دکتر امیررضا بهره بر، پژوهشگر و مدرس دانشگاه، دکتری
تخصصی سازه های هیدرولیکی در مطلبی علمی علل اصلی
خرابی بسیاری از پل های استان کهگیلویه و بویراحمد قبل
از پایان عمرشان را به مدیرکل اداره راهداری و حمل و نقل
جاده ای یادآوری کرد.
دکتر بهره بر نوشت؛ علل اصلی خرابی بسیاری از پل ها در استان کهگیلویه و بویراحمد قبل از پایان عمرشان، عدم توجه به معیارهای هیدرولیکی در طراحی توسط شرکت های مشاور، اجرا و نگهداری از آنهاست. انشاالله که اداره کل راهداری و حمل جاده ای استان کهگیلویه و بویراحمد از این مقاله حداکثر بهره را در بکار گرفتن شرکت های مشاور مجرب و توانمند در زمینه ذکر شده قرار دهد چرا که در غیر این صورت چندیدن برابر هزینه ساخت پل ها، هزینه تعمیرات آنها خواهد شد.
ظرفیت گذر سیلاب از پل پایداری بازه رودخانه در محل احداث پل هدایت جریان نیروهای هیدرودینامیک جریان آبشستگی و فرسایش در اثر تنگ شدگی و یا ایجاد مانع عواملی هستند که در تعیین جانمایی طول ارتفاع و آرایش پایه و تکیه گاهها و مشخصات هندسی پایه ها و تکیه گاههای پل حائز اهمیت هستند که متأسفانه در کشورمان و خصوصا در استان کهگیلویه و بویراحمد به مسائل فوق الذکر توجه کمتری می گردد. این مقاله نگاهی اجمالی به نقش درس دانشگاهی مهندسی رودخانه و اهمیت بکارگیری آن در طراحی پلها دارد.
علیرغم استفاده از مصالح و تکنولوژی پیشرفته و صرف هزینه های خیلی زیاد در طراحی و ساخت پل ها هر ساله شاهد شکست و یا تخریب پل های زیادی در دنیا و در کشورمان در اثر وقوع سیلاب هستیم. شکست و تخریب پل ها علاوه بر خسارات مالی و گاهی هم جانی راه ارتباطی به نقاط سیل گیر و محتاج کمک رسانی را قطع می کند و خسارتها را دو چندان می نماید.
علت شکست پل ها عبارتند از:
۱- عدم برآورد صحیح سیلاب طراحی ( Flood Design ) و کم بودن ظرفیت عبور سیلاب از دهانه پل ها
۲- جانمایی (Layout ) نامناسب پل ها بدون توجه به مسائل ریخت شناسی (Morphology) رودخانه
۳- بر آورد نادرست از عمق شالوده (براساس معیارهای سازه ای و ژئوتکنیکی) بدون توجه به مسأله فرسایش آبشستگی
۴- فراهم نکردن تمهیدات لازم برای عبور مناسب جریان از سازه پلها
۵- نقصان در حفاظت و نگهداری از پلها
آنچه که مسلم است یکی از عوامل اصلی این تخریبها عدم رعایت مسائل هیدرولیکی و مهندسی رودخانه در طراحی پلها در طی دهه گذشته ( که دوره توسعه سازندگی و پیشرفت بوده است) می باشد و شواهد نشان می دهد که در سالهای اخیر به این مساله توجه کافی نمی گردد. مسلماً عواقب ناشی از عدم رعایت مسائل مهندسی رودخانه در پل سازی جز صرف هزینه های زیاد و بی حاصل ثمری نخواهد داشت و لازم است در برنامه های مربوط به پل سازی معیارهای هیدرولیکی در مطالعات طراحی و اجرای پلها مورد توجه قرارگیرند.
دکتر بهره بر بیان کرد:
تحقیقات انجام شده روی پل ها نشان می دهد که علاوه بر عوامل
سازه ای و ژئوتکنیکی که در محاسبه ابعاد پل ها به کار می روند
عوامل هیدرولیکی و اندرکنش سازه پل و رودخانه در تعیین جانمایی
طول ارتفاع پایه و تکیه گاهها و حفاظت از پل ها نقش اساسی دارند
که بنده شخصا پژوهشی در این رابطه انجام داده ام و به صورت
عددی اثبات شد و اکثر پل های این استان مشکل طراحی
هیدرولیکی دارند.
جانمایی و راستای قرارگیری پل ها:
عبور جاده و یا خط راه آهن از روی رودخانه ها محدود به بازه های خاصی از رودخانه هاست که توسط مسیر کلی راه مشخص می گردد علاوه بر آن مسیر کلی راه راستای قرارگیری پل روی رودخانه را نیز تعیین می نماید در حد امکان از احداث پل در بازه های نا پایدار باید اجتناب نمود بازه های ناپایدار بازه هایی از رودخانه هستند که رودخانه در آنها فرسایشی و یا رسوبگذار است.
انتخاب راستای پل عمود بر راستای جریان از وارد آمدن نیروی بیشتر و مورب به تکیه گاهها و پایه های پل جلوگیری می کند همچنین طول پل کاهش می یابد که در کاهش هزینه های کلی طرح بسیار موثر است استفاده از عکسهای هوایی و توپوگرافی بامقیاس مناسب ( ۱٫۵۰۰۰۰ تا ۱٫۲۰۰۰۰) یکی از راههای مفید برای مطالعه جانمایی و تعیین بهترین مسیر عبور پل از روی رودخانه است.
تعیین طول پلها:
به دلیل ملاحظات اقتصادی و سازه ای تاحد ممکن طول پلها را کوتاه در نظر می گیرند اما باید دانست که شکل هندسی شرایط جریان در رودخانه پیوسته در حال تغییر است و کوتاه شده طول پل باعث تمرکز تنش جریان در محدوده احداث پل گردیده وموجب آبشستگی کف و کناره ها می گردد این موضوع در هنگام وقوع سیلاب به حالت بحرانی می رسد و ممکن است باعث تخریب پل گردد بنابر این طول پل باید طوری انتخاب شود که پایداری رودخانه در محدوده احداث پل حفظ گردد بر اساس تحقیقات انجام شده بازه های پایدار رودخانه، بازه هایی هستند که تغییرات چندانی در طول یک یا چند سال نداشته باشند از مفهوم بازه پایدار برای تعیین عرض تعادل رودخانه ها استفاده می گردد عرض تعادل با استفاده از مفاهیم روابط تجربی رژیم روش نیروی برکنش و مفهوم توان جریان استخراج می گردد. روابط رژیم بر اساس معادلات تجربی بین دبی جریان آب و رسوب عمق عرض و شیب رودخانه ها با بستر شنی نشان می دهد.
تعیین ارتفاع پلها:
محدودیت های سازه ای و اقتصادی خاکریزها و جاده های طرفین مسائل کشتیرانی و قایقهای تفریحی و ظرفیت آبگذری مهمترین عوامل تعیین کننده ارتفاع پل می باشند ظرفیت آبگذری پل به حداکثر دبی جریان گفته می شود که پل با اطمینان از خود عبور می دهد این مقدار جریان به هندسه مقطع پل و تکیه گاه ها شکل پایه های پل عرض تنگ شده رودخانه و ارتفاع پل بستگی دارد. با تعیین عرض تعادل رودخانه (یا همان طول پل ) دبی سیلاب طراحی برای محل و شکل مقطع پل و پایه های آن و ارتفاع پل محاسبه می گردد دبی سیلاب طراحی بر اساس اهمیت سازه از نظر ارتباطات تجارت و همچنین ریسک شکست و وارد آمدن خسارت انتخاب می گردد. اغلب دبی طراحی عبور سیلاب برای پلها را با دوره برگشت ۵۰ساله بطور خلاصه می توان گفت برای شرایطی که سطح شالوده بالای بستر باشد، سرعت و اندازه گردابها بستگی به ابعاد و ارتفاع و عرض نسبی پایه نسبت به شالوده دارد یعنی اینکه در این حالت شالوده به عنوان یک عامل بازدارنده، خود باعث تشکیل گردابهای قوی تری می گردد که با گرداب حاصل از پایه ترکیب شده و آبشستگی را تشدید می نماید.
در حالت دوم (سطح قانونی شالوده داخل حفره آبشستگی است) سیستم گردابهای ایجاد شده ضعیف تر از حالت اول می باشد و حتی در زمانیکه سطح فوقانی شالوده به اندازه کافی به سمت بالا دست گسترش می یابد، گرداب ایجاد شده توسط پایه بر روی سطح شالوده هیچگونه تاثیری در سیستم ایجاد شده توسط پایه ندارد.
باتوجه به موارد فوق الذکر معادلات ارایه شده توسط ریچاردسون نیاز به بازبینی دارد. انتخاب عمق شالوده پایه ها و به همین ترتیب برای تکیه گاهها با در نظر گرفتن حداکثر آبشستگی و موارد فوق الذکر در مورد پایه های مستطیلی صورت می گیرد.
هدایت جریان:
شکل نامنظم رودخانه ها در مقاطع عرضی و در طول ممکن است باعث تغییرات مکانی جریان در رودخانه گردد این موضوع برای احداث پل ها و عبور جریان از مقطع آنها نامطلوب است و باید به نحوی جریان در بالادست پل یکنواخت توزیع شده و به طرف سازه هدایت گردد. این عمل توسط سازه طولی به نام دیوارهای هدایت جریان صورت می گیرد.
در بیشتر موارد مصالح مورد استفاده از رودخانه ای بوده و در قسمت سطحی و پیش بند از حفاظت های سنگچین استفاده می گردد گاهی شکل قرارگیری پل در مسیر رودخانه طوری است که به سادگی نمی توان جانمایی دیوارهای هدایت جریان و طول و مشخصات آنرا محاسبه نمود در این حالت با توجه به اهمیت پروژه پل سازی می توان از مدلهای فیزیکی جهت تعیین مشخصات آن استفاده نمود.
در طراحی پلها عوامل هیدرولیکی بسیار زیاد و پیچیده ای در رابطه با اندرکنش سازه پل و رودخانه نظیر ظرفیت آبگذری ،آبشستگی و فرسایش پایداری بازه رودخانه و نیروهای موثر جریان بر پایه ها و تکیه گاهها وجوددارند.
طراحی پلها با در نظر گرفتن اصول مهندسی رودخانه که یکی از عوامل تعین کننده می باشد ممکن است در بسیاری از موارد طراحی سازه ای پل را تحت الشعاع قرارداده و حتی باعث تغییر سیستم باربری سازه پل گردد.
در طراحی و ساخت پلها انتخاب جانمایی طول، ارتفاع، شکل تکیه گاهها و پایه هاوعمق شالوده بر اساس مطالعات هیدرولیک جریان و ریخت شناسی در بازه مورد نظر انجام می گردد.
به امید ساخت هر چه مهندسی تر این نوع سازه های ارتباطی در استان عزیزمان کهگیلویه و بویراحمد.
باتشکر
کوچک مردم عزیز استان
