فهرس |
مقدمة
علم ميكانيكا التربة هو فرع من العلوم الهندسية و هو مختص بدراسة التربة و طريقة تصرفها عند تعرضها للأحمال و الإجهادات .
و هو العلم المتعلق بميكانيكا الأجسام الطبيعية المشتتة (المؤلفة من أجزاء دقيقة أو ناعمة) و يعتبر فرعا من فروع علم ميكانيكا الأرض العام الذى تدخل ضمنه العلوم الخاصة التالية : ديناميكا الأرض في المجالين العالمى و المناطقى ، ميكانيكا الصخور الصلدة أو المصمتة ، ميكانيكا الصخور الرخوة أو الهشة (التربة الطبيعية) و ميكانيكا الكتل العضوية و العضوية المعدنية (الطمى ، الفحم و غير ذلك).
و يعتبر 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) و كذلك على اساس قوانين الأجسام القابلة للتشوه أيضا ، أى القابلة للإنضغاط و تغير الشكل (قوانين اللدونة ، المرونة ، الزحف) ، التى ستكون بالنسبة لتكوين و صياغة علم ميكانيكا التربة - كعلم مستقل - بمثابة قوانين ضرورية فقط و لكنها ليست من الشروط الكافية بحد ذاتها . و إذا اضفنا إلى علاقات (معادلات) الميكانيكا النظرية و الميكانيكا الإنشائية للأجسام المصمتة القابلة للتشوه ، إذا اضفنا لهم القوانين التى تشرح الخواص المتعلقة بتفتت التربة (الإنضغاطية ، النفاذية ، مقاومة القص التماسية ، التشوه التركيبى الطورى) عندئذ ببحثنا للتربة باعتبارها اجساما طبيعية مشتتة وثيقة الإتصال بظروف تكوينها و تامة التفاعل مع البيئة الطبيعية الجيولوجية المحيطة بها ، يمكن في هذه الحالة صياغة او تكوين ميكانيكا التربة كعلم من العلوم .
نشوء و تاريخ علم ميكانيكا التربة
قام المهندس الفرنسى كولون عام 1773 بأول بحث اساسى في مجال ميكانيكا التربة و هو المتعلق بنظرية الأجسام أو المواد السائبة الذى كان يعتبر على مدى سنوات طويلة بمثابة النظرية الهندسية الوحيدة في هذا المجال التى استخدمت او طبقت بنجاح عند حساب ضغط التربة على الجدران الساندة أو المحتجزة .
و في عام 1885 نشر في فرنسا أيضا بحث العالم بوسينسك حول " توزيع الأجهادات الناجمة عن تأثير القوة المركزة في التربة المرنة " الذى اصبح فيما بعد اساسا لتحديد الأجهادات في التربة عند تعرضها لمختلف أنواع الأحمال . و في 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 هى عبارة عن نظرية قواعد التربة الطبيعية ، و إن دور ميكانيكا التربة كعلم هندسى هو دور عظيم ، و لا يمكن مفارنته إلا بعلم " مقاومة المواد " Strengh of Materials ، و بدون معرفة مبادىء ميكانيكا التربة ، لا يمكن تصميم المنشأت الصناعية الحديثة ، العمارات السكنية (لا سيما المتعددة الطوابق) ، إنشاءات إصلاح الأرض و إنشاءات الطرق ، الإنشاءات الترابية ، إنشاءات الهندسة الهيدروليكية (مثل السدود الترابية ، سدود المياه مبانى المحطات الهيدروليكية لتوليد الطاقة و غيرها ) ، كل هذا لا يمكن إنشاءه بصورة سليمة بدون معرفة مبادىء ميكانيكا التربة .
إن استخدام ميكانيكا التربة يساعم على الإستفادة أكثر ما يمكن من السعة الحملية للتربة ، الحساب الدقيق لتشوهات قواعد التربة أو القواعد الترابية تحت تأثير الأحمال الناجمة عن الإنشاءات الأمر الذى يعتمد ليس على وضع الحلول الأكثر سلامة فحسب ، بل و على الحلول الأكثر اقتصادية أيضا. و في المستقبل ستزداد أهمية علم ميكانيكا التربة في الأعمال الهندسية و ذلك بمساعدته في الحصول على أوسع و أحسن استفادة من المنجزات العلمية لهذا العلم في التطبيقات الإنشائية الهندسية .
الخواص الأساسية للتربة
مقال تفصيلي : انضغاطية التربة.- انضغاطية التربة : تتلخص هذه الخاصية في قابلية التربة (إلى درجة كبيرة احيانا) لتغيير بنيتها تحت تأثير المؤثرات الخارجية إلى بنية أكثر دموجا أو تراصا على حساب تقليل مسامية التربة .
و يرتبط بهذه الخاصية قانون مهم هو قانون الدموج أو التراص
- انفاذية التربة للماء : الخاصية الثانية للتربة هى خاصية إنفاذية الماء ، أى قابلية ترشيح الماء و الترشيح في التربة يعتمد على درجة الدموج أو التراص للتربة ، و في الأطيان شديدة اللدونة و شبه الصلبة يعتمد الترشيح على وجود التدرج الإبتدائى للضغط ، الذى تبدأ حركة الماء عند التغلب عليه فقط .
و يرتبط 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 ، و تنشأ إنزلاقات (زحزحات) لبعض الدقائق و يمكن هنا أن يختل إتصال التربة في احدى المناطق أى 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 الإحتكاك الناشىء في نقاط تلامس أو اتصال الدقائق ، اما في التربة المتماسكة المثالية مثل الأطيان اللزجة ستقوم بقاومة زحزحة الدقائق فيها الأربطة البنيوية الداخلية و لزوجة ألغلفة الغروانية المائية للدقائق فقط و ليس في الإحتكاك الناشىء في نقاط تلامس أو اتصال الدقائق .