المكتب الهندسي : هبوط التربه

هبوط التربة
غالبا ما تكون التربة الانهيارية من أكتر الأنواع التى قد تواجه احتمال حدوث هبوط فيها والتربة الإنهيارية هي التربة التي تنهار تحت تأثير الإجهادات المنقولة من المنشآت أو تحت تأثير الإجهادات الذاتية نتيجة لوزن التربة نفسها وتهبط بشكل فجائي عندما تزيد نسبة رطوبتها . وللأسف الشديد تكون هذه التربة كاذبة حيث تكون ذات سلوك هندسي جيد يتمثل في قوة تحمل عاليه للإجهادات وتغير حجمي قليل عند التحميل تحت الظروف الجافة ، إلا أنها تفقد كثيراً من قوه تحملها وينقص حجمها فجأة عند تشبعها بالماء ، وتنتشر هذه التربة على مساحات شاسعة في العالم.  أسباب الهبوط فى طبقات التربة
توجد أسباب رئيسية للهبوط فى طبقات التربة ولا يختلف عليها أى بحث إنشائى :
1- الزلازل والتأثير الناتج من حدوث الزلازل على طبقات التربة والتصدع الناتج منه لطبقات التربة
2- تكون ظاهرة التكهف فى طبقات التربة .
3- تأثير المياه الجوفية والهبوط الناتج من انخفاض مستوى المياه الجوفية.
4- تأثير تساقط الأمطار النادرة على طبقات التربة و تأثير الينابيع.
5- تأثير الأحمال الساكنة على الأرض كالمنشئات والمباني والأعمال الإنسانية.
6- تأثير الأحمال المتحركة على طبقات التربة كحركة الإنسان والعربات والمركبات.
7- الهبوط فى بعض أنواع التربة وذلك بسبب خواصها الميكانيكية والطبيعية .
8- التراكيب الجيولوجية (الصدوع والفواصل والشقوق )
9- الميل أو الانحدار فى طبقات التربة
10- تأثير الجاذبية الأرضية
11- تأثير درجة الحرارة.
أولا: حركة المياه الجوفية وأثره فى هبوط وانخفاض سطح الأرض
تعتبر حركة سطح الأرض أفقيا أو رأسيا إحدى التأثيرات البيئية الناتجة عن ضخ واستغلال الماء الجوفـي ،وتعرف الحركـــة الرأسيــــــــة للقشــرة الأرضية عادة بهبــــوط سطـــــح الأرض ،ويظهر هذا الهبوط بشدة وبشــكل واضح في المناطق التي يرتكز فيها استغلال المياه الجوفية ،وتتعدى معدلات الضخ المحددة بمعدلات إنتاج الأمان وتنخفض تبعا لذلك مناسيب المياه الجوفية أو السطح البيزومتري في الخزانات المستغلة .
الاستهلاك العشوائى للمياه الجوفية ويزداد هذا الهبوط كلما ازداد هبوط منسوب الماء الجوفي أو السطح البيزومتري ،وكلما ازداد سمك الخزان الجوفي أو الطبقات شبه الصماء أو الحابسة حيث تصبح هذه الطبقات أكثر إنضغاطية .وجدير بالذكر أن الهبوط غير المنتظم أو المتفاوت لسطح الأرض يظهر نتيجة زيادة الإخلاف أو الفرق بين العوامل المذكورة،ويعتبر الهبوط غير المنتظم أشد خطورة من الهبوط العادي أو المنتظم.أما الحركة الأفقية لسطح الأرض أو القشرة الأرضية فيمكن أن تسبب شروخا وشقوقا في سطح الأرض ،حيث تسبب مزيد من الدمار لكل ما هو موجود فوق سطحها ،وقد سجلت حالات انهيار وتدمير كامل لكثير من الكباري والمباني والطرق و الأنفاق وخطوط السكك الحديدة ،وخطوط شبكات المياه والمجاري والكهرباء نتيجة لهذه الحركة الأفقية ،علاوة على انهيار وتقوس كثير من أنابيب تغليف آبار المياه الجوفية وذلك نتيجة لإجهاد التكوينات الصخرية .
وسجلت كذلك كثير من حالات انعكاس ميل قنوات الخاصة بالري والصرف ،وكذلك نتيجة الهبوط التفاضلي والمتفاوت لسطح الأرض.وقد تسبب ظاهر ة الهبوط فى سطح الأرض زيادة فى خطورة الفيضانات التي تتعرض لها المناطق المنخفضة .وجدير بالذكر إن هبوط سطح الأرض الطويل الأمد الذي يكون سببه استغلال وضع المياه الجوفية ،يمكن إيقافه عن طريق خفض معدلات ضخ المياه الجوفية الى معدلات إنتاج الأمان ،ويمكن بواسطة عمليات حقن المياه فى الخزانات الجوفية ورفع منسوب الماء الجوفي لإيقاف عملية الهبوط ،وبالتالي إعادة المناطق الهابطة الى ما كانت علية قبل الهبوط.إما إذا كان الهبوط مزمنا فيكون من الصعب بعد ذلك إعادة الأرض الهابطة الى ما كانت علية قبل ذلك .وقد سجلت حالات عديدة لهبوط سطح الأرض وذلك نتيجة للضخ والاستغلال المكثف للمياه الجوفية نذكر منها ما يلي :
1- تعتبر مدينة البندقية فى ايطاليا إحدى الأمثلة الواضحة التي تعانى من مشاكل هبوط الأرض بشكل خطير ، وتتعرض كذلك لفيضانات بحرية عديدة ناتجة عن ظاهرة المد العالي المتكررة .وقد هبط سطح الأرض فى هذه المدينة بمقدار( 15 سم) فى المدة ما بين(1930-1973 )،وذلك نتيجة الضخ الشديد للمياه الجوفية وخاصة للأغراض الصناعية فى منطقة ميناء مار جيرا والتي تبعد عن قلب مدينة بندقية بحوالي( 7 كيلو مترات) .
ويرى العلماء أن سطح الأرض البندقية سوف يستمر فى الهبوط وبمقدار( 3سم) إذا استمر معدل الضخ الحالي للمياه الجوفية أما إذا أوقف الضخ الحالي للمياه الجوفية فى كل المنطقة ،فيمكن آن يعود سطح الأرض الى الارتفاع بمقدار( 2سم) ،وذلك خلال( 25 )عام القادمة .
2 - في انجلترا هبطت مدينة لندن أو أجزاء منها بمقدار يتراوح من( 16-18 سم) من الفترة ما بين (1865-1930 )،وذلك نتيجة لانضغاط طبقات الطين السميكة والتي سببها هبوط السطح البيزومتري للخزان الجوفي الطباشيري الذي يقع أسفل هذه الطبقات (بولندا– ديفيز1969).3 - هبطت المنطقة الصناعية لمدينة باتون –روج بولاية أريزونا حيث يتركز استغلال مضخ الماء الجوفي،بمقدار 30 سم نتيجة انخفاض السطح البيزومتري بمقدار( 60 سم )، وذلك منذ بدا عمليات الضخ في عام 1890، اى أن معدل الهبوط كان5 سم لكل عشرة أمتار هبوط في السطح البيزومتري. أما في منطقة هوستن_جال فستون بتكساس فقد كان أقصى هبوط لسطح الأرض هو( 150سم )وذلك نتيجة هبوط في منسوب المياه الجوفي بمعدل( 60مترا) ،أي ما يعادل ( 25سم) لكل عشرة أمتار هبوط في منسوب المياه الجوفي .وقد أصبحت التقارير الحديثة عن هبوط سطح الأرض في المنطقة المذكورة بأن هذا الهبوط قد ازداد حتى وصل الى(2.7 مترا)،مما سبب في ازدياد الفيضانات للمناطق المنخفضة نتيجة موجات المد العالي التي تحدث في المنطقة جونز_ وارن 1976.وقد أدى هذا الهبوط والفيضانات الى تدمير كثير من المباني والإنشاءات المختلفة وقدرت هذه الخسائر مابين 1969_1973 بحوالي 73 مليون دولار.وقد أدت عمليات ضخ واستغلال الماء المكثف في كثير من مناطق العالم وخاصة لأغراض الري، الى هبوط سطح الأرض حيث نذكر مناطق السرير في ليبيا ومناطق وادي سان جاكوين فى كاليفورنيا كأمثلة على ذلك .
وقد وصل هذا الهبوط الى (8.5 أمتار) فى منطقة سان جاكوين بكاليفورنيا اى بمعدل55سم / سنة.4 - فى ولاية كلفورينا وفى مناطق استغلال النفط فيها ،ظهرت حركات أفقية وراسية للقشرة الأرضية وقدر الهـــبوط فى حقل ولنجوتن بحوالي( 9 أمتار) أما الإزاحة الأفقــية فبلغت (3,7 مترا) ، وذلك نتيجة الضخ المكثف للنفط من هذه المنطقة حيث قدرت خسائر الهبوط فى المعدات والإنشاءات فى هذه المنطقة بحوالي مئة مليون دولار .. وقد عولجت ظاهرة الهبوط تلك وتم إيقافها بواسطة حقن المياه المالحة فى المصائد أو الخزانات النفطية ،وقد لوحظ أن هناك ارتفاع لسطح الأرض فى بعض المناطق التي حقنت بمعدلات كبيرة .
ثانيا: الزلازل وتأثيرها على طبقات التربة
الزلازل أو الهزات الأرضية هي إحدى الظواهر الطبيعية التي تصيب بقاعاً عديدة من الأرض بصورة دورية ومنتظمة تقريباً وتصيب مواقع أخرى بصورة مفاجئة مسببة في كلا الحالتين الكوارث والدمار إذا كانت شدتها كبيرة ، وإذا صادفت ووقعت بؤرتها تحت مناطق مأهولة بالسكان.أو بمعنى آخر هي ارتعاش وتحرك وتموج عنيف لسطح الأرض يعقب ذلك تحرر الطاقة من الغلاف الصخري وهذه الطاقة تتولد نتيجة لإزاحة عمودية أو أفقية بين صخور الأرض عبر الصد وع التي تحدث لتعرضها المستمر للتقلصات والضغوط الكبيرة. فالزلازل الأرضية تولد أمواجا طولية وأمواجا عرضية والتي تتراكب فيما بينها بالقرب من القشرة الأرضية فتزداد سعتها مما يولد قوى تزعزع استقرار الصخور على المنحدرات فتؤدي الى حصول الانهيارات الأرضية أو الى انزلاق المنحدرات.
والهزات الأرضية يصاحبها العديد من الشقوق والانهيارات الأرضية وتساقط الكيل الصخرية أو يهيئها لحدوثها وانطلاقها نحو الأسفل بكتل متفاوتة الحجم والشكل والوزن تنطلق من المرتفعات والسفوح بفعل القوى الرأسية والأفقية للموجات الزلزالية في مناطق البؤر السطحية للزلازل والمناطق المجاورة أو في تلك المناطق التي تصلها الموجات الزلزالية المدمرة بحسب قوة الزلزال وحدة التضاريس وتأثير قوى الجاذبية الأرضية وبعض العوامل الأخرى وان التأثير غير المباشر للموجات الزلزالية تؤدي الى خلخلة الكتل الصخرية والتربة الغير مستقرة مما يؤدي الى إضعاف مستويات الإسناد في الحواف والمنحدرات الجبلية .والهزات الأرضية التي تحدث بين الحين والأخر في كل من البحر الأحمر وخليج عدن وخليج تاجروا في جيبوتي وخاصة التي تبلغ قوتها 4.5 بمقياس ريختر نتيجة الإجهادات للتوسع المحوري لكل من البحر الأحمر وخليج عدن لها تأثير مباشر أو غير مباشر على بعض المناطق بحكم ارتفاعها من ناحية وقربها من مصدر الهزات الأرضية أو أنها تقع ضمن الصدوع الموازية لانفتاح البحر الأحمر وخليج عدن
وهنا يمكن القول أن الزلازل تعتبر كعامل محفز لحدوث الانهيارات والانزلاق الأرضية أن الاستخراج المفرط من المياه والنفط من تحت سطح الأرض يؤدي الى خلق أجواء مناسبة لتنشيط النشاط الزلزالي وتظهر تلك الأنواع من الزلازل في حالة انخفاض أو زيادة الضغط والطاقة بين الطبقات .
ثالثا: الميل والانحدارات
نجد أن معظم مناطق الانهيارات والانزلاقات الأرضية في اليمن تمتاز بانحدارات شديدة تؤدي الى عدم استقرار الكتل الصخرية والتربة الواقعة عليه ، وكلما زاد الميل اختل الثبات والاستقرار وبدأ الانهيار بالحركة نحو الأسفل أو يبقى في وضع غير مستقر ، والميل مظهر طبيعي لتركيب جيولوجي أولي أو ثانوي. وينهار المنحدر الذي يتمتع بزاوية ميل اكبر من زاوية توازن القوى المؤثرة فيه ، حيث زاوية الميل قد تصل في بعض المناطق الى أكثر من 85 درجة وبالتالي تصبح هذه المناطق عرضة لتساقط الكتل الآهلة للسقوط وزحف التربة نحو الأسفل تحت تأثير الجاذبية الأرضية الطبيعية وبعض العوامل الأخرى.
وهذه الانحدارات الشديدة ناتجة عن الحركات التكتونية العنيفة والصدوع التي حدثت في العصور الجيولوجية الغابرة بالإضافة الى عوامل التعرية اللاحقة التي أدت الى تكوين انحدارات شديدة الانحدار والى تشققها وخلخلتها وانهيارها بفعل أضعاف قوى الترابط فيما بينها.والانحدارات تعتبر من أهم الأسباب الرئيسية التي تؤدي الى انزلاق الكتل الصخرية وزحف التربة وجعل المنطقة غير مستقرة جيولوجياً.
رابعا: تأثير الجاذبية الأرضية
أن الجاذبية الأرضية تلعب دوراً كبيراً في عملية الانهيارات والانزلاقات الصخرية وزحف التربة المفككة والركام الصخري على المنحدرات والتي تؤدي الى تدمير المدرجات الزراعية والمباني السكنية والبنية التحية. وقوة الجاذبية الأرضية تزداد بزيادة مقداري الكتلة ودرجة الميل ، أي تتناسب تناسبا طرديا مع مقدار الكتلة ودرجة الميل وتزداد أيضا عندما تمتلي مسامات الصخور بالمياه أثناء تساقط الأمطار.
 وكلما زادت درجة الميل كلما زادت هذه القوة وبهذا نجد أن ظواهر الانزلاقات الأرضية وتساقط الكتل الصخرية وزحف التربة تزداد في المنحدرات الجبلية الشديدة الانحدار عنها في المناطق ذات الانحدارات المتوسطة وتكون قليلة في السهول التي درجة انحدارها صغيرة.وان عدم الاستقرار هنا ناتج عن تأثير التجوية والتعرية التي تقلل من مقاومة سطح المنحدرات الصخرية وتسهل عملية انزلاق الصخور غير المتماسكة أو زحف التربة الى أسفل المنحدرات بواسطة قوة جذب الأرض لها.
 أو بمعنى أخر يحدث الانهيار نتيجة لزيادة القوى المسببة للانهيار عن القوى المعاكسة لها والأولى سببها قوة الجاذبية والثانية مقاومة ناتجة عن قوة التماسك والاحتكاك بين الحبيبات. ويحدث هذا الانزلاق عادة عند نقاط الضعف الموجودة مثل الشقوق الناتجة عن اجتهادات الشد.
خامسا: تأثير مياه الأمطار والينابيع تعد الأمطار من أهم عناصر المناخ ارتباطاً بحياة الإنسان ، كما أنها تتحكم في عناصر البيئة المختلفة كالتربة ونوع الغطاء النباتي وكثافته وتوزيع السكان .
وتعتبر الأمطار احد الأسباب الرئيسة التي تؤدي الى الانهيارات والانزلاق الأرضية نتيجة لتأثر الصخور بالعديد من الشقوق والفواصل أثناء تكوينها أو من خلال العمليات الجيولوجية اللاحقة لتكوينها بالإضافة الى عوامل التعرية الأخرى.
فعندما تتشبع هذه الصخور بمياه الإمطار والضباب الكثيف المشبع ببخار الماء الذي يستمر الى عدة أشهر خلال فصول السنة والعيون والينابيع من خلال الشقوق والفواصل الموجودة فيها ، تؤدي الى تقليل وإضعاف قوى التماسك والشد والاحتكاك بين أسطح التلامس للكتل الصخرية وتعمل أيضا على غسيل وإذابة المواد اللاحمة في الصخور وتكوين مادة غروية أو صابونية تسهل عملية انزلاق الصخور أو التربة التي تعلوها كما أنها تشكل حمل وثقل إضافي على الطبقات الصخرية مما يؤدي الى زيادة الوزن وتشقق الصخور نتيجة الثقل الواقع عليها مما يسهل عملية الانزلاق للمكونات الصخرية.
كما أن وجود بعض الطبقات الطينية التي تتموضع عليها الكتل الصخرية المعرضة للسقوط تساعد على حدوث الانهيارات الصخرية لان هذه الطبقات لها قابلية شديدة لامتصاص المياه والانتفاخ والتشقق بعد فقدانها للمياه وبذلك تكون محفزة لحدوث الانهيارات وتساقط الكتل الصخرية.
سادسا: إرتفاع درجات الحرارة
تعد الحرارة من أهم عناصر المناخ لما لها من تأثير مباشر على عناصر المناخ الأخرى وخاصة فى المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة صيفياً ومنخفضة شتاء وتنخفض درجات الحرارة بفعل عامل الارتفاع. ونتيجة لاختلاف درجات الحرارة أثناء الليل والنهار تؤدي الى استمرار تمدد الصخور وانكماشها وهذا يؤدي بدورة الى خلخلة أجزائها وتفتتها ، كما أن التغير في درجة الحرارة يؤدي الى تولد ضغوط وجهود متباينة في الصخر وفي اتجاهات مختلفة يكون نتيجتها على مر الوقت حدوث التشققات في الاتجاهات المختلفة مما يساعد على تهشم الصخر وتفتته خصوصاً في الطبقات الخارجية منه ، ثم يمتد التأثير الى الطبقات التي تليها من الداخل وهكذا.كما إن الصخور ليست جيدة لتوصيل الحرارة وان انتقال الحرارة من السطح إلى الداخل يكون قليلا وبالتالي لا تتمدد الأسطح الداخلية بنفس تمدد وتقلص السطوح الخارجية وهذا يؤثر على مدى انفراط وتكسر الصخر.
حيث انه كلما زادت الحرارة والرطوبة تزداد التجوية الكيميائية والعكس صحيح وإذا قلت الحرارة والرطوبة زادت التجوية الميكانيكية والعكس صحيح ويظهر تنوع عمليات التجوية وتفاوتها حسب كميات الأمطار والحرارة حيث تصبح التجوية كيميائية نشطة في المناطق التي تزداد فيها درجة الحرارة والأمطار.
وتزيد عملية التجوية الكيماوية بحوالي الضعف أو الثلاثة أضعاف لكل ارتفاع في درجة الحرارة يعادل عشر درجات مئوية كما أن انخفاض درجة حرارة الماء إلى ما دون نقطة التجمد يزيد من نشاطه الميكانيكي ، كما انه تشتد عملية التجوية الميكانيكية الناجمة من التغيرات في درجات الحرارة. ففي حالة تجمد الماء يزداد حجمه في الفراغات الصخرية بنسبة 9% مما يضغط على الصخور ويفتتها ويشققها.