مشاكل التربة الأنتفاخية

السلام عليكم قرأت هذا الموضوع في أحد الكتب وودت طرحة لما يحمله من معلومات قيمة

مشاكل التربة الانتفاخية تحت الأساسات

تعريف التربة الانتفاخية ( Expansive Soils ):
إذا تعرض حجم التربة أو الصخور الرخوة (Soft Rocks ) للانكماش أو التمدد عندحدوث تغير في مستوى الرطوبة بها( Moisture ) فإنها تسمى انتفاخية . والتربة التيتحدث بها هذه الظاهرة تكون عادة تربة طينية (Clays ) إلا انه هناك بعض أنواع التربةالصفائحية ( Shales ) تتعرض للانكماش والتمدد أيضا.
وترجع هذه الظاهرة إلى تفتتسيلكات الألومنيوم ذات الأصول المعدنية البركانية ( Aluminum Silicate Minerals ) لتكون تربة طينية انتفاخية من مجموعة الاسمكتايت ( Smectite Group ) واشهر أنواعالتربة التي تتدرج تحت هذه المجموعة هي تربة المنت موريللونايت ( Montmorillonite ) حيث تتمدد الأنواع الصافية ( Pure ) من هذه التربة ليتضاعف حجمها خمس عشرة مرة قدرحجمها وهى جافة . ولكن هذه التربة في الطبيعة عادة تكون مختلطة بأنواع أخرى منالطين لها صفات اقل انتفاخية ولذلك يندر أن توجد في الطبيعة تربة يتمدد حجمهاولأكثر من مرة ونصف قدر حجمها وهى جافة و في هذا خطورة طبعا على طبعا على المنشأالمقام على تربة كهذه .
متى يصبح وجود التربة الانتفاخية مشكلة؟إذا توافرتالعوامل الثلاثة فسوف يؤدى وجود التربة الانتفاخية إلى مشاكل يتعين علينا دراستها :-
أن تحتوى التربة على مكونات معدنية ( Mineral components ) ذات الخواصالانتفاخية العالية .
أن تتعرض هذه التربة لتغيرات كبيرة في محتوى الرطوبة.
طبقة التربة المحتوية على مواد انتفاخية يجب أن تكون بسمك كاف لكي تحدث حركةتكفى لأحداث الضرر على سطح الطبقة .وعموما لو زادت نسبة التمدد الحجم لتربةالآساسات عن (3 % ) فإنها تودي إلى إحداث أضرار بنسبة متفاوتة للمنشات ما لم تكناساساتها مصممة بطريقة خاصة لمواجهة ذلك( Specially designed Foundations )
مشكلة التربة الانتفاخية:
طبقا لبعض الإحصاءات فان الأضرار التي تلحقبالمنشات المقامة على التربة الانتفاخية تفوق الأضرار التي تلحق بالمنشات بسببالفيضانات والأعاصير والزلازل مجتمعة . وتشمل هذه المنشات المباني وأيضا الطرق ( Roads ) والكباري ( Bridges ) وخطوط الأنابيب ( Pipelines ) وأيضا كل المنشات غيرالمرنة ( Rigid structures ) والتي تركز على آو تمر من خلال التربة الانتفاخية .
والمشاكل التي تسببها التربة الانتفاخية تتوقف لحد كبير على اختلاف الضغوط ( Pressure changes ) تحت المنشأ من مكان ولأخر .
وهذا بسبب التوزيع غير المتساويلمحتوى الرطوبة ( Moisture ******* ) في التربة الحاملة للأساسيات .فنجد أن المبانيالصغيرة , الكباري والطرق توثر بأحمال صغيرة على التربة الانتفاخية وذلك مقارنةبضغوط الانتفاخ ( Swelling Pressure ) بها وآلتي تتعدى ( 10000 رطل/قدم2 آو ( 479000 باسكال ) .
أنواع الأضرار التي تسببها التربة الانتفاخية:
الحركةالمتفاوتة ( Differential movement ) تحت المنشأ الواحد من مكان إلى آخر .
تغيرمنسوب التربة في المكان الواحد إلى أعلى والى اسفل تبعا للتغيرات الموسمية ( Seasonal changes ) لمحتوى الرطوبة ومستوى المياه الجوفية ( Water table levels ) والتربة تتعرض لهذه الحركة الراسية الموسمية حتى أعماق تصل إلى حوالي مترين .
في حالة إقامة منشأ على مساحة كبيرة نسبيا ( مبنى ضخم أو طريق) فان التغيراتالموسمية في محتوى الرطوبة بسبب الأمطار سوف تتوقف عن الحدوث تحت وسط المنشأ ولكنهاسوف تستمر في الحدوث حول أطراف ومحيط المنشأ.وهذا يؤدى إلى هبوط أطراف المنشأبالنسبة لوسطه في مواسم الجفاف وهذه الظاهرة تسمى تقبب التربة ( Doming of soil ) تحت المنشأ وعلى العكس من ذلك في المواسم الأمطار فان أطراف المنشأ ترتفع بالنسبةلوسطه ويحدث ما يسمى تقعر التربة ( cupping of soil ) .ويسمى هذا التمدد للتربة حولمحيط المنشأ بالتمدد الموسمي ( seasonal heave ) ويحدث تأثير مماثل على مستوىالرطوبة بالتربة نتيجة لوجود آي تسرب من مواسير المياه أو الصرف الصحي في جانب منجوانب المنشأ . ويسمى التمدد الناتج عن ذلك في التربة بالتمدد العام ( General Heave ).
الكشف عن وجود تربة انتفاخية بموقع الإنشاء:
الشك في وجود تربةانتفاخية قد يأتي بعد ملاحظة مظهر التربة وسلوكها بعد الغمر وقد يوجد هذا الشك أيضالمجرد وجود الموقع في المنطقة عرف عنها آن تربتها انتفاخية . وفى كل إقليم يعرفالمهندسون به والمتخصصون توزيع المناطق التي تحتوى على تربة انتفاخية . وآيا كانسبب وجود الشك فمن الواجب عندئذ اجداء كشف موقعي دقيق ( site investigation ) وسواءأجرى الكشف بمعرفة مهندس جيوتقنى أو جيولوجي متخصص في التربة الهندسية فهناك عدةظواهر لو وجدت في تربة ما لامكن التأكد من إنها تربة انتفاخية وهذه الظواهر كالتالي :
- عندما تكون التربة الطينية رخوة كالبودرة ( Soft Puffy )
وتبدو كالفشار وهى جافى ( popcorn appearance ) .
- عندما تلتصق التربة بالأصابع بشدة وهى مبتلة .
- عندما تظهر التربة لدونه عالية وتكون ضعيفة وهى مبتلة
- (highly plastic & weak) ولكنها تكون صلبة كالصخر وهى جافة ( rock hard ) .
قد يظهر فحصالمنشات الموجودة من قبل الغروب من الموقع وجود أضرار بها آو شروخ تدل على وجودتربة انتفاخية أسفلها.
عند التحكم مبدئيا بان التربة انتفاخية فان هناك العديدمن الاختبارات المعملية التي يتعين أجراؤها على عينات من التربة لاعطاء تقييم اكثردقة لمدى انتفاخية التربة .وتعتبر ارتفاع علامة اللدونة ( plasticity index ) هيالموشر الأول للحكم على مدى انتفاخية التربة ويضاف إلى ذلك وجود نسبة يعتد بهاللمكون الطيني بالعينة وهى الحبيبات التي يقل قطرها عن 2 مبكرون ( clay fraction ) .
يحكم على مدى انتفاخية التربة بدلالة كل من علامة اللدونة ( P.I) ونسبةالمكون الطيني بالعينة وهذان يتم تعينهما معمليا.
وقد عكست الخبرة تأثير علامةاللدونة ( P.I ) على مدى الانتفاخية كالموضح بالجدول التالي:
مدى علامة اللدونة ( P.I ) مدى انتفاخية التربة (EXPANSIVITY )
صفر - 14 % قابلية صغيرة للانتفاخ NONCRITICAL
14 - 25% انتفاخية متوسطة MARGINAL
25 - 40% انتفاخية كبيرة CRITICAL
اكبر من 40% انتفاخية كبيرة جدا HIGHLY CRITICAL
ويجب ملاحظة أنعلامة اللدونة ( P.I ) هي موشر فقط ولكن هناك عوامل أخرى تحدد مدى قابلية التربةللانتفاخ مثل البناء التركيبي للتربة ( SOIL STRUCTU E) وكذلك عمق الطبقةالانتفاخية والذي يؤدى إلى إلى الحكم على مدى الحركة على سطح الأرض .
قبلاختيار نوع الآساسات ( FOUNDATION DESIGN ) يجب الأخذ في الاعتبار أيضا التركيبالجيولوجي للموقع وكذلك تاثيرالمياة الجوفية ( GROUND WATER )وهناك العديد منالتجارب المعملية التي تتيح حساب قيمة التمدد ( HWAVE ) التي يتعرض لها موقع معين. وهذه التجارب لا غنى عنها في حالة تشييد المنشات الكبرى الهامة .
معالجة وتقليل الأضرار الناتجة عن التربة الانتفاخية:
هذه التقنيات من الممكن الاستغناء عنهافي حالة التمكن من تغيير الموقع المرشح للإنشاء (CONSTRUCTION SITE ) بموقع آخرولكن عند تعذر تغيير الموقع فأنة ينتقى من هذه التقنيات ما يناسب الموقع المرشح , وهذه التقنيات هي كالتالي :
- عزل المنشأ عن التربة الانتفاخية ISOLATION FROM EXPANSIVE SOIL
- تصميم المنشأ المرن FLEXIBILITY IN DESIGN
- معالجةالتربة لتقليل التغيرات الحجمية SOIL TREATEMNET
- الصرف والتحكم في مياهالأمطار DRAINAGE AND CONTROL OF SURFACE RUNOFF
- احتياطات تتعلق بالمزروعاتالمجاورة للمنشأ MANAGEMENT OF VEGETATION
الفقرات التالية تعرض تلك النقاطتفصيليا:
عزل المنشأ عن التربة الانتفاخية ISOLATION FROM EXPANSIVE SOIL
هنا يتم عزل المنشأ وحجبه عن تأثير الاجهادات STRESSESS
الناتجة عن تمدد وانكماش SWELLING & SHRINKING التربة المحيطة . ويتم ذلك الإحلال REPLACEMNET سواء الكلى آو الجزئي للتربة .
فإذا كان سمك الطبقة الانتفاخية صغيرا SHALLOW فيمكن عندئذ حفرها وأزالتها واستبدالها بردم غير تمددي NONEXPANSIVE FILL بينما لوكانت الطبقة الانتفاخية عميقة فيتم حفرها بعمق كاف ثم يعاد ملئها بردم غير تمددي معمراعاة السرعة في الردم لتفادى جفاف التربة العميقة.
والتربة الانتفاخية قدتسبب أيضا اجتهادات أفقية HORIZONTAL STRERSSESS وذلك إذا حصرت ما بين إنشاءاتراسية مثل حوائط لبر ومات BASEMENT آو الحوائط الساندة RETAINING WALLS .. عند بناءحائط ساند كبير ليسند تربة انتفاخية يتم حفر وإزالة التربة خلف الحوائط ثم إحلالهابتربة غير تمددية NONSWELLING مع استعمال طبقة غير منفذة للمياه WATERPROOF MEMBRANE حول الردم وذلك لتفادى تغيير المحتوى الرطوبى لتربة الردم SOIL MOISTURE .
عندما يكون الحفر والإحلال ممكنا فمن الممكن حل المنشأ على أعمدة أسطوانية PIERS تصل إلى الطبقة غير التمددية وذلك لعزل المنشأ عن تأثير الحركة غير المتساوية UNEQUAL MOVEMENT والأعمدة الأسطوانية نفسها تغطى بغلاف أسطواني من الفايبر FIBER BOARD CIRCULAR FORM وهذه الأعمدة افضل من استعمال الخوازيق PILES وذلك لتفادىالرفع والاهتزازات HEAVE AND VIBRATIONS المصاحبة لدق الخوازيق.
وسواء استعملتالأعمدة الاسطوانية أو الخوازيق فإنها يجب أن تصمم بدقة وذلك لان التصميم الخاطىلئلا قد يودي إلى شروخ وانهيارات في المنشأ.
يجب مراعاة أن القوى الرافعة UPWARD FORCES التي تبذلها التربة الانتفاخية على هذه الأعمدة والخوازيق عند حدهاالأقصى لا تتعدى أحمال هذه العمدة PICR LOAD أو الخوازيق وآلا فيجب عمل تغييراتأخرى في التصميم كان نوسع قاعدة العمود BELLIED PIER

نحتاج الكثير من هذه المعلومات وطرق معالجة التربه لاصلاح متراكمات الزمان والظروف القاسيه التي قد شهدتها تربتنا
الشكر للاستاذ علاء الرحال

كل الشكر و التقدير لك أبن العم .. على هذا المرور الطيب ..