اصول مهندسی بنادر
بنادر و کارهای دریایی
هر قسمت از بدنه آب و سازه هایی که توسط انسان در اطراف آن ساخته می شود و یک کشتی را از باد و امواج و جریان ها محفوظ می دارد ، امکان لنگر انداختن و بار گیری و تخلیه کالا و انسان را فراهم می کند، بندر نامیده می شود.
ساخت بنادر و کارهای دریایی مشکلات غیر معمولی را برای مهندسان عمران فراهم می کند. حضور دائم و ناگهانی دریا ، مشکل جدی برای شناخت هرگونه ضعف در سازه ساخته شده و مقابله با آن ، فراهم می کند.
اهداف
اهداف اصلی این گونه کارها به دو گروه عمده تقسیم می شود : بهبود حمل و نقل ، و آبادسازی و حفاظت از زمین. قسمت اول کارها در جهت تامین تسهیلات برای انتقال ایمن و اقتصادی کالا و مسافر بین وسیله نقلیه زمینی و کشتی است؛ بنادر ماهی گیری برای ورود به خشکی و پخش محصولات دریا؛ بنادر پناهگاه برای کشتی ها و کرافت های کوچک ؛ و بندرگاه ها برای برای لنگر انداختن کشتی و تعمیر آنها.در قسمت دوم کارها درجهت محافظت از سطح زمین در برابر تهاجم دریا انجام می شود ، برای بازیافت و تبدیل کاربری زمین زیر دریا ، و نگهداری دهانه های رود به عنوان راهی مناسب برای تخلیه جریان آب سطحی . در بسیاری مناطق بدون توجه به این نگهداری، جزرومدهای شدید با بارندگی سنگین سیلاب های شدیدی را برای سطوح آبادشده، بوجود آورد.
اصول مهندسی دریا
تکنیک های مهندسان عمران برای هر دو گروه اهداف، در حالت کلی مشابه است. برای مثال عمل نگهداری از دهانه یک رود در یک عمق کافی برای کشتیرانی، به طور همزمان می تواند ظرفیت آن را برای زهکشی سیلاب های زمین مرتفع بهبود بخشد.
مدل های هیدرولیکی
برنامه ریزی کارهای مهندسی دریا – حمل ونقل ، آبادسازی یا محافظت – با پیشرفت مطالعات مدل سازی ، آسان شده است. چنین مطالعاتی امروزه یک مرحله مقدماتی و ضروری برای هر میزان توسعه یک بندر یا ساحل است، و حتی برای اصلاحات کوچک نیز مفید است.
مدل سازی با مقیاس از بندر ، یا دهانه رود طوری صورت می گیرد که آب بتواند در آنها جاری شود و جزرومدهای متفاوت و جریان های دیگر ،در جهت مشابه و با معادل سازی سرعت ، با آنچه در سایت اتفاق می افتد تولید کند.یک تفاوت طرح ها، کنترل های الکترونیکی است که تاثیرات موج و جزر و مد را تولید کند.
ارزش این آزمایشات با کاهش درمقیاس زمان ، که بوسیله کاهش در مقیاس ابعادی مدل بوجود می آید، مشخص می شود. مثلا اثر سه ساله جزر و مدها در پی هر اصلاح در پروفیل بندر، می تواند در مدل به مدت سه هفته مطالعه شود و احتمال هر آبشستگی یا رسوب گذاری می تواند آشکار شود. میزان نسبی شرایط متغییرموج شکن ها در پناهگاههای تهیه شده، بوسیله تجهیزات تولید موج ، می تواند مطالعه شود؛ و پیشرفت امواج ثانویه یا بازتاب شده با پراکندگی های نامطلوب در سطح پناهگاه می تواند پیش بینی شود و، اگر ممکن بود جلوی آن گرفته شود.
در نقاط خاصی از سواحل دنیا،طبیعت بنادر را ایجاد کرد ،فقط باید مورد استفاده قرار گیرد، مانند پهلوگاه نیویورک، که به عنوان مکانی بسیار مناسب برای پناه دادن به کشتی ها معرفی شد.چنین ورودی ها ، پهلوگاه ها و دهانه ها ، ممکن است نیاز به اصلاحاتی مانند لای روبی داشته باشند و باید با سازه های بندر تکمیل شوند، اما بطور اساسی به همان صورتی که در طبیعت ساخته شده اند باقی می مانند . چون چنین بنادر طبیعی همیشه در دسترس نیست ، در جایی که به تسهیلات بندر نیاز است ، مهندسان مجبور به ساخت بنادر مصنوعی هستند.سازه اصلی بنادر مصنوعی ، موج شکن است، که عملکرد آن تامین یک ساحل آرام است. محل بنادر مصنوعی با توجه به پتانسیل موجود سواحل انتخاب می شود؛اما یک دندانه اندک مورد توجه است. از نظر استراتژیک یا اقتصادی ،ساخت یک بندر کامل در سواحل نسبتا بی حفاظ ، با محصور کردن یک سطح بوسیله موج شکن های ساخته شده از ساحل،با حداقل بازشو ها برای ورود و خروج کشتی ها، قابل توجه است.
بنادر مصنوعی و طبیعی
Port terminals 2007
GENERAL CARGO RO-RO FISHING LIQUID GENERAL STEEL DRY
CONTAINERS TERMINAL CRUISES PREMISES BULKS CARGO PRODUCTS BULKS CEMENTS
کارهای دریایی برای حمل و نقل
کارهای کلاسیک بندر
از زمان های قدیم ، اصلاح بنادر طبیعی و ساخت بنادر مصنوعی اجرا می شد.هیچ مدرکی از اولین بندر مصنوعی و مکان آن وجود ندارد، اما می دانیم که فینیقی ها بنادر Sidon و Tyre را در قرن 13 بع از میلاد ساختند.
مهندسان آن دوره توجه زیادی به حفاظت از بنادری که می ساختند ، نداشتند. نمای جزیره Cyprus ، باقیمانده های یک موج شکن قدیمی ، که برای محافظت لنگرگاه ساخته شده بود، هنوز دیده می شود ، امافضای محصور شده بین آن و ساحل پیشروی کرده ، کاملا یک ویرانه سنگی نیست ..
در این مورد ، نه تنها رود مجاور ، بلکه حرکت های ساحلی(حرکت رسوبات بوسیله یک جریان موازی ساحل) که باعث ساخت و ماندگاری سواحل گسترده از شرق تا غرب می شود، باید حفاظت و نگهداری می شد ، خصوصا از نظر رسوب گذاری.
از بسیاری از سازه های بندری باستان ، هیچ اثر فیزیکی باقی نمانده ، اما واقعیت وجود آنها و توضیحات فنی اندک در مورد آنها، از روی دست نوشته ها ، بدست آمده است. این توضیحات و آثار تاریخی به جا مانده ، تصویری از کارهایی که مهندسان باستان انجام می دادند ، را مشخص می کند
به کمک ویژگی موادی که پیشینیان برای ساخت و سازهای دریایی استفاده می کردند، سازه ها در اندازه های قابل توجه ساخته شد. تکنیک های جالبی که توسط رومی ها اجرا شد ، شامل قوس های نیم دایره در ساخت موج شکن ها ، که امکان ورود و خروج معین آب را فراهم می کرد تا عملیات لیسه کاری در بندر اجرا شود. رومی ها سازه های خود را با شمع کوبی الوارها زیر بندی کردند و به ساخت آب بندهایی متوسل شدند که قادر بودند به کمک چرخ های آبی آنها را زهکشی کنند. این عمل آنها را قادر می ساخت تا کارهای خود را در محیط خشک انجام دهند ؛با استفاده از سیمان هیدرولیکی معروف خود، پوزولان،مقاومت قبل توجهی به سازه های خود بخشیدند
تعدادی از بنادر جالب دنیای باستان، Alexandria، در جزیره Pharos که اولین فانوس دریایی جهان را داشت؛Piraeus بندر آتن؛Ostia، بندر رم؛ TyreوSidon بنادر اولین کشتیرانی های مهم، فینیقیه.
موج شکن ها
چون عملکرد موج شکن ها جذب یا دفع هرچه کامل ترانرژی امواج مهاجم ساحل است، بایداز مواد قابل توجهی ساخته شوند. مهارت طراح موج شکن در رسیدن به حداقل هزینه اولیه اصلی ، بدون درنظرگرفتن تعهدات آتی برای نگهداری است. البته بعضی از درجات نگهداری اجتناب ناپذیرند.
طراحی موج شکن ها
اساس طراحی یک موج شکن ، یک تل داخلی از سنگ های کوچک یا سنگ لاشه برای تامین مقاومت پایه، یک روکش خارجی از قلوه سنگ های بزرگتریا یک لایه محافظ برای جلوگیری از جابه جا شدن سنگدانه ها توسط دریا. طراحی این لایه محافظ به دقت خاصی احتیاج دارد. احتمال کمتری برای جابه جایی بلوک های بزرگتر وجود دارد. اما هزینه حمل و بازسازی آنها بسیار بیشتر است .
شاید آخرین نوع قابل قبول بلوک های محافظ بلوک های بتنی مکعب و مکعب مستطیلی هستند که بخاطر سهولت ساخت، بسیار استفاده می شوند. حتی متراکمترین بتن هم وقتی در آب غوطه ور است، بندرت بیشتر از 60درصد وزن خود در هوا وزن خواهد داشت.در نتیجه این بلوک ها باید وزنی حدود 30تن داشته باشند تا بتوانند در برابرجابه جایی های شدید مقاومت کنند.
قلوه سنگ ها از تخته سنگ های طبیعی با چگالی بالا، مناسبند ودر یک پروژه تکمیل شده در سال 1960 با تجربه مشخص شد وبا آزمایش اثبات شد که محافظت از آنها با لایه ای مرکب از بلوک های 6 تا 8 تنی ، در برابرامواجی تا ارتفاع 5متر ، امکان پذیر است. تجربیات مشابه نشان داد که ، رسیدن به چنین محافظتی در شرایط مشابه، نیاز به بلوک های بتنی 22تنی خواهد داشت.
در چنین مواردی ، یک لایه میانی از بلوک های کوچک یا قلوه سنگ ها، بین لایه محافظ و هسته داخلی قرار داده می شود، تا ازخروج مواد نرم هسته از بین منافذ لایه محافظ ، جلوگیری کند. خروج مواد نرم هسته باعث نشست زیاد می شود و سر ریز شدن موج شکن ، احتمال ناقص شدن آن را در پی خواهد داشت.
هزینه زیاد و کمبود سنگ های طبیعی مناسب در فواصل اقتصادی، باعث شده طراحان بدنبال طراحی واحدهای بتنی محافظی باشند که شکل خاصشان مشکل بلوک های بتنی مکعبی را برطرف سازد. یکی از موفق تریت طرح ها ، موج شکن چهارپا است ؛ یک طرح چهار پایه ای، که هر پایه از مرکز زاویه 5/109 درجه با سه پایه دیگر دارد. پایه ها گلابی شکلند، قطر انتها بیشتر است؛
این واحدها دارای خاصیتی هستند که ، وقتی در محل قرار گرفتند به هم بسته می شوند ، بطوریک حرکت یک واحد بدون جابه جایی سایر واحد ها امکان پذیر نیست. درحالیکه منافذ بین واحدها به عنوان جاذب انرژی امواج عمل می کند. چهارپا درشرایط طوفانی مشابه، به وزن کمتری در مقایسه با بلوک های بتنی احتیاج دارد. چهارپا می تواند بطور انبوه در نزدیکی سایت با استفاده از اشکال فولادی بازیافتی تولید شود. ساخت مسیر در طول تاج موج شکن معمول است ، حتی اگر برای هیچ یک از اهداف باراندازی لازم نباشد ، برای تسهیل بازرسی و دسترسی برای کار،مصالح و تجهیزات تعمیر آسیب ها ساخته می شود.
موج شکن های صلب
در شرایط خاص، خصوصا جایی که آب شیرین عملیات بوسیله غواصی را آسان می کند، بعضی مواقع ازموج شکن های قائم بتنی صلب استفاده می شود. لازم است که بستر دریا برای جا دادن سازه، با ته نشینی و هموارسازی یک تل لاشه سنگی ، آماده سازی شود. تاج این تل باید به اندازه کافی زیر سطح آب باشد تا از تاثیرات مخرب شکست امواج در امان باشد.
این نوع از موج شکن ها بهتر است از صندوقه های بتنی پیش ساخته ، ساخته شوند. این صندوقه ها در ساحل ساخته شده و سپس بحالت شناور به موقعیت مورد نظر برده شده و در آنجا شناورند. بعد با بتن و گاهی مواقع با لاشه سنگ ساده پر می شوند. یک نمونه تاریخی از این آرایش ، بندر Mulberry است.
موج شکن های شناور
به دلیل مقادیر بالای مواد مورد نیاز و در نتیجه هزینه بالای ساخت موج شکن های نرمال ، مطالعات وسیعی در زمینه موج شکن های شناور صورت گرفت. پناهی (lee) که در آبهای آرام در پشت یک کشتی بزرگ در لنگرگاه در دریای باز وجود داشت ، مسئله را روشن کرد. مشکل این بود که ، برای پایداری در شرایط بد آب و هوایی مهاربندی موج شکن های شناور باید بسیار وسیع انجام می شد. بنابراین مشکلات نصب و خطر سایش و جابه جایی ، نیاز به نگهداری اساسی نشان می دهد. مشکل دیگری ،بخصوص در مناطق با میزان بالای جزر و مد، بوجود می آید.
شناور بودن در لنگرگاه ها به موج شکن اجازه می دهد که روی موج های بزرگ سوار شود و درنتیجه موج ها با عبور از زیر موج شکن سهم قابل توجهی از انرژی خود را به سطحی که باید پناهگاه باشد ، منتقل می کند، و این مسئله اجتناب ناپذیر است.
یک راه حل برای این مشکل بر اساس این واقعیت است که موج ها با شکسته شدن روی یک سکوی وسیع ، افقی مسطح انرژی خود را از دست می دهند .
موج شکن های نئوماتیک
موج شکن های نئوماتیک ، یا پراکنده بصورت گسترده مورد بررسی قرار گرفته است.آزمایش و تجربه های محدود نشان داده که یک پرده ازحباب های هوای ترکیده در سراسر یک ردیف از پخش کننده ها مانند یک مانع در برابر جابه جایی امواج روی سطح عمل می کند. مکانیزم این روش مشخص می کند که جریان حباب های بالا آمده روی سطح شناورند، به طرف بیرون در هر دو جهت،و جریان در برخورد با امواج بعدی میتواند آنها را به اندازه کافی بالا نگه دارد. این دلیل پذیرش این مطلب است که جت های آب مانند هوا موثرخواهند بود. لوله های آب یا هوا می تواند روی بستر دریا در محیطی که باید تحت محافظت قرار گیرد ، گذاشته و از ساحل تغذیه می شوند، وبدنه کامل تجهیزات می تواند بعد از کامل شدن عملیات برچیده شود.
موج شکن نئوماتیک
پهلوگیرها( باراندازها)
به خاطراین که عمل اصلی بنادرانتقال کالا از یک شکل حمل و نقلی به شکل دیگر (مثلا از کشتی به کامیون) است، باراندازها مهمترین سرمایه یک بندر هستند.
کشتی ها باید در یک پناهگاه کامل بصورت شناور استراحت کنند و به تجهیزات مکانیکی برای تخلیه بار دسترسی داشته باشند. با این که در شرایط فوق العاده کشتی ها برای تخلیه بار به گل نشسته اند، کشتی های مدرن ، مخصوصا انواع بزرگ آنها ، بندرت میتوانند از عهده تماس با بستر دریا برآیند بدون این دچار تغییرشکل سازه ای جدی شوند.
امر جابه جایی کالا در کارهای عمرانی بسیار مطرح می شود، تفاوت زیادی بین این که بارگیری و تخلیه بوسیله جرثقیل های ثابت ساحلی انجام شود، و یا بوسیله تجهیزات خود کشتی ها وجود ندارد. سطحی وسیع از زمین خشک و سخت بالافاصله در کنار لبه کشتی مورد نیاز است؛ مهندس باید راهی برای پشتیبانی از این زمین پیدا کند، بعلاوه اینکه هر بار اضافه ای که باید حمل شود ، بلافاصله درکنار عمق آب برای شناور شدن بزرگترین کشتی کافی است.
هزینه اصلی چنین کارهایی شاید بطور نسبی درتناسب با توان سوم بیشترین عمق آبخور قابل تحمل توسط کشتی ،افزایش یابد؛ بنابراین طرح رقابت اقتصادی در افزایش سایزکشتی های مدرن مورد توجه است. ظهور کانتینر- بسته بندی واحدهای کوچک کالا در داخل یک واحد بزرگتر – بطور اساسی این مشکل را رفع نکرده است ، بجز این که شاید تعداد پهلوگیریهای جداگانه مورد نیاز را کاهش دهد و بطور گسترده مساحت زمین در ارتباط با هر پهلوگیری را افزایش دهد.مشکل پشتیبانی(support) زمین در خط آب همچنان باقی است .
دیوارهای وزنی
راه حلی که در ابتدا مورد توجه قرار گرفت و به راستی برای سالها مورد استفاده قرار گرفت ، دیوارمحافظ وزنی ، جدا نگهدارنده زمین و آب بود؛ بکمک ترکیب وزن خود با مقاومت passive خاک جلوی آن . برای اطمینان از پشتیبانی کافی بدون نشست خطرناک دیوار و اطمینان از پایداری جانبی آن و مقابله با مشکل لای روبی، لازم است که فونداسیون دیوار به زیر بستر دریا منتقل شود – در برخی موارد خیلی پائین تر از بستر. در ساخت و سازهای قدیمی، تنها راهنمای عمق فونداسیون در مرحله برنامه ریزی ، اطلاعات قبلی در مورد زمین و تیزهوشی مهندسان در شناخت شرایط زمین بر اساس آنچه می دیدند ، بود. بسیاری پروژه ها در حفاری های باز اجرا شده بود، با استفاده از آب بندهای موقت برای نگه داشتن آب دریا. در خاک های ناپایدار و نامساعد، حوادث بوجود آمده توسط ریزش حفاری ناشناخته شده نبود.
در عملیات های مدرن ، هیچ پروژه ای بدون شناسایی کامل شرایط خاک بوسیله تجهیزات گمانه زنی و تست های آزمایشگاهی روی نمونه ها ، آغاز نمی شود.کنترل دائم شرایط خاک در طول ساخت و سازضروری است . باوجود این حوادث ناشی از ناپایداری خاک هنوز بعضی مواقع اتفاق می افتد.
مواد سازنده دیوارها امروزه در سطح جهانی ، بتن ساده یا مسلح است ، بر اساس احتیاجات طراحی است. این مواد بطور کامل جایگزین سنگ های ساختمانی سنگین(سنگ طبیعی) که زمانی برای این ساخت و سازها استفاده می شد، گشت.
در برخی محیط ها مخصوصا آنهایی که دارای آب تمیز هستند و یا طراحی و شرایط خاک نیازی به حفاری عمیق بستر دریا ندارد ، ساخت دیوارهای پهلوگیربوسیله بلوک های بزرگ ،و بعضی مواقع از سنگ اجرا می شود اما عموما از بتن ، که بوسیله غواصان به زیر آب منتقل می شود. اقتصاد این روش تحت تاثیر هزینه بالای غواصان ماهر و سنگینی تجهیزات غواصی است. پیشرفت تجهیزات سبک این مشکل را برطرف کرد.
بلوک های بزرگ بتنی
خطرها و مشکلات مربوط به ساخت دیوار های وزنی در شرایط مساعد ، با استفاده از بلوک های بزرگ بتنی در عمق مورد نیاز پی ، از سطح زمین موجود یا سطح طبیعی دارای شیب می شود . دراین روش قسمت های بزرگ دیوارهای موردنظر روی زمین ساخته شده، که معمولا حدود 50 مترمربع در نقشه هستند، وسپس بوسیله شافتهای قائم به پائین منتقل می شوند. قسمت دیگر دیوار سلخته شده و روی قسمت قبلی قرار می گیرد، خاک بیشتری جابه جا می شود، و این روش تا رسیدن انتهای آن به یک سطح با پایداری قابل قبول ، تکرار می شود.
شافتهایی که بواسطه آنها مواد حفاری جابه جا می شوند، عموما به بیرون طغیان میکند به سادگی عملکرد ورود آبهای زیر زمینی؛ اگرلازم شد، این آب می تواند بوسیله هوای تحت فشار خارج شود. جزئیات مواد حفاری شده سپس در خشکی می تواند بررسی شود.این عمل به دقت زیادی احتیاج دارد زیرا تاثیر شناورسازی هوای فشرده یک المان جدید در ناپایداری بلوک های بزرگ اضافه می کند، و ترکیدن(تراوش ناگهانی هوا) زیر لبه مقطع میتواند طغیانی در محوطه کارگاهی بوجود بیاورد. وقتی لبه پائینی بلوک ها به سطح مورد نظر رسید شافت های حفاری با مجرابندهای بتنی مسدود می شوند. سپس شافت ها خود می توانند پر شوند، بوسیله بتن یا خاکریزهای خشک، و وزن لازم را به دیوارهای نهایی می دهند.
موفقیت در این روش ساخت و ساز تضمین نمی شود.در نمونه پهلوگیرهای وسترن در Southampton ساخته شده بین جنگهای جهانی اول و دوم، بجز با صرف هزینه قابل توجه ، بردن بلوک ها به ته به عمق مورد نیاز برای پایداری دیوارهای محافظ ، امکان پذیر نبود. بنابراین لازم بود که فشار وارد شده به عملیات را بوسیله ( برگرداندن مواد محافظت شده به شیب طبیعی و سقف زنی درز بین پشت بلوک ها و بالای این شیب بوسیله سکوی کمکی(دیوار حائل) بتن مسلح،که در طول سمت دیگر با شمع های بتن مسلح حمایت می شود.
این آرایش بخوبی برای دیوارپهلوگیر بکارگرفته شده است ، امانگهداری شیب طبیعی ، روکش سنگی به عنوان یک محافظ در برابر فرسایش، یک مسئولیت دائم است. علاوه براین وجود سکوی کمکی پشت پهلوگیر ، یک مانع عظیم برای ساخت و سازهای بعدی ایجاد می کند- مانند مخازن و انبارهای انتقال .
دیوارهای صندوقه ای
در شرایطی که عمق بین سطح زمین و سطح نهایی لای روبی شده زیاد نیست و مصالح برای نگهداری در دسترس است، دیوارهای پهلوگیر می تواند از صندوقه های بتنی پیش ساخته ساخت که در محل شناورمی شوند و به بستر آماده سازی شده فروبرده می شوند . در طراحی توانایی صندوقه ها دقت می شود تا فشار مصالح محافظت شده را که برای سطوحی بلافاصله پشت دیوار پهلوگیر انتخاب میشوند ، تحمل کنند. شرایط مناسب برای این شکل از ساخت عموما تیپ مدیترانه است، جائیکه کمی اختلاف جزر و مد عمق آب مورد نیاز را مینیمم نگه می دارد.یک نمونه برجسته از این نوع سازه توسعه قلمرو Monaco که بوسیله این تکنیک آبادسازی شد.بطور مشابه تاسیسات ساخته شده برای حمل و نقل و اهداف تعمیر کشتی در جای دیگری از مدیترانه وجود دارد که در بخش هایی از آن فاکتور زلزله یک تاثیر مضاعف در طراحی دیوارهای حائل است.
دیوارهای صندوقه ای
پهلوگیرهای شمع کوبی شده
هزینه بالا، سختی هاو خطرهای احتمالی اساخت دیوارهای پهلوگیر از انواعی که قبلا تشریح شد، تحقیق برای راهکارهای دیگر را تقویت کرد بطوریکه نیاز به عملیات روی بستردریا و زیر آن را محدود کند. نزدیکترین و مشهودترین راهکار پهلوگیرهای شمع کوبی شده هستند- شمع های آن میتواند توسط کرافت های شناور حرکت داده شوند و پهلوگیر و سازه های بالایی به آن اضافه شود، تمام کارها روی آب انجام می شود.
در مناطقی که رنج جزر و مد زیاد است، گاهی مواقع لازم و سودمند است که در فرصتی که بوسیله جزرومدهای بسیار کم بدست آمده ، شمع ها برای اهداف سفت شدگی و مهاربندی به هم وابسته شوند. با یک برنامه ریزی منطقی برای کار این عمل بدون مشکل خاصی می تواند انجام شود، فرض می شود که بستر دریا یک موقعیت مناسب برای نفوذ شمع تا عمق کافی جهت تامین پایداری جانبی سازه را داراست.سنگ سخت مناسب نیست اما سنگهای شکننده می توانند بوسیله شمع های فلزی سوراخ شوند.
شمع ها می توانند ازالوار، بتن مسلح یا فولاد باشند.الواریک انتخاب معمول است اگر یک منبع طبیعی وسیع از آن موجود باشد. با بکارگیری شمع ها در فواصل نزدیک در هر دو جهت و مهاربندی صلب مناسب بین شمع ها می توان به سختی جانبی و پایداری رسید، و الوار این گونه به ماده ای قابل استفاده در کارهای مورد نظر تبدیل می شود. مشکل اصلی آن دوام اندک است ، مخصوصا در محیط های بین باد و آب ، باوجود این یک پهلوگیر چوبی با نگهداری مناسب می تواند در برابر گهنگی عملکردی معمول مقاومت کند..
نمونه هایی از ساخت که در آنها شمع ها بوسیله قالب ریزی یک دال بتنی مسلح اطراف سرشمع ها، بهم مرتبط شده اند،سطح زیرین آن باید زیر پائین ترین سطح آب قرار گیرد. به این وسیله الوار دائما زیر آب نگه داشته می شوند ، شرایطی که باعث دوام بیشتر الوار می شود
به عبارت دیگر، در آبهای گرمسیری یا نیمه گرمسیری ویا آبهایی که بوسیله فاضلابهای صنعتی گرم می شوند ، وجود خورنده ها دریایی مانع استفاده از الوارمیشود.پهلوگیرهای چوبی برتری زیادی ازنظر سهولت نسبی تعمیرات آسیب ها و تخریب می تواند نشان دهد.
پهلوگیرهای شمع کوبی شده با بتن مسلح ، که به درستی ساخته شده اند ، دوام زیادی را نشان می دهند. اما وابستگی شمع ها جهت مهاربندی و اهداف مشابه ، پیچیده تراز حالت شمع های چوبی است. اجرای تعمیرات و نگهداری های آتی هم یک مشکل است.
پهلوگیرهای شمع – ورق
طراحی
توسعه مفهوم پهلوگیر شمع کوبی شده منجر به طراحی یک پهلوگیر بر پایه شمع ورق های فولادی شد، این طرح با پیشرفت مصالح و بهبود خواص آنها بسرعت عمومیت یافت .شمع ورق فولادی عبارت است از یکسری مقاطع لوله شده با شیارهای چفت کننده ، که کلاج(clutch) نامیده می شوند، در طول هر لبه مقطع . هر شمع به شمعی که قبلا فرو رفته گیر داده می شود، کلاج به کلاج، و سپس هرچه نزدیکتر به عمق مشابه رانده می شود.در این روش یک پرده ممتد و نفوذناپذیر در زمین نصب می شود. در بیشتر طرح ها تحدب مقاطع بطور متناوب برای نشان دادن به یک طرف و خط دیگر در طولی که پرده فرو می رود، آرایش داده می شود بطوریکه یک سازه با سختی جانبی بالا ساخته می شود.در این زمان انعطاف پذیری معین کلاج ها اجازه برخی انحرافهای زاویه ای را می دهد بطوریکه خمیدگی پرده در سراسر پلان امکان پذیر بوده ، به عنوان یک ویژگی ، راحتی گسترش طراحی یک سری پهلوگیر را به همراه دارد.
شمع – ورق
با افزایش وزن و سختی مقاطع بدست آمده از کنگره های لوله شده ، در طی سالها پیشرفت شمع ورق های فولادی را باعث شده است.در هر طرح ، کلاج یک واحد جدا از المان سازه ای اصلی است، عموما از مقاطع بال پهن یا مقاطع عمومی ساخته می شود. در این حالت ، کلاج در یک پروفیل دو شیاره یا دو کاناله ، پشت به پشت ظاهرمی شوند،هر کدام بال تیر کناری را در بر گرفته ، بنابراین بصورت یک ورق یا پوسته در هم قفل می شوند. هر مقطع عمومی وقتی که برای راندن مستقر می شود ، وارد کلاج مقطع رانده شده قبلی می شود و کلاجی برای مقطع بعدی را بهمراه دارد. در طرحی دیگر ، بطور اقتصادی بکمک پیشرفت هایی در روش جوشکاری ممتد اتوماتیک ، مقاطع تیر عمومی لوله شده با یک بال به ناوه ها جوش می شوند ، ساخت و ساز ترکیبی ، یک واحد بی نظیر سخت و بادوام تولید می کند.
افزایش مقدار انرژی منتقل شده ، لزوما با بکارگیری چکش سنگین تر یا رهاشدن از یک ارتفاع بالاتر بدست نمی آید؛ این کار ممکن است فقط باعث آسیب دیدن سر شمع شود بدون رسیدن به نفوذ بیشتر.این مشکل با بکارگیری شمع های فولادی مقاومت بالا رفع شده است. باوجوداین برای یک شمع وجود اندکی آسیب دیدگی در سر آن طبیعی است ، درحالیکه درواقع آسیب گسترده شمع زیر سطح بستر دریا است ، که کارایی آن را به عنوان یک دیوار حائل به خطر می اندازد. این وضعیت ، معمولا خمش شمع، مخصوصا جائیکه مواد بستر دریا شامل تخته سنگ و یا موانع مشابه برای نفوذ باشد، اتفاق می افتد.
این مشکل الزاماتی را برای ساخت دیوارهای حائل نشان داده و بحث های زیادی را بین مهندسان بوجود آورده است. مهارت طراح و آگاهی از خصوصیات مکانیکی خاک هر دو در اصلاح مناسب فاکتورهای نامناسب مختلف ، در جهت رسیدن به موثرترین و اقتصادی ترین راه حل ، شرکت دارند.
در طراحی عادی پهلوگیر شمع ورقی یا دیواراسکله ، خود شمع ورق ها ظاهر پهلوگیر را می سازند، بنابراین عموما توصیه می شود ، که بوسیله ضربه گیرهای چوبی ،از شمع ها در برابر ضربه ناشی از پهلوگرفتن کشتی ها، محافظت به عمل آید. الوارهای قائم در فواصل مشخص بکارگرفته می شوند . پشت بندهای افقی(wooden ridges) بین این الوارها استفاده می شود، اما اینها یک ضرر دارند ، خصوصا در پهلوگیرهای کوچک و با کشتی های دارای تسمه محافظ مخصوص به خود: در یک جزرو مد تسمه ها با تیرهای افقی درگیر می شوند ، باعث آسیب دیدن می شود.
بخش بالایی شمع ورق ، بطور جانبی در سمت دریا مهارنشده است، عموما مهار آن به مقاومت فشاری خاک نگهداشته شده ، برمیگردد. این مقاومت معمولا با مهاربندهای مدفون شده در خاک ،با استفاده ازمیل مهارهای محکم شده ، در عمقی که برای هدف پایداری ، فراتر از خط شیب طبیعی خاک است، بدست می آید….میل مهارهای فولادی نرم یا آلیاژی روکش دار شده در برابرخوردگی، می تواند در میان شمع ورق مرکب دیوار پهلوگیر، با مهره های محافظ بزرگ در قسمت بیرونی ، اجرا شود، یا می تواند به اتصالات جوش شده در پشت شمع کوبی محکم شود.
برتری این نوع دیوار پهلوگیر ، این است که فضای پشت دیوار، بوسیله المان سازه ای یکپارچه و سراسری اشغال نمی شود- مانند عرشه معلق نگداشته شده بوسیله شمع – آرایش آنها برای اصلاحات بعدی با هزینه اندکی می تواند تغییر داده شود . مانند دیوارهای وزنی ، فضا می تواند با مواد مناسب پر شود، بطوریکه برای همه اهداف و خواسته ها ی آتی جوابگو باشد .این نوع آرایش اغلب یک مورد مناسب برای دریاهای آب شیرین است ، برای مقابله با آتش یا کشتی های watering، زیرا باید از آنها در برابر یخ زدگی محافظت شوند.ممکن است در این مواد ، لوازم دارای روکش بتنی و ترانشه های کابل قرار دهند،این کار با استفاده از بتن های پیش ساخته صورت می گیرد، زیرا بارهای تحمیل شده از زمین بندرت برای ایجاد مشکلات جدی نشست، کافی هستند.
تقویت سازه ای
بارگذاری سازه ای قابل شناسایی، برای مثال ناشی ازمسیرهای جرثقیل، میتواند توسط تیرهای بتنی مسلح روی شمع های رانده شده داخل خاک، تحمل شود. ریل های بارانداز، به دلیل این که بیشتر انتقال ها توسط کامیون ها انجام می شود نیاز ضروری به تکیه گاه شمع کوبی شده ندارند، زیرا بارگذاری ناشی از آنها می تواند در باقیمانده ظرفیت باربری خاکریز پخش شود. بعضی نشست ها در آستانه وقوع هستند، و لزوم جبران بوسیله بستن و عوض کردن مسیر ، خرد شدن اتفاقی سطح پهلوگیر را دارد، اغلب دسترسی به تسهیلات اسکله توسط وسایل نقلیه جاده ای تامین می شود.
دیوار پهلوگیر شمع ورقی بسهولت در سایت هایی که نیاز به آب کم عمق یا با عمق متوسط است، اجرا می شود.وقتی عمق مورد نیاز افزایش یابد، یک مقطع شمع ورق با سختی و استحکام مناسب جهت نگه داشتن مصالح حفاظت شده بدون رسیدگی بعدی،از نقطه نظر جابه جایی و کوبش، غیر عملی می شود. یک راهی که به شدت مورد توجه قرار گرفت، پهلوگیر-Dutch است.در این طرح ، بعد از مسیر شمع ورق کوبی شده ، با بکارگیری یک مقطع سخت تر و سنگین تر،پشت زمین تا فاصله ای که توسط شیب مصالح استفاده شده برای خاکریز تعیین شده، حفاری می شود، و پایین ترین سطح آب در دورترین نقطه ممکن مشخص می شود.در این سطح ، یک سکوی کمکی بتن مسلح مقابل شمع ورق کوبی، با تکیه گاه های قائم ، از شمع های باربر کوبیده شده درکف تا عمق مناسب ،ساخته می شود. شمع ها برای مسیرهای جرثقیل در همین زمان، قبل از ساخت سکوی کمکی کوبیده می شوند
مصالح خاکریز روی سکوی کمکی برگردانده می شود، و با این وجود مانع شمع کوبی های بعدی در سطح می شود ، در حالی که فشار نگهداشته شده مقابل شمع ورق کوبی به شدت کاهش یافته ، احتمال شمع کوبی در آینده جرئی است. مزایای داشتن مصالح خاکریز پشت شمع ورق کوبی برای نصب تجهیزات باقی است. در مجموع ، سکوی کمکی، کمک قابل توجهی به مقاومت در برابر وزشهای افقی ناشی از پهلوگرفتن کشتی،می کند ، و برای این افزایش مقاومت بعضی از شمع های نگهدارنده سکو اغلب ، در سمت نمای پهلوگیرکوبیده می شوند. پشت بندهای بتن مسلح بین ورق کوبی و سکو می تواند کمک مضاعف باشد.
پایداری
سئوالی که در ابتدای بکارگیری شمع ورق ها در آبهای نمکی مطرح بود، پایداری بالقوه آنها در شرایط مخرب بود. سرعت خوردگی ، مخصوصا در مسیر آب یا در محدوده جزر و مد، از یک نقطه به نقطه دیگر،مطابق با شرایط آب و تاثیر فاکتورهایی مانند شوری و فاضلاب های صنعتی ، تغییر می کند .روکش دار کردن شمع با یک غشای محافظ مانند قطران ذغال سنگ(tar) و یا یک رنگ آمیزی قیری ، کوتاه مدت است و به مرتبا باید بازسازی شود ، و و فقط زیر پائین ترین سطح آب موثر است.
در ترکیبات فولاد شمع ورق ها برای افزایش دوام آنها ، درصد کمی مس استفاده شد، اما در مورد موثر بودن آن شک وجود دارد.
تائید این که منشا بسیاری از خوردگی ها ی موثر روی شمع ورق های فولادی، الکتروشیمیایی است ، باعث گسترش محافظت های کاتودیک شد، روشی در زمینه های دیگر مخصوصا کشتی سازی، کاربرد وسیعی دارد . خوردگی الکترولیکی با عبور شمع کوبی از جریانهای الکتریکی بوجود می آید ، وباعث می شود شمع یا قسمتی از آن آند یا قطب مثبت می شود ، در چیزی که به پیل گالوانیک یا باتری می رسد. در چنین سلولی ، فلز بطور نرمال از آند حرکت کرده و ممکن است دوباره در کاتد یا قطب منفی ظاهر شود ،و بی تاثیر باقی می ماند.برخی ازاین جریان ها در شمع ورق کوبی ، از نشت تاسیسات الکتریکی مجاور بوجود می آیند، یا تفاوت در وضعیت الکترولیکی سطوح مختلف شمع ، باعث تولید این جریان ها می شود.
محافظت کاتدیک راهی است که به کمک آن قطبیت کاتدیک روی تمام شمع تحمیل می شود ، و عمل آن به عنوان یک آند ( و فسادهای بعدی) حفاظت می شود. این کار با استفاده از یک منبع مناسب – مثلا باتری – برجریان طبیعی تولید شده غلبه کرده و جهت آن را عکس می کنند ، یا با مرتبط کردن فواصل مختلف شمع کوبی به آند های ازبین رونده یک المان – عموما آلومینیوم یا منیزیم – که پیوند اتمی آنها با فولاد شمع کوبی به گونه ایست که بدون عامل خارجی ، یک جریان تولید می کند. این آندها در زمین های اطراف دفن می شوند ، و باید دقت شود که اتصال الکترولیکی کامل بین آنها و شمع ها ، در یک حلقه کامل ، برقرار گردد .گاهی مواقع لازم است که برای اطمینان از اتصال الکترولیکی بین اتصالات آندی در شمع کوبی ، شمع های مجاور بعد از کوبیده شدن، به هم جوش شوند .
هرقدر هم که محافظت کاتودیک اجرا شود ، کارهای جزئی برای نگهداری عملی هم برای منبع جریان و هم برای نوسازی آندهای ازبین رونده باید در نظر گرفته شود. افزایش زیاد پایداری سازه ، تصدیق کننده این روش است.
حوضچه های محدود شده
هر زمان ممکن باشد ، پهلوگیرهای تجاری برای تامین حداکثر آزادی کشتیرانی ، بصورت باز در برابر جزرومد ساخته می شوند. اما در مناطقی از جهان که تفاوت بین حداقل و حداکثر آب بسیار زیاد است بطوریکه تفاوت زیاد در سطح عرشه کشتی و دریچه ها کاستی هایی را در جابه جایی کالا بوجود می آورد. در چنین مناطقی دیوارهای پهلوگیر ممکن است به ابعاد غیر اقتصادی نیاز پیدا کنند.( ارتفاع تمیز شبکه ی دیوارهای پهلوگیر ، عمق رعایت نشده فونداسیون ، باید فاصله بین پائین ترین سطح بستر دریا ،که برای عملیات دریایی قابل قبول است در زمان جزرومد جزئی، تا لبه آزاد مناسب برای این که دیوار پهلوگیر بالاتر ازحداکثر ارتفاع آب در زمان جزرومد شدید باشد، را باید اندازه گرفته شود. این شرایط در مواردی که فقط برای پهلوگیری ساخته می شوند قابل استفاده است….)
این مشکل می تواند با ساخت پهلوگیرهایی بصورت حوضچه های محصور، که سطح آب در آنها ثابت نگه داشته می شود و دسترسی به منطقه جزرومدی بوسیله آب بند ها صورت می گیرد.یک ویژگی بارز برای موفقیت چنین طرحی این است که لایه های بستر زیر سطح حوضچه محصور شده کاملا غیرقابل نفوذ باشند تا از هرگونه افت شدید آب در طول جزرومدهای کوچک جلوگیری شود.در این روش رنج جزرومدی به عنوان یک حد روی ارتفاع دیوارهای پهلوگیر ، میتواند رفع شود.
بخشی از نما که در هر انتها وجود دارد دروازه ها هستند، سازه ای از آب بندهای دریایی ؛ مشکلات موجود برای طراحی آنها مشابه طراحی آنها برای حوضچه های خشک است. اگرچه در کاربری های عادی ، یک آب بند هرگز کاملا خشک نیست، ضروری است که آنها طوری طراحی شوند که قادر به تحمل تنش های وارد شده در مواقعی که آب بند برای بازرسی و نگهداری بطور کامل آبکشی می شود، را دارا باشد.
در طراحی حوضچه های محصور شده ،بطور نرمال ، سطح آب نرمال زیر بالاترین ارتفاع جزرومد نگداشته نمی شود ، زیرا طغیان یک حوضچه محصور، بوسیله یک جزرومد شدید ، فاجعه آمیز است.
چون حوضچه های بسته به گونه هستند که باید آب از دست رفته بوسیله عبور کشتی از آب بند را ذخیره کنند بدون هرگونه افتی در سطح، بطور نرمال ظرفیت حوضچه بوسیله پمپ هایی برای بالابردن آب اضافی از خارج حوضچه به داخل آن ، فراهم می شود.چنین تدابیری بخصوص برای شرایطی که لازم بود سطح آب حوضچه بالاتر از بلندترین جزرومد نگه داشته شود ، استفاده می شود.
گاهی مواقع کشتی ها بزرگتر از آنچه طراحی بر اساس آنها صورت گرفته هستند، امکان ورود آنها، با بالا بردن سطح آب و فراهم کردن عمق افزوده ، بکمک نصب پمپ ها فراهم
حوضچه های بسته عموما درگیر مشکلات عملی زمان محدود ورود و خروج هستند، زیرا آنها در معرض یک برنامه کاملا ثابت جزرومدی هستند. در ابتدا سطح جزرومدی کمتربیرون ، مقدار بیشتر افت آب در عملیات بستن آب بند؛ و دوم، ازنظر اقتصادی نگهداری کل عمق کشتیرانی در کانال دسترسی به ورودی آب بند، در تمام سطوح جزرومدی ، کار آسانی نیست. این شرایط خصوصا در مورد حوضچه هایی است که در همسایگی مصب(دهانه) رود جزرومدی قرار داده می شود . ورودی آب بند جزرومدی Dunkirk برای عبور شبانه ferry از کانال، که طبق جدول زمان بندی حرکت می کنند، نمونه ای از آب بند جزرومدی است که در هر سطحی از جزرومد عمل می کند.
اگر امکان پذیر باشد، آب بندهای دسترسی معمولا دو تا هستند، تا مبادا حوادث مربوط به دریچه ها یا سازه آب بند، عمل کل سطح حوضچه را مختل کند. محاسبه پایداری دیوارهای پهلوگیر در یک حوضچه محصور شده مهم است؛ در تاسیسات قدیمی تر ، چنین محاسباتی بافرض ماندن دائمی آب در سطح طراحی انجام می شد ، و هنگام وقوع یک شکست جدی در آب بند- در نتیجه افت قابل توجه سطح آب – پایداری دیوارهای پهلوگیر زیر سئوال می رفت.