مشاكل التربة الانتفاخية

المهندس/حماده

مشاكل التربة الانتفاخية تحت الأساسات







تعريف التربة الانتفاخية ( Expansive Soils ):
إذا تعرض حجم التربة أو الصخور الرخوة (Soft Rocks ) للانكماش أو التمدد عند حدوث تغير في مستوى الرطوبة بها ( Moisture ) فإنها تسمى انتفاخية . والتربة التي تحدث بها هذه الظاهرة تكون عادة تربة طينية (Clays ) إلا انه هناك بعض أنواع التربة الصفائحية ( Shales ) تتعرض للانكماش والتمدد أيضا.
وترجع هذه الظاهرة إلى تفتت سيلكات الألومنيوم ذات الأصول المعدنية البركانية ( Aluminum Silicate Minerals ) لتكون تربة طينية انتفاخية من مجموعة الاسمكتايت ( Smectite Group ) واشهر أنواع التربة التي تتدرج تحت هذه المجموعة هي تربة المنت موريللونايت ( Montmorillonite ) حيث تتمدد الأنواع الصافية ( Pure ) من هذه التربة ليتضاعف حجمها خمس عشرة مرة قدر حجمها وهى جافة . ولكن هذه التربة في الطبيعة عادة تكون مختلطة بأنواع أخرى من الطين لها صفات اقل انتفاخية ولذلك يندر أن توجد في الطبيعة تربة يتمدد حجمها ولأكثر من مرة ونصف قدر حجمها وهى جافة و في هذا خطورة طبعا على طبعا على المنشأ المقام على تربة كهذه .



متى يصبح وجود التربة الانتفاخية مشكلة؟
إذا توافرت العوامل الثلاثة فسوف يؤدى وجود التربة الانتفاخية إلى مشاكل يتعين علينا دراستها :-
أن تحتوى التربة على مكونات معدنية ( Mineral components ) ذات الخواص الانتفاخية العالية .
أن تتعرض هذه التربة لتغيرات كبيرة في محتوى الرطوبة.
طبقة التربة المحتوية على مواد انتفاخية يجب أن تكون بسمك كاف لكي تحدث حركة تكفى لأحداث الضرر على سطح الطبقة .وعموما لو زادت نسبة التمدد الحجم لتربة الآساسات عن (3 % ) فإنها تودي إلى إحداث أضرار بنسبة متفاوتة للمنشات ما لم تكن اساساتها مصممة بطريقة خاصة لمواجهة ذلك( Specially designed Foundations )

مشكلة التربة الانتفاخية:
طبقا لبعض الإحصاءات فان الأضرار التي تلحق بالمنشات المقامة على التربة الانتفاخية تفوق الأضرار التي تلحق بالمنشات بسبب الفيضانات والأعاصير والزلازل مجتمعة . وتشمل هذه المنشات المباني وأيضا الطرق ( Roads ) والكباري ( Bridges ) وخطوط الأنابيب ( Pipelines ) وأيضا كل المنشات غير المرنة ( 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 المتساوي لمحتوى الرطوبة ( Moisture ******* ) في التربة الحاملة للأساسيات .فنجد أن المباني الصغيرة , الكباري والطرق توثر بأحمال صغيرة على التربة الانتفاخية وذلك مقارنة بضغوط الانتفاخ ( Swelling Pressure ) بها وآلتي تتعدى ( 10000 رطل/قدم2 آو ( 479000 باسكال ) .



أنواع الأضرار التي تسببها التربة الانتفاخية:
الحركة المتفاوتة ( Differential movement ) تحت المنشأ الواحد من مكان إلى آخر .
تغير منسوب 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 التغيرات الموسمية في محتوى الرطوبة بسبب الأمطار سوف تتوقف عن الحدوث تحت وسط المنشأ ولكنها سوف تستمر في الحدوث حول أطراف ومحيط المنشأ.وهذا يؤدى إلى هبوط أطراف المنشأ بالنسبة 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 بالنسبة لوسطه ويحدث ما يسمى تقعر التربة ( cupping of soil ) .ويسمى هذا التمدد للتربة حول محيط المنشأ بالتمدد الموسمي ( seasonal heave ) ويحدث تأثير مماثل على مستوى الرطوبة بالتربة نتيجة لوجود آي تسرب من مواسير المياه أو الصرف الصحي في جانب من جوانب المنشأ . ويسمى التمدد الناتج عن ذلك في التربة بالتمدد العام ( General Heave ).

الكشف عن وجود تربة انتفاخية بموقع الإنشاء:
الشك في وجود تربة انتفاخية قد يأتي بعد ملاحظة مظهر التربة وسلوكها بعد الغمر وقد يوجد هذا الشك أيضا لمجرد وجود الموقع في المنطقة عرف عنها آن تربتها انتفاخية . وفى كل إقليم يعرف المهندسون به والمتخصصون توزيع المناطق التي تحتوى على تربة انتفاخية . وآيا كان سبب وجود الشك فمن الواجب عندئذ اجداء كشف موقعي دقيق ( site investigation ) وسواء أجرى الكشف بمعرفة مهندس جيوتقنى أو جيولوجي متخصص في التربة الهندسية فهناك عدة ظواهر 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 فحص المنشات الموجودة من قبل الغروب من الموقع وجود أضرار بها آو شروخ تدل على وجود تربة انتفاخية أسفلها.
عند التحكم مبدئيا بان التربة انتفاخية فان هناك العديد من الاختبارات المعملية التي يتعين أجراؤها على عينات من التربة لاعطاء تقييم اكثر دقة لمدى انتفاخية التربة .وتعتبر ارتفاع علامة اللدونة ( plasticity index ) هي الموشر الأول للحكم على مدى انتفاخية التربة ويضاف إلى ذلك وجود نسبة يعتد بها للمكون الطيني بالعينة وهى الحبيبات التي يقل قطرها عن 2 مبكرون ( clay fraction ) .
يحكم على مدى انتفاخية التربة بدلالة كل من علامة اللدونة ( P.I) ونسبة المكون الطيني بالعينة وهذان يتم تعينهما معمليا.
وقد عكست الخبرة تأثير علامة اللدونة ( 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 أن علامة اللدونة ( P.I ) هي موشر فقط ولكن هناك عوامل أخرى تحدد مدى قابلية التربة للانتفاخ مثل البناء التركيبي للتربة ( SOIL STRUCTU E) وكذلك عمق الطبقة الانتفاخية والذي يؤدى إلى إلى الحكم على مدى الحركة على سطح الأرض .
قبل اختيار نوع الآساسات ( FOUNDATION DESIGN ) يجب الأخذ في الاعتبار أيضا التركيب الجيولوجي للموقع وكذلك تاثيرالمياة الجوفية ( GROUND WATER )وهناك العديد من التجارب 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 عنها في حالة التمكن من تغيير الموقع المرشح للإنشاء (CONSTRUCTION SITE ) بموقع آخر ولكن 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
- معالجة التربة لتقليل التغيرات الحجمية SOIL TREATEMNET
- الصرف والتحكم في مياه الأمطار DRAINAGE AND CONTROL OF SURFACE RUNOFF
- احتياطات تتعلق بالمزروعات المجاورة للمنشأ MANAGEMENT OF VEGETATION

الفقرات التالية تعرض تلك النقاط تفصيليا:
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 لو كانت الطبقة الانتفاخية عميقة فيتم حفرها بعمق كاف ثم يعاد ملئها بردم غير تمددي مع مراعاة السرعة في الردم لتفادى جفاف التربة العميقة.
والتربة الانتفاخية قد تسبب أيضا اجتهادات أفقية HORIZONTAL STRERSSESS وذلك إذا حصرت ما بين إنشاءات راسية مثل حوائط لبر ومات BASEMENT آو الحوائط الساندة RETAINING WALLS .. عند بناء حائط ساند كبير ليسند تربة انتفاخية يتم حفر وإزالة التربة خلف الحوائط ثم إحلالها بتربة 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 لتفادى الرفع والاهتزازات HEAVE AND VIBRATIONS المصاحبة لدق الخوازيق.
وسواء استعملت الأعمدة الاسطوانية أو الخوازيق فإنها يجب أن تصمم بدقة وذلك لان التصميم الخاطى لئلا قد يودي إلى شروخ وانهيارات في المنشأ.
يجب مراعاة أن القوى الرافعة UPWARD FORCES التي تبذلها التربة الانتفاخية على هذه الأعمدة والخوازيق عند حدها الأقصى لا تتعدى أحمال هذه العمدة PICR LOAD أو الخوازيق وآلا فيجب عمل تغييرات أخرى في التصميم كان نوسع قاعدة العمود BELLIED PIER

eng_bido

محمد أبوزهرة

Dr.ahmedhussien

انا عملت رسالة ماجستير كان عنوانها باللغة العربية هو : (السلوك الانشائى للخوازيق المدفونة جزئيا فى تربة قابلة للانتفاخ) ... وهذه التربة لها مشاكل كثيرة فى التأسيس بها أو عليها حيث تبين من هذه الدراسة أن الخازوق المدفون يرتفع بحوالى نسبة 10فى المائة من انتفاخ التربة ... وكان من هدف هذه الدراسة ايجاد الحلول العملية لمنع هذا الارتفاع ... وتتوافر هذه التربة بشكل كبير فى منطقة غرب الموهوب وابو طرطور فى الوادى الجديد بمصر وهناك نجد كثيرا من مشاكل هذه التربة حتى على الابنية ذات الدور الواحد ... لذلك يلزم احتياطات هندسية هامة وضرورية عند التأسيس على هذه التربة ... وانا مع الأخ الفاضل فيما طرحه بالنسبة لنوعية هذه التربة القابلة للانتفاخ .

المهندسه

بسم الله الرحمن الرحيم
مشكور على هالمعلومات

vkrimo

مشكور اخي على هاد المعلومات القيمة
واذا سمحتم احط بعض الاضافات
مثل ما اتكرمت اخي في الاغلب هاد التربة طينية argil gonflante و في الحل الي اتفضلت بيه والي هو الحفر واعادة الردم بتربة مختلفة وايضا مراعات نوعية الاساس
حيث
يجب ان يستعمل اساسات مستمرة
عمق الحفر يكون على حساب ضغط هذه التربة
الخوازيق تمثل حلا لكن ليست الحل الامثل كما انها مكلفة في بعض المناطق
المزروعات يجب ان لايقل بعدها عن المبنى باقل من 4 الى 5 امتار
بالاضافة الى العوازل التي ذكرتها في موضوعك
تسلم على هالموضوع الرائع

Dr.ahmedhussien

الاخ العزيز ... أشتملت دراستى لنوعية هذه التربة (التربة القابلة للانتفاخ) على تعيين الخواص الهندسية والميكانيكية لها ... وكان هدف تلك الدراسة هو ايجاد حلول هندسية عملية لمنع ارتفاع الخوازيق المدفونة بتلك التربة وذلك عن طريق منع أو محاولة تقليل قوى الالتصاق مابين حبيبات هذه التربة والسطح الخارجى للخازوق الملاصق لها وذلك عن طريق دهان سطح هذه الخوازيق بمواد ملساء (مثل البيتومين) أو احلال تربة حول الخازوق (مثل الرمال) بدلا من تلك التربة القابلة للانتفاخ ... وقد نجحت بالفعل تلك التجارب فى تقليل والحد من تأثير انتفاخ تلك التربة على الخوازيق المدفونة بها .... ونوعية هذه التربة يتأثر أنتفاخها بشكل كبير على مستوى المحتوى المائى بها فهى فهناك علاقة طردية بين المحتوى المائى لهذه التربة وبين انتفاخها بمعنى ان هذه التربة تزيد نسبة انتفاخها بزيادة ما تحتويه من ماء عند مستوى معين ... والاساسات عليها أو بها يختلف نوع الاساس على حسب نوع المبنى واهميته وارتفاعه وعلى سمك طبقة التربة القابلة للانتفاخ وعاى درجة قابليتها للانتفاخ ... ففى بعض الحالات ينفع مع هذه التربة رفعها واحلال طبقات تربة أخرى ذات خواص جيدة وفى احيان أخرى يلزم التأسيس بها على شبكة من الخوازيق المدفونة ... وينصح للتأسيس على هذه التربة الابتعاد عن مصادر المياة والاماكن القابلة للغمر بالماء ثم جفافها ثم غمرها وهكذا نظرا للعلاقة الطردية بين انتفاخ هذه التربة ومحتواها المائى .. مشكورين الأخوة الاعزاء

vkrimo

عصام زايد

مشكور على المعلومات القيمة

محمد 77

مشكووووووووووور
و تسلم الأيادي
ألف ألف شكر
مشكوووووووورين من صميم القلب