معلومات هامة جدا عن ميكانيكا التربة والاساسات

علم ميكانيكا التربة هو فرع من العلوم الهندسية وهو مختص بدراسة التربة وطريقة تصرفها عند تعرضها للأحمال والإجهادات .

وهو العلم المتعلق بميكانيكا الأجسام الطبيعية المشتتة (المؤلفة من أجزاء دقيقة أو ناعمة) ويعتبر فرعا من فروع علم ميكانيكا الأرض العام الذي تدخل ضمنه العلوم الخاصة التالية : ديناميكا الأرض في المجالين العالمى والمناطقى ، ميكانيكا الصخور الصلدة أو المصمتة ، ميكانيكا الصخور الرخوة أو الهشة (التربة الطبيعية) وميكانيكا الكتل العضوية والعضوية المعدنية (الطمى ، الفحم وغير ذلك).

ويعتبر علم ميكانيكا التربة في نفس الوقت ، فرعا من فروع علم الميكانيكا الإنشائية المبنى على أساس قوانين الميكانيكا النظرية (ميكانيكا الأجسام الصلبة الغير قابلة للإنضغاط مطلقا) وكذلك على أساس قوانين الأجسام القابلة للتشوه أيضا ، أي القابلة للإنضغاط وتغير الشكل (قوانين اللدونة ، المرونة ، الزحف) ، التي ستكون بالنسبة لتكوين وصياغة علم ميكانيكا التربة - كعلم مستقل - بمثابة قوانين ضرورية فقط ولكنها ليست من الشروط الكافية بحد ذاتها . وإذا اضفنا إلى علاقات (معادلات) الميكانيكا النظرية والميكانيكا الإنشائية للأجسام المصمتة القابلة للتشوه ، إذا اضفنا لهم القوانين التي تشرح الخواص المتعلقة بتفتت التربة (الإنضغاطية ، النفاذية ، مقاومة القص التماسية ، التشوه التركيبى الطورى) عندئذ ببحثنا للتربة باعتبارها اجساما طبيعية مشتتة وثيقة الاتصال بظروف تكوينها وتامة التفاعل مع البيئة الطبيعية الجيولوجية المحيطة بها ، يمكن في هذه الحالة صياغة أو تكوين ميكانيكا التربة كعلم من العلوم .

نشوء و تاريخ علم ميكانيكا التربة

قام المهندس الفرنسى كولون عام 1773 بأول بحث أساسي في مجال ميكانيكا التربة وهو المتعلق بنظرية الأجسام أو المواد السائبة الذي كان يعتبر على مدى سنوات طويلة بمثابة النظرية الهندسية الوحيدة في هذا المجال التي استخدمت أو طبقت بنجاح عند حساب ضغط التربة على الجدران الساندة أو المحتجزة .

وفي عام 1885 نشر في فرنسا أيضا بحث العالم بوسينسك حول " توزيع الأجهادات الناجمة عن تأثير القوة المركزة في التربة المرنة " الذي أصبح فيما بعد أساسا لتحديد الأجهادات في التربة عند تعرضها لمختلف أنواع الأحمال . وفي عام 1923 وضع العالم السوفييتي بوزيرفسكى " النظرية العامة لإجهاد التربة الأرضية " باستخدامه لنظرية المرونة في حساب القواعد الأرضية.

أهمية علم ميكانيكا التربة

إن ميكانيكا التربة هي عبارة عن نظرية قواعد التربة الطبيعية ، وإن دور ميكانيكا التربة كعلم هندسى هو دور عظيم ، ولا يمكن مفارنته إلا بعلم " مقاومة المواد " Strengh of Materials ، وبدون معرفة مبادئ ميكانيكا التربة ، لا يمكن تصميم المنشأت الصناعية الحديثة ، العمارات السكنية (لا سيما المتعددة الطوابق) ، إنشاءات إصلاح الأرض وإنشاءات الطرق ، الإنشاءات الترابية ، إنشاءات الهندسة الهيدروليكية (مثل السدود الترابية ، سدود المياه مبانى المحطات الهيدروليكية لتوليد الطاقة وغيرها ) ، كل هذا لا يمكن إنشاءه بصورة سليمة بدون معرفة مبادئ ميكانيكا التربة .

إن استخدام ميكانيكا التربة يساعم على الاستفادة أكثر ما يمكن من السعة الحملية للتربة ، الحساب الدقيق لتشوهات قواعد التربة أو القواعد الترابية تحت تأثير الأحمال الناجمة عن الإنشاءات الأمر الذي يعتمد ليس على وضع الحلول الأكثر سلامة فحسب ، بل وعلى الحلول الأكثر اقتصادية أيضا. وفي المستقبل ستزداد أهمية علم ميكانيكا التربة في الأعمال الهندسية وذلك بمساعدته في الحصول على أوسع وأحسن استفادة من المنجزات العلمية لهذا العلم في التطبيقات الإنشائية الهندسية .

الخواص الأساسية للتربة

انضغاطية التربة : تتلخص هذه الخاصية في قابلية التربة (إلى درجة كبيرة أحيانا) لتغيير بنيتها تحت تأثير المؤثرات الخارجية إلى بنية أكثر دموجا أو تراصا على حساب تقليل مسامية التربة .


ويرتبط بهذه الخاصية قانون مهم هو قانون الدموج أو التراص
انفاذية التربة للماء : الخاصية الثانية للتربة هي خاصية إنفاذية الماء ، أي قابلية ترشيح الماء والترشيح في التربة يعتمد على درجة الدموج أو التراص للتربة ، وفي الأطيان شديدة اللدونة وشبه الصلبة يعتمد الترشيح على وجود التدرج الابتدائي للضغط ، الذي تبدأ حركة الماء عند التغلب عليه فقط .


ويرتبط بهذه الخاصية قانون الترشيح الطبقى .
مقاومة التربة للقص أو الزحزحة : تحت تأثير الحمل الخارجى ، يمكن للضغوط القعالة في بعض النقاط أن تتفوق على الأربطة الداخلية بين دقائق التربة ، وتنشأ إنزلاقات (زحزحات) لبعض الدقائق ويمكن هنا أن يختل اتصال التربة في إحدى المناطق أي يتم التغلب على مقاومة التربة في تلك المنطفة .


إن المقاومة الداخلية ، المعارضة أو المانعة لإزاحة أو زحزحة الدقائق الصلبة في الأجسام السائبة المثالية تكمن فقط في الاحتكاك الناشئ في نقاط تلامس أو اتصال الدقائق ، اما في التربة المتماسكة المثالية مثل الأطيان اللزجة ستقوم بقاومة زحزحة الدقائق فيها الأربطة البنيوية الداخلية ولزوجة ألغلفة الغروانية المائية للدقائق فقط وليس في الاحتكاك الناشئ في نقاط تلامس أو اتصال الدقائق .

سؤال وجواب فى ميكانيكا التربة والاساسات

س. ما هو المطلوب معرفته من بيانات عن التربة عند بناء منشأ ؟

ج. يتم عمل استكشاف للتربة وعمل تقرير فني يشتمل الآتي :



* نوعية وسمك طبقات التـربة تحت المبنـي هل هي تربـة متماسـكة ( طينية ) أو سائبة ( رملية أو زلطية ) لو تربة متحجرة أو صخرية .

* منسوب المياه الأرضية

* حالة التربة مشبعه شبة جافة أو جافة.

* الخواص الطبيعية للتربة مثل الكثافة ، نسبة الرطوبة الطبيعية وغيرها .

* قدرة تحمل التربة وخواصها الانضغاطية لحمل المبني المزمع انشاؤة .



س. كيف يمكن تحديد قدرة تحمل التربة وخواصها الانضغاطية ؟

ج. أجراء اختبارات بالموقع أثناء أجراء الجسات واختبارات بالمعمل على عينات من التربة مأخوذة من على أعماق مختلفة تحت المبني . ومن نتائج هذه الاختبارات يتم حساب قدرة التحمل ومدى انضغاط التربة .



س. كيف يتم استخراج عينات من التربة في موقع إنشاء المبني ؟

ج. يتم تثقيب التربة يدوياً أو ميكانيكياً ( عمل جسات ) بمعدات خاصة وبواسطتها يتم استخراج عينات من التربة ومن على أعماق مختلفة . وفي المناطق الجافة والشبة جافة عادة يتم عمل حفر مكشوفة لاستخراج عينات التربة .



س. كيف يتم تحديد نوعية التثقيب لاستخراج العينات ؟

ج. بناء على موقع المبني المراد إنشاؤه فالتثقيب اليدوي ينفذ عادة في نطاق تربة وادى النيل وعلى ضفافه . أما التثقيب الميكانيكي ينفذ في المناطق ذات التربة المتحجرة والحجرية والصخرية .



س. ما هي عدد الجسات اللازم تنفيذها في الموقع وعمقها ؟

ج. يتوقف عدد الجسات على مساحة المنشأ أما العمق على ارتفاع المنشأ وأحمالة .



س. ما هو الحل إذا كانت التربة التى سوف يتم التأسيس عليها لا تتحمل المبني ؟

ج. هناك أكثر من حل ويستطيع المهندس المتخصص بخبرته وطبقاً للمعلومات الناتجة من استكشاف التربة والناحية الاقتصادية التوصية بالحل المناسب لكل حالة مثل :



* استبدال تربة التأسيس بتربة احلال تنفذ طبقاً لمواصفات فنية .

* تحسين خواص تربة التأسيس .

* تغير نوع الأساسات من أساسات سطحية الى أساسات عميقة .



س. ما هي الأساسات السطحية والعميقة ؟

ج. الاساسات السطحية هي أساسات منفصلة أو متصلة ، وشريطية ، ولبشة .

- الأساسات العميقة مثل الاساسات الخازوقية والأبيار الاسكندراني .



س. ما هي أنواع التربة التى يتم استبدالها ؟

ج. اكثر أنواع التربة التى يتم اسـتبدالها ( سـواء بكامل سمكها أو جـزء منها إذا كانت بعمق كبير ) التربة الطينية الضعيفة والتربة الانتفاخية وفي بعض الأحيان التربة الصخرية الضعيفة والتربة الإنهيارية .



س. ما هي أنواع التربة التى يتم تحسين خواصها ؟

ج. بالإضافة للأنواع السابقة أي نوع تربة ممكن معالجته وتحسين خواصة الانضغاطية وزيادة قدرة تحملة للأجهادات الواقعة عليها