ميكانيك التربة وخصائصها

يعرف ميكانيك التربة بأنه تطبيق قوانين الميكانيك والهيدروليك على التربة، يتميز ميكانيك التربة عن العديد من ميكانيك المواد كالبيتون والفولاذ والبلاستيك والخشب بالخصوصية حيث أن التربة عبارة عن وسط غير مستمر وكذلك فهو وسط ثلاثي الأطوار (الجزيئات الصلبة والماء والغاز)، وتلعب الأطوار غير الصلبة دوراً هاماً في سلوك الترب.

تطور علم الميكانيك في بداية القرن العشرين، وتعود المساهمة الأولى الهامة إلى كولومب عام 1776 حيث نشر بحثاً هاماً عن انهيار التربة، ثم قام رانكن بنشر نتائج أبحاثه حول حالة الإجهادات في التربة، كما قام دارسي عام 1856 بنشر أبحاثه حول نفاذية التربة، وكذلك فقد قام كارل ترزاكي مساهمة كبيرة في مجال ميكانيك التربة حيث أوضح تأثير ضغط ماء المسامات على سلوك الترب.

الخصائص المميزة للتربة

لقد تم فصل ميكانيك التربة عن الميكانيك الهندسي بسبب امتلاك التربة للعديد من الخصائص التي تميزها عن بقية المواد، ومن هذه الخصائص:

1.   ارتباط صلابة التربة بمقدار الإجهادات في التربة

تسلك العديد من المواد الهندسية كالفولاذ والبيتون سلوكاً خطياً مرناً، أي أن العلاقة بين الإجهادات والتشوهات خطية، أو على الأقل حسب مستوى معين من التشوهات، أما بالنسبة للتربة فالسلوك مختلف ففي حالة الضغط تزاد مقاومة التربة مع زيادة القوة الضاغطة، حيث تصبح التربة أكثر صلابة وذلك نتيجة لزيادة كثافتها، أما في حالة القص مقاومة التربة تنخفض مع زيادة القوى القاصة.

2.   ارتباط سلوك التربة باتجاه تطبيق القوة

التربة عبارة عن وسط متباين الخواص وهذا يعني أن التربة تسلك سلوكاً مختلفاً في حال طبقنا نفس القوة باتجاهين مختلفين، وهذا مخالف للعديد من مواد البناء كالفولاذ والبيتون، حيث لا يتعلق سلوك هذه المواد باتجاه تطبيق القوة.

3.   القص

تتميز الترب بضعفها في مقاومة القوى القاصة، يمكن أن يحدث الانهيار في وسط التربة عندما تبلغ الإجهادات القاصة مستوى معيناً. يمكن مصادفة هذه الظاهرة في المنحدرات حيث أن الميول الكبيرة للمنحدرات تزيد من الإجهادات القاصة ويمكن أن تسبب الانهيار.

وهذه المشكلة تصبح أكثر خطورة في حالة المنحدرات المكونة من الترب الناعمة كالترب الغضارية وذلك بسبب المياه التي تؤثر بشكل كبير على خواص الترب الغضارية وبالتالي على استقرار المنحدر.

4.   توسع التربة

غالباً ما تترافق تشوهات القص للتربة مع تغير حجمي، حيث يميل الرمل المتراص إلى التوسع فيزداد حجمه ويصبح أكثر تخلخلاً أما الرمل المخلخل فيميل إلى الهبوط أثناء القص، ويمكن لهذا الهبوط أن يكون خطيراً عندما تكون التربة مشبعة بالماء، حيث يؤدي هذا الهبوط إلى ارتفاع ضغط ماء المسامات وقد يقود ذلك إلى الانهيار، وقد وقعت العديد من حوادث الانهيار نتيجة لارتفاع ضغط ماء المسامات وخاصة أثناء الزلازل في المناطق القريبة من الشواطئ.

5.   الزحف

في أغلب الحالات تتعلق تشوهات التربة بالزمن حتى في حال ثبات الإجهادات المؤثرة وتدعى هذه الظاهرة بالزحف يتميز الغضار بشكل خاص بهذه الظاهرة حيث يستمر هبوط المنشآت المقامة على الغضار مدى الحياة، وقد يتسبب ذلك بتشققات هذه المنشآت عندما يكون الهبوط غير منتظم.

6.   احتواء التربة على المياه تحت السطحية

من خصائص التربة الهامة وجود الماء ضمن مساماتها، حيث يؤثر الماء بشكل كبير على سلوك الترب وعلى خواصها وهو من أكثر العوامل المسببة لانهيارات الترب وخاصة تحت السدود الترابية، حيث يمكن للماء أن يتسرب ضمن ردمية السد أو تحت السد مشكلاً أخاديد يمكن أن تؤدي إلى انهيار السد.

7.   تغير طبيعة التربة أفقياً وشاقولياً

إن تشكل التربة نتيجة للعمليات الجيولوجية القديمة يعني أن خواص التربة يمكن أن تكون متباينة في مختلف المواقع، وحتى في المواقع القريبة جداً من بعضها يمكن أن تختلف طبيعة وخواص التربة بشكل كبير بين هذه المواقع.