الحمولات الأساسية على المنشآت المائية

تؤثر على المنشآت المائية قوى خارجية وقوى داخلية، وعلى سبيل المثال في السدود البيتونية هناك قوى ناجمة عن التفاعلات الكيميائية الحرارية في الإسمنت التي تحدث تشققات صغيرة وضغط داخلي في جسم السد.

وفي السدود الترابية هناك قوى ناجمة عن تغير خواص الترب الفيزيائية والميكانيكية أما القوى الخارجية الرئيسية المؤثرة على تصميم المنشآت والتي تحدد على أساسها أبعاد المنشأة وعامل أمانها فتصنف في مجموعات تابعة لطريقة وزمن استثمارها وهي:

    1.     القوى الناجمة عن الوزن الذاتي للمنشأة (الحمولات الثابتة).

    2.     القوى الناجمة عن الضغوط المائية.

    3.     القوى الناجمة من الأمواج.

    4.     القوى الناجمة عن الزلازل.

    5.     القوى الناجمة ضغط المواد المترسبة.

    6.     القوى الناجمة من حمولات الثلج والجليد.

الحمولات الثابتة

وتضم القوى الناجمة عن كتلة المنشأة (وزنها الذاتي، وزن الآلات، وزن العناصر الثابتة، وزن الماء،..).

الحمولات المتغيرة الطويلة الأمد والقصيرة الأمد والاستثنائية:

    1.     الضغط الهيدروستاتيكي: يعتبر من أهم القوى المؤثرة على المنشأة المائية ويحسب من القوانين الهيدروليكية ويؤخذ الوزن النوعي للماء فيه.

    2.     الضغط الهيدروديناميكي: الضغط الهيدروديناميكي الناجم عن ضغط المياه المتحركة والمتسربة تحت أساسات المنشآت المائية يحسب حسب طريقة بلاي لارتفاع هبوط ماء والتي تفترض أن الميل الهيدروليكي ثابت على طول محيط المنشأة الملاصقة للتربة.

يحصل التسرب أسفل المنشأة المائية نتيجة فرق المنسوب على طرفي المنشأة مما يؤدي لتطبيق ضغوط على التربة تؤدي لزيادة الضغط المائي في المسامات فوق القيمة السكونية مسبباً نزوح المياه من التربة أو جريانه فيها.

وتحدد قابلية النفوذ التي تسمح للماء بالمرور ضمن التربة، جريان الماء ضمن التربة ويحسب الجريان نتيجة الضاغط المائي وطول الجريان.

حساب التسرب بواسطة شبكات الجريان

تعتبر شبكة التسرب عبارة عن تمثيل تخطيطي لمسار ذرات الماء ضمن الوسط المسامي ومع استمرار الجريان يوجد ضياع مستمر في الضاغط المائي، وعند رسم خطوط الجريان باتجاه أكبر ميل مائي يمكن رسم خطوط الكمون بشكل متعامد على خطوط الجريان بحيث تتشكل مربعات بأضلاع منحنية متقاطعة بزوايا قائمة. نسمي الشريحة بين خطي جريان بقناة جريان وكل مقطع بين خطي تساوي كمون بالحقل ونسمي خطوط الكمون بخطوط تساوي الضغط.

ضغط المياه المتسربة يمكن تحديدها أيضاً على قاعدة شبكة التسرب المرسوم باليد للترب المتجانسة بينما للترب ذات البنية المعقدة فترسم شبكة التسرب على قاعدة الالكتروديناميكياً وذلك لتحديد الضغط في مختلف أقسام المنشأة والقاعدة الترابية.

شبكة التسرب ترسم يدوياً للترب المتجانسة بالأخذ بعين الاعتبار القواعد التالية:

    1.     الشبكة متعامدة.

    2.     الشبكة مبنية من مستطيلات ذات أضلاع منحنية ذات نسبة ثابتة للأضلاع.

    3.     في أماكن انكسار المحيط والزاوية أقل من 180 درجة يكون للشبكة شكل مخمس.

    4.     في أماكن انكسار المحيط والزاوية أكبر من 180 درجة يكون للشبكة شكل مثلث.

    5.     أول خط كمون هو الخط السفلي للمياه العلوية.

    6.     آخر خط كمون هو المستقيم الموازي للخط السفلي للمياه السفلية.

    7.     أول خط تيار هو حدود المنشأة السفلية الملاصقة للتربة.

    8.     في السدود الترابية أول خط تيار هو منحني التسرب في جسم السد وفي منشآت أخرى هو السطح الحر للماء.

    9.     آخر خط تيار هو الحد الفاصل بين الطبقة النفوذة والطبقة الكتيمة.

إذا كانت سماكة الطبقة النفوذة كبيرة فإن آخر خط تيار يؤخذ نصف دائرة قطرها يعادل 2.5 طول القسم الكتيم للمنشأة الملاصق للتربة على المحور الأفقي. مركز الدائرة يؤخذ في نقطة الوسط للقاعدة البيتونية أو بشكل متناظر بالنسبة للقسم الكتيم من المنشأة.

من شبكة التسرب نحدد الضغط الهيدروديناميكي المؤثر على المنشأة، أما ضغط التسرب العمودي فنسميه ضغط الدفع كلما كان ضغط الدفع قليلاً كلما كانت المنشأة أكثر استقراراً ويتم تخفيضه باستخدام الصرف أو عبر إطالة طريق التسرب.