصالح مورد نیاز می گردد، که در ایده سیستم سلولی ژئوسینتتیکی، که متشکل از قاب، پوسته ژئوسینتتیکی و خاک می باشد، با توجه به امکان ساخت سازه با شیب تند و حتی قائم، حجم مصالح مورد نیاز جهت پرکردن سلول و ساخت سیستم حفاظت ساحل به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می یابد و همچنین به دلیل وجود پوشش ژئوسینتتیکی نیازی به اجرای آرمور از مصالح درشت نمی باشد. حال با توجه به وجود بیش از 3000 کیلومتر خط ساحلی در شمال و جنوب کشور و با عنایت به مسئله پیشروی آب دریا و احتمال نوسانات سطح دریاها در سواحل، لزوم حفاظت از سواحل، موضوع احداث بنادر و ساخت سازه های مختلف دریایی، ارائه و بررسی ایده های نو که مزایای روش های قبلی را دارا و از معایب آنها عاری باشد و در عین حال دارای قابلیت هایی نظیر کاهش هزینه ها و افزایش سرعت اجرا باشند، برای حفاظت از سواحل ضرورت داشته و این تحقیق با این نگرش و در این راستا انجام خواهد گرفت. شایان توجه می باشد با توجه به وجود پروژه های متعدد در جنوب کشور و نیاز انجام تحقیقات بیش تر بر روی خاک کربناتی موجود در سواحل جنوبی، خاک مورد استفاده در سیستم سلولی ژئوسینتتیکی ماسه کربناتی سواحل خلیج فارس انتخاب شده است. مطالعات اولیه سیستم سلولی ژئوسینتتیکی، توسط (Ghiassian and Holtz, 2005) انجام شده است ولی هنوز سوالات زیادی در ارتباط با روش تحلیل این سازه ها و همچنین رفتار آنها در شرایط واقعی محل مطرح می باشند. لذا این پژوهش در دو محور انجام شده است. در بخش اول ، مطالعات آزمایشگاهی بر روی نمونه های بزرگ مقیاس GCS در سه هندسه متفاوت مکعبی با ابعاد ، مکعب مستطیلی با ابعاد و استوانه ای با قطر و ارتفاع و کوچک مقیاس استوانه ای به قطر و ارتفاع 10 سانتی متر تحت بارهای استاتیکی قائم انجام و مقادیر تنش و کرنش با ابزارگذاری مناسب اندازه گیری و ثبت خواهند گردید. سپس با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS (نسخه 6.8-1) نتایج مورد تحلیل عددی قرار گرفته و پایداری تحت بارهای قائم بررسی و نتایج آزمایشگاهی و عددی مقایسه می شوند. لازم به ذکر است نمونه های کوچک مقیاس در شرایط غیرمسلح، مسلح شده با المان های تسلیح افقی و مسلح شده با المان های تسلیح قائم تحت بار قائم قرار می گیرد. در بخش دوم این تحقیق، عملکرد این سیستم تحت اثر بارگذاری امواج در کانال جریان مورد مطالعه قرار میگیرد و پایداری داخلی و خارجی سازه GCS که به عنوان موج شکن در برابر امواج عمل میکند بررسی می گردد.