الهندسة الجيوتقنية


الهندسة الجيوتقنية

الهندسة الجيوتقنية geotechnical engineering هي العلم الذي يختص بدراسة الأساسات والتأثير المتبادل بينها وبين التربة. يشمل هذا العلم كل ما يتعلق بتعرف التربة وتصنيفها والطرائق المباشرة لتحديد خصائصها الفيزيائية والميكانيكية, وإجراء التجارب المخبرية عليها ومن ثم طرائق الحساب الإنشائي المختلفة وتقنيات بناء المنشآت ذات التماس المباشر مع التربة. كما يشمل كل تقنيات معالجة التربة وحفرها. وتدَّرس الهندسة الجيوتقنية في الجامعات والكليات المختصة بهندسة البناء.

 

 

الهندسة الجيوتقنية

طُوِّر هذا العلم ضمن علوم الهندسة المدنية أو هندسة البناء، وتستند المعارف التي يشملها إلى علوم الجيولوجيا والمناجم. وقد أصبح علماً مستقلاً ضمن العلوم الهندسية، ويعالج الموضوعات الآتية:
1ـ تأسيس المنشآت، مثل: الجسور والأنفاق والطرقات والسكك (علوم التأسيس وبناء الأنفاق والمناجم).
2 ـ بناء المنشآت المائية، مثل: السدود ومحابس المياه «الهويسات».
3ـ دراسات مواقع الأرض ذات الفروقات الحادة والسريعة في المستويات، مثل: حفريات التأسيس، أو الجدران الاستنادية، أو أرصفة الموانئ البحرية أو النهرية.
4ـ دراسات أمان المنحدرات، مثل: منحدرات الطرق، منحدرات خطوط السكك الحديدية، منحدرات السدود، جدران الموانئ.
5ـ بناء منشآت من التربة، مثل: السدود الترابية، ردميات الطرق، وغيرها.
6ـ فحص التربة وتصنيفها لأعمال التأسيس وتأثير المياه الجوفية في ذلك.
7ـ فحص المنشآت الترابية التي تخترقها المياه مثل أكتاف قنوات جر الماء ودراستها.
8ـ قياس آثار الأحمال الديناميكية على التربة ودراستها، مثل: آثار الدق أو التفجير أو الاهتزازات الناتجة من وسائل النقل.
9ـ حماية التربة والمياه الجوفية من الملوثات.
يتم بوساطة علمي ميكانيك التربة والجيولوجيا الهندسية دراسة التربة بهدف تحويل العلاقة المتبادلة بين التربة والمنشأ إلى علاقات رياضية، ويستطيع المهندس باستخدامها أن يصمم العناصر الإنشائية ذات التماس المباشر مع التربة بناء على تحمل الحمولات المطبقة عليها، فيتحقق فيها الأمان والاقتصادية.
يقصد بالأمان بقاء أفعال مجموع القوى المقاومة للانهيار في أي مقطع من المنشأ (قوى قص، قوى ناظمية، عزوم) أكبر من أفعال القوى الخارجية التي تدفع المنشأ نحو الانهيار. أما الاقتصادية في التصميم فتعني تصميم عناصر إنشائية ذات أبعاد وخواص تحقق شروط الأمان المطلوبة دون هدر أو إسراف.
تطور علم الهندسة الجيوتقنية مع تطور طرائق الحساب وكذلك مع تطور تقنيات قياس الإجهادات والتشوهات في العناصر الإنشائية ذات التماس المباشر مع التربة. كما تطورت كذلك تقنيات تنفيذ الأعمال الجيوتكنيكية الخاصة بتحسين مواصفات التربة الميكانيكية، مثل:
1ـ رج التربة العميق مع حشوها بتربة خشنة أو بالبيتون الردمي.
2ـ استبدال التربة ورصها.
3 ـ حقن التربة بالمواد الكيمياوية والإسمنت العادي أو الناعم باستخدام ضغوط خفيفة تصل إلى 5 بار bar.
4ـ حت التربة باستخدام الضغوط العالية التي تصل إلى 1000 بار وحقنها في الوقت نفسه بالإسمنت البورتلاندي.
5ـ شق التربة وخلطها وحقنها بالإسمنت العادي.
كما أمكن تسليح التربة بعناصر من مواد صناعية مثل الجيوتكستيل، أو بشدادات دائمة أو مؤقتة، مسبّقة الإجهاد وغير مسبّقة الإجهاد.
نفَّذ الإنسان القديم عند البحث عن الكهرمان والأملاح والمعادن الثمينة حفراً عميقة في التربة وصلت حتى 100 متر. وقد استخدم في الحفر تقنيات بدائية مستفيداً من فعل الماء في تخريب التربة، وكذلك بوساطة تسخين الصخور لتخريبها, فكان حفر بضعة سنتمترات من التربة القاسية والصخور يستغرق بضعة أيام، وقد استطاع الإنسان الحجري دق أوتاد خشبية في التربة كذلك استطاع الرومان نحو 300ق.م استخدام هذه التقنية ذاتها في أعمال التأسيس.