التسرب في السدود الترابية

*وصف عام لمفهوم التسرب في السدود الترابية*:

&يحصل التسرب تحت المنشأة أو بداخلها أو في مكان اتصالها مع الجوانب تحت تأثير الضاغط الحاصل عن الاختلاف في منسوب الماء أمام وخلف المنشأة . من المعروف بأن سرعة التسرب عبر وسط ترابي تتبع إلى معامل النفاذية فكلما زادت قيمته كلما زادت كمية التسرب وبالتالي القوى الناجمة عنها كقوة الضغط الشاقولي وقوى الارتشاح الحجمية (القوى الهيدروديناميكية) التي تحاول تحريك التربة في اتجاه حركة الماء ، مما يؤدي إلى إضعافها وزيادة معامل نفاذيتها .&

&عندما تكون المنشأة مؤلفة من تربة نفوذة (سد ترابي) فإن تيار التسرب فيها يصبح غير مضغوط ، أي يصبح سطح الماء لهذا التيار حراً ويدعى السطح العلوي في المقطع العرضي للسد بخط الاشباع . &

*مفهوم المقاومة الارتشاحية في التربة*:

&عند تصميم وبناء السدود الترابية أو الركامية يجب دراسة مشكلة التشوهات الارتشاحية التي تحدث في جسم السد أو أساساته ، لأن تأمين المقاومة الارتشاحية للتربة يؤثر على أبعاد السد وكذلك على كلفته الاقتصادية .&

&التيار المتسرب عبر جسم السد وأساساته يؤدي إلى ظهور قوى رشح تؤثر على هيكل التربة ، هذه القوى يمكن أن تخفض من استقرار منحدرات السد ويمكن أن تحدث تشوهات داخل جسم السد .&

&عند تصميم السد يجب التمييز بين نوعين من التشوهات :&

&أ – تشوهات رشحية غير خطرة أي لا تتسبب في انهيار المنشأة .&

&ب – تشوهات رشحية خطرة تعمل على انهيار المنشأة .&

&ومن خلال دراسة احصائية للسدود التي انهارت بفعل التشوهات الرشحية تبين أن 80% من حوادث الانهيار كان سببها انهيار التربة بالتيار الرشحي سواء في جسم السد أو أساساته .&

*القوى الارتشاحية الهيدروديناميكية في التربة*:

&إن التيار المتسرب عبر وسط ترابي يؤثر على كل ذرة ترابية بمجموعة من القوى :&

&▪ قوة الضغط الهيدروديناميكي الناجمة عن الاختلاف في تدارج الضغط بين بداية ونهاية الذرة الترابية .&

&▪ قوة الاحتكاك المتجه باتجاه باتجاه التيار المتسرب والمنطبقة على المماس لسطح الذرة الترابية .&

&▪ قوة ناتجة عن الطاقة الحركية (السرعة) تهمل لصغر قيمتها .&

الشكل (1) الرسم التخطيطي لقوى الارتشاح الهيدروديناميكي في التربة

&a  القوى الهيدروديناميكية في التربة . – b القوى المؤثرة على وحدة الحجم من التربة .&

*أشكال التشوهات الارتشاحية في التربة*:

&يؤثر الماء المتسرب عبر جسم السد على هيكل التربة بقوة ميكانيكية تسمى قوة التسرب ، هذه القوة تؤثر على حالة الاجهادات والتشوهات في جسم السد الترابي وتقاوم هذه القوة عن طريق الوزن الذاتي للتربة .&

&تؤثر قوى التسرب في حجم معين من التربة على الذرات المفككة في الترب المفككة (الخشنة) وعلى الركام الغضاري في الترب المتماسكة مما يؤدي إلى فقدان التوازن للذرات وانتقالها مع التيار المتسرب ونتيجة لذلك تحدث أشكال مختلفة من التشوهات في التربة تتبع لحالتها (مفككة ، متماسكة) ومن أشكال التشوهات ما يلي :&

&1 – التآكل الميكانيكي في التربة (سوفوزيا) : انتقال الذرات المفككة في التربة تحت تأثير التيار المتسرب ونميز نوعين : تآكل داخلي عندما تنتقل الذرات داخل الكتلة الترابية وتآكل خارجي عندما تنتقل الذرات خارج الكتلة ، والتآكل الميكانيكي يحدث فقط في الترب الغير متماسكة .&

&2 – التمزق التلامسي : انهيار منطقة التلامس بين التربة الناعمة والتربة الخشنة نتيجة التسرب باتجاه متعامد مع سطح التماس .&

&3 – الاجتراف التلامسي : انهيار التربة الناعمة (غضارية ، رملية) في منطقة التماس مع تربة خشنة نتيجة التسرب باتجاه موازي لخط التماس .&

&4 – تقشر التربة : قلع ركام التربة المتماسكة في منطقة التماس مع تربة خشنة (منطقة التلامس بين النواة والفلتر العكسي) .&

&5- الترسيب : توضع الذرات المنقولة مع التيار المتسرب في فراغات التربة المجاورة (ترسيب داخلي) أو على سطحها (ترسيب خارجي) .&

&6 – التآكل الكيميائي : انحلال الأملاح الموجودة في التربة .&

الشكل (2) المرشحات المقلوبة لقنوات صرف الماء الراشح

&a  التمزق التلامسي . – b الاجتراف التلامسي .&

&التشوهات الارتشاحية تحدث في التربة سواء بحجم صغير أو كبير وهذا يؤدي إلى هبوط تربة جسم السد وانهيار منحدراته وظهور مجاري تسرب كبيرة في جسم المانعة . لذلك تتوقف ديمومة عمل السد على الاختيار الصحيح للمواد الترابية التي تردم في جسم السد وترب الفلتر وتربة المناطق الانتقالية والمصارف .&

&التشوهات الارتشاحية (التمزق التلامسي ، الاجتراف التلامسي ، التقشر) تعتبر من أهم أشكال التآكل في التربة وتسمى بالتآكلات التلامسية .&

&لمنع حدوث التآكل (سوفوزيا) في التربة من الضروري تحقيق الشروط التالية :&

&1 – يجب أن تحتوي التربة على كميات أعظمية من الذرات الخاضعة للإجهادات حتى لا تستطيع قوى التسرب جرف الذرات الناعمة .&

&2 – يجب أن يكون قطر الفراغات في الترب الخشنة أصغر من أقطار الحبيبات الناعمة حتى لا ينقلها التيار الراشح خارج هيكل التربة ، وبناء على ذلك تبعاً للتركيب الحبي للتربة يمكن أن تكون قابلة للتآكل أو غير قابلة والحالة المثالية للتربة الغير قابلة للتآكل عندما يكون تركيبها الحبي ذو قطر حبيبي واحد .&

&3 – قيمة قوى التسرب تتبع لقيم تدارج الضغط ، لذلك عندما تكون تدارجات الضغط كبيرة (مثال عند خروج الماء من المصرف تكون قيمة التدارج كبيرة) تكون قوى التسرب كبيرة وتعمل على جرف وتحريك ذرات التربة في جسم السد في جسم السد ومناطق التماس مع المصارف وجرف الركام الغضاري من جوانب شقوق النواة في حالة ظهورها .&

&إن قدرة التربة على مقاومة التشوهات الارتشاحية تسمى بالمقاومة الارتشاحية للتربة .&

&في السدود الترابية يجب أن تتصف التربة المكونة لجسم السد وأساساته بمقاومتها لقوى التسرب في مختلف أقسامه (موشور جسم السد ، مناطق انتقالية ، نواة فلتر ...) المناطق الانتقالية تعتبر من أهم العناصر التي تؤمن حماية مانعة التسرب (نواة ، شاشة) من التشوهات وتؤمن الارتباط الجيد مع جسم السد .&

&لتقدير المقاومة الارتشاحية للتربة يجب تحديد خاصية قابلية التآكل أو عدم التآكل للتربة التي تدخل في تركيب جسم السد وأساساته وتحديد قيم تدارج الضغط الحرجة التي تؤدي إلى حدوث التآكل والتمزق والاجتراف التلامسيين . وتحديد تدارجات الضغط المسموحة لاجتراف الذرات الناعمة من هيكل التربة التي بفقدانها لا تتأثر مقاومة التربة ومتانتها واستقرار المنشأة . هذه القيم تعتبر ضرورية لاختيار التدابير التصميمية التي تؤمن المقاومة الارتشاحية لترب عناصر السد .&

*المرشحات المقلوبة (الفلتر العكسي)*

&هي مجموعة طبقات تساهم في وقاية الترب من تشوهات الارتشاح الناجمة عن حركة التيار الرشحي ويتم عادة انشاء هذه المرشحات من طبقات تربة غير متماسكة ذات حجوم حبيبية مختلفة ، ويتراوح عدد الطبقات بين طبقة واحدة وثلاث طبقات مرتبة بصورة عمودية على اتجاه تيار الماء الراشح وتبعاً لزيادة حجم الحبيبات تدريجياً على امتداد خط الارتشاح .&

&يعتبر الفلتر مهماً للغاية تعتمد عليه المقاومة الارتشاحية للترب المانعة للتسرب في جسم السد الترابي وكذلك لتربة القاعدة لهذا السبب يجب أن تتوفر فيه الشروط التالية :&

&1 – نفوذية الفلتر يجب أن تكون أكبر من نفوذية التربة المحمية .&

&2 – يجب أن يمنع الفلتر حدوث جميع أشكال التآكل الميكانيكي في التربة المحمية .&

&3 – يجب أن يقاوم الفلتر ظاهرة الانسداد بالذرات المنقولة مع التيار المتسرب .&

&4 – يجب عدم حدوث انجراف في طبقات الفلتر ذاتها وانتقال ذراتها إلى موشور جسم السد .&