Geosynthetics تجعل الطرق أقوى

وتم مد عشرات الآلاف من الكيلومترات من الطرق في جميع أنحاء روسيا، من مناطق التايغا الشمالية إلى الشرق الأقصى. من بينها، تشغل شاحنات الأخشاب جزءًا كبيرًا منها: فهي تربط المناطق النائية التي يصعب الوصول إليها بشبكة النقل، وتوفر إزالة الأخشاب، وتسليم البضائع، وأحيانًا الاتصال الوحيد بين المناطق المأهولة بالسكان و “البر الرئيسي”. ومع ذلك، فإن بناء وصيانة مثل هذه الطرق يشكل صعوبات هندسية خطيرة. تتعرض هذه المسارات يوميا للأحمال الثقيلة من المعدات الثقيلة وتعمل في ظروف مناخية قاسية (تغيرات في درجات الحرارة وتجميد وذوبان التربة). غالبًا ما يتعين بناء الطرق الخشبية على تربة ناعمة (طينية، طينية، طينية رملية)، أي تربة فضفاضة وغير مستقرة. علاوة على ذلك، فهي موجودة في كل مكان في روسيا، وتحتل، وفقًا للخبراء، جزءًا كبيرًا من أراضي البلاد (60٪ على الأقل). وهذا يعني أن هذه الطرق تتدهور بسرعة، وتتطلب إصلاحات متكررة، وتؤدي إلى توقف المعدات وزيادة تكاليف إزالة الأخشاب. يتم بناء مسارات الأخشاب بشكل تقليدي من المواد السائبة المتاحة: الحجر المسحوق والحصى والرمل. تعمل هذه المواد في الواقع على تقوية هيكل الطريق: فهي تخلق سطحًا صلبًا يوزع الحمل من العجلات، ويصرف الماء ويقوي القاعدة. بالاشتراك مع بعضها البعض، فإنها تشكل ملابس الطريق الكلاسيكية، والتي تم استخدامها منذ فترة طويلة على طرق الغابات. ومع ذلك، في الظروف الصعبة، حتى الحجر المسحوق والرمل عالي الجودة يتوقفان عن أن يكونا فعالين تمامًا. تحت المعدات الثقيلة، تبدأ طبقات التربة في الخلط، ويتم احتجاز الماء في الهيكل، وعندما يتم تجميده، يدمره من الداخل. في هذا الصدد، يتم استخدام مواد التسليح الجيولوجية بشكل متزايد اليوم. وهي عبارة عن صفائح رقيقة ولكنها متينة للغاية تعتمد على البوليمر ويتم وضعها بين طبقات رصيف الطريق. على عكس المواد التقليدية، تمنع المواد الاصطناعية الجيولوجية النسيج من التحرك، وتصريف المياه وتمنع اختلاط الحجر المسحوق والرمل والطين. وهذا يسمح للطريق بالبقاء قويًا ومستقرًا حتى على التربة الناعمة. في بعض الحالات – في مناطق المستنقعات أو شديدة التشبع بالمياه – يصبح استخدام المواد الاصطناعية الجيولوجية هو الطريقة الوحيدة الممكنة تقنيًا لبناء الطريق. بالإضافة إلى ذلك، فهي تدوم لفترة أطول بكثير: يجب إصلاح طريق قطع الأشجار التقليدي المصنوع من الحجارة المكسرة فقط بمعدل يصل إلى أربع مرات في السنة. علاوة على ذلك، يمكن أن يستمر الهيكل ذو الطبقة الاصطناعية الجيولوجية من ثلاث إلى خمس سنوات دون أعمال الترميم. ونتيجة لذلك، يتم تقليل تكاليف أعمال الترميم المستمرة، وتتطلب مواد أقل، مما يعني أن صيانة طرق النقل أرخص بكثير. المشكلة هي أن المعايير الروسية الحالية لتصميم طرق الغابات، أي الأرقام المدرجة في الحسابات الهندسية، تأخذ في الاعتبار تأثير التركيبات الجيولوجية على أساس متوسط ​​للغاية. ونتيجة لذلك، لا يستطيع الخبراء التنبؤ بدقة بكيفية سلوك الطريق على تربة معينة. وهذا يؤدي إلى حقيقة أنهم إما يتصرفون بطريقة آمنة ويضعون طبقات زائدة من المواد، أو يقللون من تقدير القوة ويحصلون على هيكل ينهار بسرعة. وفي كلتا الحالتين، يؤدي هذا إلى تكاليف غير ضرورية وإنشاء طرق غير متينة بما فيه الكفاية. كان علماء جامعة بيرم بوليتكنيك هم الأوائل في روسيا الذين طوروا طريقة لتقييم تأثير المواد الاصطناعية الأرضية على قوة مسارات نقل الأخشاب. يسمح لك بتحديد كيفية تغيير طبقة التسليح لمقاومة القص وتشوه النسيج. الدراسة فريدة من نوعها بالنسبة لروسيا وتسمح لنا لأول مرة بتوضيح المعايير المحلية. نُشر المقال في مجلة “نشرة جامعة ولاية الفولغا التكنولوجية. السلسلة: الغابات. علم البيئة. إدارة الطبيعة”. وقد أجريت الدراسة في إطار برنامج أولوية 2030. ولدراسة سلوك الهيكل تحت الحمل دون بناء طريق حقيقي، قام العلماء ببناء نموذج رقمي له. الطبقة العليا (الغطاء) عبارة عن حجر مكسر، والطبقة السفلية (القاعدة) عبارة عن رمل. هذا هو نوع الطلاء المكون من طبقتين والذي يتم تصميمه غالبًا اليوم. تم النظر في الأنواع الثلاثة الأكثر شيوعًا للتربة: الطميية الرملية والطميية والطينية. أحد أهم العوامل التي تؤثر على متانة الطريق هو الحمل الناتج عن المعدات. وهذا هو الذي يدفع القاعدة ويتسبب في تحرك الطبقات. ولذلك، أضاف الباحثون إلى النموذج الحمولة التي تؤثر، في المتوسط، على الرصيف من شاحنة خشبية ثقيلة. يعد ذلك ضروريًا حتى يمكن نقل نتائج المحاكاة مباشرة إلى الطرق الحقيقية. ثم أضاف العلماء العنصر الرئيسي – الطبقة الاصطناعية الأرضية. تم وضعه بين القاعدة الرملية والتربة الناعمة ، حيث يحدث النزوح الأكثر خطورة للطبقات تحت الحمل. نظر الباحثون إلى نوعين من المواد: مادة أكثر ليونة وأخرى أكثر صلابة. وهذا لن يسمح فقط بتقييم حقيقة التعزيز نفسه، ولكن أيضا لفهم مدى قوة تأثير هذه الخصائص على قوة الطريق. تم إنشاء النموذج في مجمع هندسي قياسي، والذي تم استخدامه منذ فترة طويلة لحساب الطرق. يعمل على النحو التالي: يقوم المتخصص بتعيين المعلمات الأولية – نوع التربة، ونوع التركيبات الجيولوجية، والحمل من المعدات. بعد ذلك، يحسب النموذج كيف ستتصرف كل طبقة من الطريق: إلى أي مدى ستتحول، وأين ستنشأ الضغوط الأكثر خطورة، ومدى سرعة بدء الهيكل في الانهيار. في هذه الحالة، يمكن للمهندس تغيير أي معلمة ومعرفة كيف تتغير النتيجة. – عند اختبار النموذج قمنا بتغيير نوع التربة (طفالية رملية، طفيلية، طينية) ونوع التركيبات الجيولوجية. في هذه العملية، نظرنا إلى مؤشرين رئيسيين: مقاومة القص – أي قدرة الطريق على عدم الزحف إلى الجانبين، والانحراف المرن – أي مقدار تراجعه تحت الحمل الحقيقي. وينتج النموذج نتائج في شكل معاملات – أرقام توضح عدد المرات التي تزيد فيها التركيبات الأرضية من خصائص الطريق مقارنة بالهيكل التقليدي، – أشار فلاديمير كليفيكو، مرشح العلوم التقنية، والأستاذ المشارك في قسم الطرق السريعة والجسور في PNIPU. وأظهرت النمذجة أن مقاومة القص عند استخدام الطبقة البينية، اعتمادا على نوع التربة، زادت مرتين إلى خمس مرات. تم تسجيل التأثير الأكبر على الطميية، وهي الأكثر عرضة للتورم وفقدان الثبات عند ترطيبها. في الوقت نفسه، انخفض انحراف القماش بنسبة 2٪. وهذا يعني أن الطبقة البينية أكثر فعالية في تقوية الطبقات ضد القص. قام العالم أيضًا بمقارنة نوعين من التركيبات الجيولوجية. وكانت المادة الأكثر صلابة أكثر فعالية بنسبة 33%. وهذا يعني أنه كلما كانت الطبقة أقوى، كلما كانت أفضل في تحمل الطريق في أي نوع من التربة. ويمكن استخدام نتائج الدراسة في تصميم طرق قطع الأشجار. الآن يمكن للمهندسين الاعتماد على بيانات دقيقة: بالنسبة لتربة معينة ونوع معين من المواد، يمكنهم معرفة عدد المرات التي ستزداد فيها مقاومة القص مسبقًا. سيسمح لك ذلك بتحسين التكاليف – استخدم طبقة أكثر صلابة حيث تكون هناك حاجة إليها بالفعل، وكذلك تجنب وضع طبقات زائدة من المواد باهظة الثمن. وينطبق هذا بشكل خاص على المناطق ذات التربة الضعيفة والمناخ البارد والرطوبة العالية – حيث تتدهور الطرق بشكل أسرع. تتيح المنهجية المقترحة بناء هياكل أكثر استدامة في مثل هذه الظروف وتجعل الوصول إلى المناطق النائية أكثر سهولة لتطوير شبكة النقل.