تم انجاز اطروحة الدكتوراه للطالب عباس فاضل ابراهيم العامري في قسم الهندسة المدنية عن بحثه الموسوم ” الاستجابة العابرة و المنتظمة لمنظومة الاساس-التربة تحت تأثر احمال الاهتزاز ” وبأشراف أ.د. موسى جواد عزيز الموسوي , أ.د. محمد يوسف فتاح وتألفت لجنة المناقشة برئاسة أ.د. علاء ناصر حريب الجوراني وعضوية كل من أ.م.د. سعد فرحان ابراهيم , أ.م.د. محمود رشيد محمود , أ.م.د. عبد المطلب عيسى سعيد , أ.م.د. عبد الكريم عصمت زينل .
وتلخص بحثة بما يلي:
في هذا البحث، تم عمل دراسة عملية وعددية لاستجابة أﹸسس المكائن المعرﹼضة للاهتزازات والمستندة على تربة رملية جافة ومشبعة تماماً بالماء. تم تصنيع أنموذج مختبريﹼ لغرض إجراء الدراسة العملية لتسليط الأحمال الحركية ذات النمطِ العموديِ المتناسقِ الإهتزاز، وبعدد دورات مختلفة والمسلطة على تربة رملية.
أﹸجري أربعة وثمانون فحصاً يشمل دراسة المتغيرات المختصة بالأﹸسس ومقدار وطبيعة الاحمال المسلطة فضلاً عن المتغيرات المتعلقة بخواص التربة. أما فيما يخص المتغيرات المتعلقة بالاسس فقد تم دراسة تغير حجم الأﹸسس عبر استخدام حجمين مختلفين (100×200×12.5 ملم) و(200×400×5.0 ملم) وقد فُحصت الأﹸسس في حالة وضعها على سطح التربة وفي حالة طمرها لعمق (50 ملم). أما فيما يتعلق بالمتغيرات الخاصة بالتربة فتضمنت دراسة تأثير حالة التربة فيما لو كانت جافة أو مشبعة بالماء ودراسة تغير الكثافة النسبية للتربة للقيم 30 و 80 %. أما فيما يخص المتغيرات ذات العلاقة بالأحمال الحركية المسلطة فشملت مقدار حمل الذروة فضلاً عن عدد دورات المحرك المقترح التي تضمنت القيم (500، 1000، 1500، 2000، 2500، 3000 و3500 دورة/دقيقة).
تقييم الاستجابة الحركية تم عبر قياس تغير ذروة الإزاحة مع الزمن بوساطة مقياس الاهتزاز وقياس مقدار الهبوط النهائي بوساطة محول الطاقة التفاضليﹼ ذي المتغير الخطيﹼ LVDT. وقُيمت الإستجابة للتربة عبر قياس مقدار الإجهاد الناتج في التربة باستخدام متحسسات الإجهاد الكهربائيةPiezoelectric sensors فضلاً عن قياس ضغط الماء المساميﹼ الاضافيﹼ من خلال استخدام متحسسات ضغط الماء الرقمية Digital pore water pressure transducers.
فيما يخص نتائج الاختبارات العملية، وُجد ان الازاحات العمودية الحركية تزداد بزيادة ذروة الحمل الحركي وعدد دورات المحرك ووجد أن تلك الإزاحات تقل بزيادة الكثافة النسبية للتربة الرملية، وزيادة عمق طمر الأﹸسس، وزيادة مساحة التلامس بين الاساس والتربة فضلاً عن زيادة درجة التشبع. ووُجد ان اقصى قيمة للإزاحة الشاقولية تكون عند اهتزاز المحرك بتردد يتراوح بين 33.34 الى 41.67 هيرتز. ووُجد أن مقدار الإزاحة الشاقولية للتربة الجافة اكبر من الإزاحة الشاقولية للتربة المشبعة بنسبة 5.0 الى 10.0 %. وبينت الدراسة أن علاقة الازاحة الشاقولية مع الزمن غير متماثلة للنماذج كافة التي تم فحصها، إذ ان شكل العلاقة المذكورة للتربة الرخوة يكون غير منتظم ومتذبذب في حين يكون نمط العلاقة متناسقاً للتربة الكثيفة.
وبعد إجراء الفحوص المختبرية لاحظ الباحث أن الإجهادات يمكن قياسها وبنتائج مقبولة باستخدام متحسسات الإجهاد الكهربائية من نوع (SDT1-028K). إذ وُجد أن قيمة الإجهادات تكون في أسفل مركز الاساس اعلى منه في تلك التي عند حافة الاساس بنسبة 10 %. اما فيما يخص ضغط الماء المساميﹼ فقد بينت نتائج البحث أن قيمته تزداد بزيادة الكثافة النسبية، وزيادة ذروة الحِمل الحركيﹼ وزياده عدد دورات المحرك.
تم إجراء تحليل عدديﹼ للفحوصات المختبرية بإستخدام البرنامج الحاسوبي ABAQUS والمدﹼعم بطريقة العناصر المحددة في الجزء الثاني من البحث فضلاً عن انه تم عمل أنموذج وصفيﹼ حقليﹼ لأساس خرسانيﹼ مستند على تربة رملية مشبعة بالماء، وذات كثافة نسبية رخوة الى متوسطة لغرض دراسة التميع الكامن لأﹸسس المكائن المستندة على تربة رملية مشبعة.
وعلى وجه العموم تم الحصول على توافق جيد بين نتائج التحليل العددي والنتائج المختبرية. ولوحظ من الدراسة العددية أن معدل الزيادة بضغط الماء المساميﹼ يقل بزيادة العمق ولبعد يتراوح من 0.5 الى 1.5 عرض الأساس للتربة متوسطة الكثافة الى رخوة ولوحظ ايضاً أن مقدار الزيادة بنسبة ضغظ الماء المسامي تزداد بزيادة الحمل اللامتمركز(eccentric load) للأحمال الحركية، وأن قيمة ضغط الماء المساميﹼ تكون عند اعلى قيمة لها في أسفل الحمل الحركي المسلط، فضلاً عن ذلك فأن مقدار التغير بضغط الماء المساميﹼ للأحمال اللامتمركزة للتربة الرخوة يكون اقل من التربة متوسطة الكثافة.
ووُجد من خلال الدراسة العددية أن احتمالية حدوث حالة التسييل في أسفل الأساس المعرض لحمل لاتمركزيﹼ تزداد بزيادة قيمة اللاتمركز عن مركز الاساس. ووُجد أن المنطقة المعرضة الى حالة التسييل تقع بالقرب من اسفل حافة الأساس. ولوحظ ايضاً أن سبب حدوث حالة التسييل في الترب الرملية المعرضة الى حمل حركي شاقولي ومتناسق لاترتبط بالدرجة الاساس بنتيجة الزيادة في ضغط الماء المساميﹼ بل تعود الى التفكك والتشوه المستمرين للهيكل الصلب للتربة بسبب الاهتزازات المستمرة وانعدام الوقت الكافي للماء لاستعادة قيمتة الحقيقة.
وبينت نتائج التحليل العددي ايضاً ان قيمة اجهادات التماس بين التربة والأساس تزداد بزيادة ذروة الإجهادات الحركية والكثافة النسبية للترب الرملية فضلاً عن زيادة عدد دورات المحرك، وإن قيمة إجهادات التماس تكون أكبر تحت مواقع تسليط الأحمال المركزية واللاتمركزية. وعند نقطة تسليط حمل معينة، وُجد أن أعلى قيمة لإجهات التماس تكون في أسفل نقطة تسليط الحمل وأن قيمته تبدأ بالتناقص بالإتجاه الأﹸفقي لتصل لاقل قيمة لها لمسافة تساوي تقريباً ربع طول الأساس في الحالات كافة التي يكون فيها قيمة اللاتمركز اقل من 1.0.
وتلخص بحثة بما يلي:
في هذا البحث، تم عمل دراسة عملية وعددية لاستجابة أﹸسس المكائن المعرﹼضة للاهتزازات والمستندة على تربة رملية جافة ومشبعة تماماً بالماء. تم تصنيع أنموذج مختبريﹼ لغرض إجراء الدراسة العملية لتسليط الأحمال الحركية ذات النمطِ العموديِ المتناسقِ الإهتزاز، وبعدد دورات مختلفة والمسلطة على تربة رملية.
أﹸجري أربعة وثمانون فحصاً يشمل دراسة المتغيرات المختصة بالأﹸسس ومقدار وطبيعة الاحمال المسلطة فضلاً عن المتغيرات المتعلقة بخواص التربة. أما فيما يخص المتغيرات المتعلقة بالاسس فقد تم دراسة تغير حجم الأﹸسس عبر استخدام حجمين مختلفين (100×200×12.5 ملم) و(200×400×5.0 ملم) وقد فُحصت الأﹸسس في حالة وضعها على سطح التربة وفي حالة طمرها لعمق (50 ملم). أما فيما يتعلق بالمتغيرات الخاصة بالتربة فتضمنت دراسة تأثير حالة التربة فيما لو كانت جافة أو مشبعة بالماء ودراسة تغير الكثافة النسبية للتربة للقيم 30 و 80 %. أما فيما يخص المتغيرات ذات العلاقة بالأحمال الحركية المسلطة فشملت مقدار حمل الذروة فضلاً عن عدد دورات المحرك المقترح التي تضمنت القيم (500، 1000، 1500، 2000، 2500، 3000 و3500 دورة/دقيقة).
تقييم الاستجابة الحركية تم عبر قياس تغير ذروة الإزاحة مع الزمن بوساطة مقياس الاهتزاز وقياس مقدار الهبوط النهائي بوساطة محول الطاقة التفاضليﹼ ذي المتغير الخطيﹼ LVDT. وقُيمت الإستجابة للتربة عبر قياس مقدار الإجهاد الناتج في التربة باستخدام متحسسات الإجهاد الكهربائيةPiezoelectric sensors فضلاً عن قياس ضغط الماء المساميﹼ الاضافيﹼ من خلال استخدام متحسسات ضغط الماء الرقمية Digital pore water pressure transducers.
فيما يخص نتائج الاختبارات العملية، وُجد ان الازاحات العمودية الحركية تزداد بزيادة ذروة الحمل الحركي وعدد دورات المحرك ووجد أن تلك الإزاحات تقل بزيادة الكثافة النسبية للتربة الرملية، وزيادة عمق طمر الأﹸسس، وزيادة مساحة التلامس بين الاساس والتربة فضلاً عن زيادة درجة التشبع. ووُجد ان اقصى قيمة للإزاحة الشاقولية تكون عند اهتزاز المحرك بتردد يتراوح بين 33.34 الى 41.67 هيرتز. ووُجد أن مقدار الإزاحة الشاقولية للتربة الجافة اكبر من الإزاحة الشاقولية للتربة المشبعة بنسبة 5.0 الى 10.0 %. وبينت الدراسة أن علاقة الازاحة الشاقولية مع الزمن غير متماثلة للنماذج كافة التي تم فحصها، إذ ان شكل العلاقة المذكورة للتربة الرخوة يكون غير منتظم ومتذبذب في حين يكون نمط العلاقة متناسقاً للتربة الكثيفة.
وبعد إجراء الفحوص المختبرية لاحظ الباحث أن الإجهادات يمكن قياسها وبنتائج مقبولة باستخدام متحسسات الإجهاد الكهربائية من نوع (SDT1-028K). إذ وُجد أن قيمة الإجهادات تكون في أسفل مركز الاساس اعلى منه في تلك التي عند حافة الاساس بنسبة 10 %. اما فيما يخص ضغط الماء المساميﹼ فقد بينت نتائج البحث أن قيمته تزداد بزيادة الكثافة النسبية، وزيادة ذروة الحِمل الحركيﹼ وزياده عدد دورات المحرك.
تم إجراء تحليل عدديﹼ للفحوصات المختبرية بإستخدام البرنامج الحاسوبي ABAQUS والمدﹼعم بطريقة العناصر المحددة في الجزء الثاني من البحث فضلاً عن انه تم عمل أنموذج وصفيﹼ حقليﹼ لأساس خرسانيﹼ مستند على تربة رملية مشبعة بالماء، وذات كثافة نسبية رخوة الى متوسطة لغرض دراسة التميع الكامن لأﹸسس المكائن المستندة على تربة رملية مشبعة.
وعلى وجه العموم تم الحصول على توافق جيد بين نتائج التحليل العددي والنتائج المختبرية. ولوحظ من الدراسة العددية أن معدل الزيادة بضغط الماء المساميﹼ يقل بزيادة العمق ولبعد يتراوح من 0.5 الى 1.5 عرض الأساس للتربة متوسطة الكثافة الى رخوة ولوحظ ايضاً أن مقدار الزيادة بنسبة ضغظ الماء المسامي تزداد بزيادة الحمل اللامتمركز(eccentric load) للأحمال الحركية، وأن قيمة ضغط الماء المساميﹼ تكون عند اعلى قيمة لها في أسفل الحمل الحركي المسلط، فضلاً عن ذلك فأن مقدار التغير بضغط الماء المساميﹼ للأحمال اللامتمركزة للتربة الرخوة يكون اقل من التربة متوسطة الكثافة.
ووُجد من خلال الدراسة العددية أن احتمالية حدوث حالة التسييل في أسفل الأساس المعرض لحمل لاتمركزيﹼ تزداد بزيادة قيمة اللاتمركز عن مركز الاساس. ووُجد أن المنطقة المعرضة الى حالة التسييل تقع بالقرب من اسفل حافة الأساس. ولوحظ ايضاً أن سبب حدوث حالة التسييل في الترب الرملية المعرضة الى حمل حركي شاقولي ومتناسق لاترتبط بالدرجة الاساس بنتيجة الزيادة في ضغط الماء المساميﹼ بل تعود الى التفكك والتشوه المستمرين للهيكل الصلب للتربة بسبب الاهتزازات المستمرة وانعدام الوقت الكافي للماء لاستعادة قيمتة الحقيقة.
وبينت نتائج التحليل العددي ايضاً ان قيمة اجهادات التماس بين التربة والأساس تزداد بزيادة ذروة الإجهادات الحركية والكثافة النسبية للترب الرملية فضلاً عن زيادة عدد دورات المحرك، وإن قيمة إجهادات التماس تكون أكبر تحت مواقع تسليط الأحمال المركزية واللاتمركزية. وعند نقطة تسليط حمل معينة، وُجد أن أعلى قيمة لإجهات التماس تكون في أسفل نقطة تسليط الحمل وأن قيمته تبدأ بالتناقص بالإتجاه الأﹸفقي لتصل لاقل قيمة لها لمسافة تساوي تقريباً ربع طول الأساس في الحالات كافة التي يكون فيها قيمة اللاتمركز اقل من 1.0.
.jpg)
.jpg)