أساس (هندسة)

أسس سطحية

الأساسات (Foundation)هي الجزء السفلي للبناية الهندسية و دورها هو رفع حمولات البناء و ضمان تثبيتها علي الأرض ، تكون الأساسات عادة داخلة في الأرض علي عمق مناسب للبناء و يتم اختيار الأساس وفقا لنوع البناية و اسلوب التصميم و قدرة تحمل التربة لدالك يجب أن يتوفر في تربة البناء أربعة شروط:

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المتانة

حتي لا يحدث الانحطاط بتأثير حمولات المنشأة المنقولة إليها بالأساسات .


التوازن

حتي لا يحدث فيها انزلاقات نتيجة انزياح الكتل الترابية فيها أو انهيارها عندما لا يكون مستقرا.

الثبوتية

حتي لا يكون هناك انحراف أوفجوات داخلية بتأثير حث الماء فيها.

الاستمرارية

حتي لا يحدث فيها تغيرات و تشوهات كبيرة في حجمها.

يتطلب ضمان هده الشروط معالجة خاصة للتربة و تثبيتها و عزلها عن الرطبة كما يتطلب أحيانا اختيار نوع خاص للأساسات ولهدا فان هده العملية ضرورية، لا غنى عنها قبل تحديد نوع الأساس و تصميمات البناء و المنشآت الضخمة البنايات العادية فأساساتها تصمم مسبقا وكل هذا يشترط معرفة مواصفات التربة و البحث عن العمق الذي يوفر ذلك ،و كل هدا يجعل الأساسات مرتبطة بميكانيكة التربة التي تدرس خواص التربة.

دراسة تربة الإنشاء

تدرس التربة للكشف عن طبيعتها و ترسب طبقاتها و سمكها و ليتم وفق الدراسة لتحديد التربة التي توفر الشروط الأربعة السابقة للتذكير (المثانة، التوازن، الثبات ، اللاستقرار) و لمعرفة طبيعة التربة ليس هناك طريقة واحدة ولاكن أكثر الطرق الملائمة هي في موقع المنشأت تأخد منها عينات تجرى عليها تحاليل في المخبر و من ثم تصنف و تحفظ و توضع النتائج في تقرير دراسة التربة ، ينفد السبر بطريقة مختلفة منها : السبر بالمثقاب اليدوي،السبر بالحفارة المائية، السبر بالدق و السبر بالحفر الدوراني بالنسبة للتربة القاسية و عندا توفر معطيات التربة ثم التحقق من الخواص بالكشف عن التربة بواسطة مثقاب و معازل مخروطية .

عادة يكون طول السبر يساوي 3 اضعاف أكبر بعد في الأساس (النعل) و بما لا يقل عن 3امتار عن الأساسات العادية ،أما الأوتادفيجب النزول بعمق اللازم، يوضع السبر عادة ب15 متر بين كل سبر واخر، و ب30 متر بين السدود الترابية و الأنفاق و يختلف هدا بتجانس وعدم تجانس التربة ، ففي عدم تجانس التربة التي تكون اما ناعمة أو خشنة وأهم الخصائص : مقاومة التربة للضغط؛ تماسك التربة ؛زاوية الاحتكاك ،و تم حساب مقاومة التربة بتقسيم الحمولة على السطح. اما في المنشات الكبيرة نحدد خصائص أخرى مثل معامل النفادية و الضغط الحبي و مميزات الاجهاد التشوه و تاثيراته في استقرارالتربة و توازنها و ثبوتها.

أنواع الأساسات

رسم تفصيلي لنوع من أنواع الحصيرة

يمكن تصنيف الأساسات حسب العمق:

  • أساسات سطحية لا يزيد عمقها عن 10 متر .
  • أساسات عميقة (غير سطحية) تزيد عن 10 متر.

تصنيف حسب الشكل:

الأساسات المنفردة.jpg
  • أساس منفرد (منعزل) و هي في معظم الأحيان تكون أساسات سطحية مصنوعة من الحجر اوالخرسانة و هي أساس يحمل عمود واحد فقط.
  • الأساس المشترك يحمل عمودين أوأكثر.
  • الأساس المستمر يحمل جدار.
  • الأساسات المنفردة تصب الخرسانة المسلحة في الموقع نفسه و يكون مسبق الصنع و يتم ترسيبها فيما بعد، وفي معظم الأحيان تصب خرسانة النظافة بسمك 4-5 سنتبمتر قبل وضع الأساس و يقدر الأسمنت في الخرسانة حوالي 150 كيلوغرام في المتر المعكب الواحد، أما الخرسانة العادية تقدر ب 250 كيلوغرام في المتر المعكب الواحد علي الأقل للأساسات المنفردة بخرسانة غير مسلحة.
    • 350 كيلوغرام في المتر المعكب الواحد بالنسبة ة المسلحة.
    • 300 كيلوغرام في المتر المعكب الواحد للأساسات المنفردة بالخرسانة المدفونة تحت الماء.
حصيرة من الخرسانة المساحة.jpg
  • الحصيرة هي من الأساسات السطحية تحمل في غالب الأحيان الأعمدة و الجدران، تكون بالخرسانة المسلحة و اللجوء الي استعمالها يعتبر حلا اقتصاديا بالدرجة الأولى من النزول إلى اعماق كبيرة و هدا عندما تكون مقاومة التربة ضعيفة و فيها يتم توزيع الحمولات توزيعا منتظما و هدا لتحديد الأنحطاطات الموضعية المؤدية إلى تشقق الجدران و تصب خرسانة النظفة فيها ب 5 سنتيمتر على الأقل من الخرسانة العادية 150 كيلوغرام في المتر المعكب الواحد.
  • الأوتاد عبارة عن أساسات عميقة يتم الوصول اليها بارتفاع التربة الصالحة للتأسيس عليها ، و يكون اما من الخشب أو المعدن أو الخرسانة. تصنع الأوتاد الخشبية و تق بواسطة الات خاصة بعد وضع اطرافها بمخروط معدني يمنع التأكل عند الدق.
الأوتاد المعدنية.jpg

و تكون الأوتادالمعدنية فولاذية علي شكل أساس شكله يمكن دقها و وضع حفر الأبار وتصب الخرسانة من حولها.

كما ان الأوتاد الخرسانية تحفر بالات خاصة ، حيث يوضع احينا قمصان معدنية حول الأوتاد عندما تكون التربة رطبة أي مشبعة بالماء ، أيضا انزال هيكل التسليح المعدني و تصب خرسانة الوتر و يسحب القميص للحماية .

مراحل تنفيذ الوتد المصبوب في المكان.jpg

تزود كل من الأوتاد الخرسانية و المسبقة الصنع بقلانس مسلحة فوق الرؤس التي تتعرض للدق و هدا بالات خاصة تحمل الأجهدات الخاصة و الناجمة عن ثقلهاو حملها و حمولات المنشاة و اقامة البناء.

ترتكز الرؤوس الحادة السفلية علي التربة الصالحة لتأسيس البناية و تحمل في غالب الأحيان عدة اوتاد متقاربة في حزمة علي شكل قبعة و ترتكز قاعدة المنشاة علي مجموعة حزم، تكون الأوتاد شاقولية و قليلا ما تكون مائلة.

مبنى يرتكز على مجموعات حزم من الأوتاد.jpg
  • الركائز هي من الأساسات العميقة تتكون من كثل الخرسانة تقوم بنقل ثقل المنشات إلى التربة .
أنشاء ركيزة في حفرة محمية.jpg


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الأساسات الخاصة

هي أساسات تقام في المنشاة الضخمة مثل : ناطحات السحاب ، المداخن العالية و ليس لهذه الأساسات نوع خاص تحتاج في غالب الأحيان إلى تدعيم من قبل التربة، تثبتها يكون بالميلاط الاسمنتي أو الحصى كما تحتاج إلى دراسة معمقة للتربة و هدا جيولوجيا و هدرولوجيا.

هدا النوع من الأساسات يكزن في غالب الأحيان خليط من الأوتاد، الحصائر ، الركائز ، للأساسات.

تقنية تنفيد الأساسات

تتضمن اعمال تحضيرية تتمثل في حفر الأبار و تدعيمها عندا اللزوم تتمثل في غالب الأحيان في ضخ الماءو عزل الأساس ونكتفي في بعض الأحيان بازالة التربة للوصول إلى العمق المناسب ، وليكن عندما يكون منسوب التاسيس ظاهرا تحفر ابار مكشوفة دون أي تدعيم أو ابار مدعمة بالتصفح.

بعض مقاطع الصفائح لتدعيم جوانب الحفريات العميقة.jpg

وليكن عندما تكون الأبار عميقة والتربة هشة و أيضا منسوب التأسيس تحت منسوب المياه فيمكن تدعيم جوانب الحفر بصفائح معدنية تثتب في الطبقات الكتيمة . ان الأساسات العميقة الاوتاد و الركائز تصب وتدق في كل من التربة الجافة و التربة المبللة التي من غير الممكن اجراء حفر من حولها و كدالك التربة العادية. اما عندما تكون التربة حصوية هنا يتم اللجوء الي مثاقب الية أو مثاقب دورانية و في بعض الأحيان تستعمل المتفجرات و الات خاصة لحفر الاوتاد و الركائز.

اشكال التاسيس

هناك علاقة بين منسوب التاسيس و الطبقة الصالحة التي هي الطبقة التي تحقق الشروط الاربعة وهي المتانة ، الاستقرار، الثبات ، التوازن، وهذه العلاقة تحدد شكل التاسيس التي تنقسم الي ثلاثة اقسام:

التأسيس المباشر على تربة صالحة

حفرة تأسيس لأساس منفرد فوق منسوب المياه الجوفية.jpg

هناك حالتان رئيستان لهذا الشكل:

الأولى أن يكون منسوب التأسيس أعلى من منسوب المياه الجوفية: وفي هذه الحال يتم تنفيذ الحفر حتى الوصول إلى التربة الصالحة وبعدها يصب الأساس الخرساني أو يبنى الأساس الحجري وترفع عناصره (أعمدة أو جدران) حتى منسوب الأرض الطبيعية التي يتم انطلاقاً منها تنفيذ أرضية المنشأة أو البناء ومن ثم رفعه. وفي العادة، عندما لايتجاوز عمق الحفرة خمسة أمتار تنفذ الحفرة مكشوفة بلا تدعيم جانبي. وإذا كان عمق الحفر من خمسة أمتار إلى عشرة تجعل جوانب الحفرة المكشوفة على شكل مصاطب كل مترين أو ثلاثة أمتار تجنباً لانهيارها .

أما عندما يزيد عمق الحفر على عشرة أمتار فيمكن اللجوء إلى تصفيح جوانب الحفرة أو تدعيمها بدعامات جانبية خاصة.

والثانية أن يكون منسوب التأسيس أخفض من منسوب المياه الجوفية، وفي هذه الحال يتم اللجوء إلى إنضاب المياه الجوفية كي تنفذ أعمال التأسيس على تربة جافة ثم يعزل الأساس عند اللزوم عن هذه المياه، ويجري تجفيف التربة وإنضاب المياه الجوفية المتسربة إلى حفرة التأسيس، عندما تكون التربة شديدة النفوذية، بنصب عدد كاف من المضخات نصباً شاقولياً فتقوم بضخ المياه إلى قنوات صرف خاصة طوال مدة تنفيذ الأساسات وعزلها. أما عندما يكون معامل نفوذية التربة ضعيفاً فيتم اللجوء إلى تجفيف التربة بوساطة الآبار الراشحة عن طريق حفر آبار في جوانب حفرة التأسيس تردم بالرمل الخشن لتكوِّن مرشحاً حول قسطل المضخة المثقب وتردم نهاية حفرة الضخ أو حفرة البئر بطبقة كتيمة من الغضار أو الإسمنت أو تحقن بمحاليل قابلة للتجمد، وتؤلف هذه الطبقة الكتيمة حاجزاً مانعاً (الشكل 9)، ومن ثم يتم تخفيض منسوب المياه الجوفية حول كامل الموقع بالضخ من هذه الآبار الراشحة.

تخفيض منسوب المياه الجوفية لحفرة تأسيس بالضخ من بئر راشحة.jpg

وفي بعض الحالات الخاصة يكون من الصعب جداً تجفيف التربة وإنضاب المياه الجوفية فيتم اللجوء إلى تنفيذ الأساسات على منسوب التأسيس المغمور بالمياه بوساطة أقماع خاصة تقوم بصب الخرسانة على منسوب التأسيس المحفور والمغمور بالمياه إذ يصب الأساس كاملاً بعد إنزال حديد التسليح في موقعه بإنزال الخرسانة إنزالاً متصلاً من فتحة القمع التي تظل دائماً مملوءة بالخرسانة تجنباً لصعود المياه داخل أنبوب القمع وحدوث انفصال بالماء في بنية الخرسانة.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التأسيس الغير المباشر على التربة الصالحة

في هده الحالة الأساسات تكون عميقة جدا و غالبا ما تكون في المنشأة البحرية مثل:كاسرات الأمواج ، الأرصفة الشاطئية و تكون الركيزة فوق تربة سطحية من غير حفر ثم النبش حولها وتحتها ورفع الأتربة من تحتها حتى تأخذ بالانغراز تدريجياً في التربة وتستقر على تربة التأسيس الصالحة.

ويتم الوصول إليها بتنفيذ الأوتاد أو الركائز التي تغرز حتى الوصول إليها والدخول فيها. ويتم التحقق من الوصول إلى هذا المنسوب عندما يمتنع الوتد المضروب عن الانغراز بتأثير عدد معين من الضربات.


التأسيس على تربة غير صالحة

هناك اشكال خاصة في الاوتاد و الركائز و التي تكون احيانا مسننة الجوانب و هي ذات اشكال كبيرة تقاوم الحمولات. تكون أحياناً مسننة الجوانب أو ذات أشكال خاصة كبيرة المقطع تعمل على مقاومة حمولات المنشأة باحتكاك سطوحها جانبياً بالتربة، أو يتم استخدام أشكال معقدة من أساسات تجمع بين الحصيرة والأوتاد والركيزة. وفي بعض الحالات الخاصة للمنشآت المهمة يتم تبديل التربة تبديلاً كاملاً أو تحسينها بحقنها وتثبيتها بمواد ملاطية أو «بيتومينية» (إسفلتية).

حماية الأساسات

ان المياه الجوفية هي من أكبر مشاكل الأساسات و هذا عندما تحتوي على مواد كميائية تؤثر علي فولاذ الخرسانة مع جريانها بانجراف التربة من تحت الأساس ، و لذا نستعمل خرسانة خاصة لمقاومة التاثيرات.

الحل يمكن حماية الأساس بصفائح معدنية أو ترصيف الصخور حول كثلة التاسيس و تقام شبكة تصريف المياه في حالة الأساسات العميقة و كذا توضع مواد عازلة امنع التسرب .

المنشات ذات الأساسات العميقة ، المنشات على المنحدرات التي يمكن مع مرور الوقت بتعرية الأساس بسبب جريان الماء و حدوث فجوات يقام جدار جدار الاستناد من الخرسانة المسلحة.

المناطق الشديدة البرودة يؤدي فيها إلى تجمد الماء في التربة الرطبة التي تميعها عند ارتفاع في درجة الحرارة إلى حدوث تغيرات كبيرة في استقرار التربة و يمكن حماية الأساس بواسطة وضع الميلاط الأسمنتي في معظم الأحيان .

تدعيم الأساسات

الأساسات تكون في حاجة إلى تدعيم عند القيام باعمال حفر عميقة و في غالب الأحيان يتم تبديل الأساسات بناء قائم أو تقويتها و هذه العملية في غاية التعقيد تحتاج إلى دقة و خبرة كبيرة و غالية التمن.

تحمل المنشات علي الأساسات مؤقتة جانبية و يتم تنفيد الأساسات و ربطها بهياكل المنشئات لكن القليل ما يتم اللجوء الي هذا الحل.

Footing types

Shallow footings

Deep footings

Monopile footings

Base-isolating footings

Base isolator being tested at the UCSD Caltrans-SRMD facility

Design

Inadequate foundations in muddy soils below sea level caused these houses in the Netherlands to subside.

وصلات خارجية

المصادر

  • [1]
  • عمر العرفي. "أساس (هندسة)". الموسوعة العربية.