Curious Kids هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار. إذا كان لديك سؤال تريد أن يجيب عليه أحد الخبراء، فأرسله إلى [email protected].
كيف يبنون أشياء مثل الأنفاق والجسور تحت الماء؟ – هيلين، 10 سنوات، سومرفيل، ماساتشوستس
عندما كنت طفلاً، اكتشفت قصة مصورة من كالفن وهوبز والتي طرحت أحد أسئلتي الملحة: كيف يعرفون حد التحميل على الجسور؟ يقول له والد كالفن (بشكل غير صحيح): “إنهم يقودون شاحنات أكبر وأكبر فوقها حتى تنكسر. ثم يقومون بوزن الشاحنة الأخيرة وإعادة بناء الجسر.
وبعد عدة عقود، أصبحت مهندسًا جيوتقنيًا. وهذا يعني أنني أعمل في أي مشاريع بناء تتعلق بالتربة. الآن أعرف الإجابات الحقيقية للأشياء التي يتساءل عنها الناس بشأن البنية التحتية. في كثير من الأحيان، مثل والد كالفن، يفكرون في الأشياء من الاتجاه الخاطئ. لا يحدد المهندسون عادةً حد الحمولة على الجسر؛ وبدلاً من ذلك، يقومون ببناء الجسر لتحمل الحمولة التي يتوقعونها.
الأمر نفسه ينطبق على سؤال آخر أسمعه من وقت لآخر: كيف يقوم المهندسون ببناء الأشياء تحت الماء؟ إنهم في الواقع لا يبنون أشياءً تحت الماء عادةً، بل يبنون أشياء ينتهي بها الأمر تحت الماء. وهنا ما أعنيه.
بناء تحت الأرض، تحت الماء
في بعض الأحيان عندما تقوم بالبناء تحت الماء، فإنك في الحقيقة تبني تحت الأرض. لا يتعلق الأمر بالمياه التي تراها على السطح، بل يتعلق بما يحيط بالهيكل الفعلي الذي تقوم ببنائه.
إذا كان هناك صخور أو تربة حول ما تقوم ببنائه، فعادةً ما يُنظر إلى ذلك على أنه بناء تحت الأرض – حتى لو كانت هناك طبقة من الماء فوقه وهذا كل ما تراه من الأعلى.
عادةً ما يستخدم البناء تحت الأرض آلات حفر الأنفاق القوية لحفر التربة مباشرة. غالبًا ما يطلق على هذه الآلة اسم الخلد لسبب ما. مثل الحيوان، يقوم بإنشاء نفق يشبه الجحر عن طريق الحفر أفقيًا عبر الأرض، وإزالة المواد المحفورة خلفه. إذا تم تنفيذ هذه الطريقة بعناية، فيمكنها بنجاح بناء نفق عبر الأرض أسفل جسم مائي يمكن بعد ذلك تبطينه وتعزيزه.
استخدم المهندسون هذه الطريقة لبناء النفق، على سبيل المثال، وهو نفق للسكك الحديدية أسفل القناة الإنجليزية التي تربط إنجلترا وفرنسا.
على الرغم من أن الآلات الحديثة متقدمة جدًا، إلا أن طريقة البناء هذه بدأت منذ حوالي 200 عام باستخدام درع الأنفاق. في البداية، كانت هذه هياكل دعم مؤقتة توفر مساحة آمنة يمكن للعمال التنقيب منها. تم بناء هياكل مؤقتة جديدة بشكل أعمق وأعمق مع نمو النفق. مع تحسن التصاميم مع الخبرة، تم تصميم الدروع لتكون متحركة وتطورت في النهاية إلى آلة حفر الأنفاق الحديثة.
البناء على أرض جافة قبل الانتقال إلى مكانه
ستكون بعض الهياكل في نهاية المطاف محاطة بالمياه، وتستقر على قاع النهر أو قاع المحيط. ولحسن الحظ، يمتلك المهندسون بعض الحيل لبناء الجسور والأنفاق التي تحتوي على مكونات على اتصال مباشر مع الماء.
البناء تحت الأرض خطير ويصعب الوصول إليه. التعامل مع المياه يجلب تحديات إضافية. في حين أنه يمكن تحريك التربة والصخور جانبًا لإنشاء فتحة مستقرة، فإن المياه ستتحرك دائمًا لملء أي فجوة ويجب ضخها باستمرار بعيدًا.
البشر والمواد والآلات لا تعمل جيدًا تحت الماء أيضًا. يحتاج الناس إلى إمدادات الهواء المستمر. من الصعب وضع الخرسانة تحت الماء، وبعض المواد تعمل فقط على الأرض الجافة. وبما أن محركات الغاز تعتمد على الهواء للعمل، فإن المعدات الموجودة تحت الماء محدودة للغاية.
يتم تنفيذ بعض المهام الأصغر – مثل محاذاة وربط الأجزاء المبنية مسبقًا من النفق أو الفحص للتأكد من أن الغمر لم يسبب أي ضرر – تحت الأمواج، ولكن من غير المرجح أن يتم تنفيذ الجزء الأكبر من البناء. بمجرد إنشاء الهيكل، تتم المراقبة والتقييم المستمر تحت الماء.
نظرًا لأن الناس عمومًا لا يستطيعون البناء تحت الماء، فهناك خياران: إنشاء المبنى في الهواء الطلق ونقله تحت الماء، أو تحويل الموقع تحت الماء مؤقتًا إلى موقع جاف.
بالنسبة للخيار الأول، عادةً ما يقوم الطاقم ببناء أجزاء من الهيكل على أرض جافة ثم يغرقونها في مكانها. على سبيل المثال، تم بناء نفق تيد ويليامز في بوسطن على شكل أقسام في حوض بناء السفن. قام العمال بحفر المسار المستقبلي للنفق في ميناء بوسطن، وإزالة الطين وغيرها من النفايات من الطريق. ثم وضعوا الأجزاء المختومة على طول الخندق المجهز. بمجرد توصيل الأجزاء، فتحوا نهايات المقاطع لإنشاء أنبوب واحد طويل ومستمر. وأخيراً تمت تغطية النفق بالتراب والصخور. تم تنفيذ القليل جدًا من عملية البناء تحت الماء.
وفي حالات أخرى، كما هو الحال في المياه الضحلة، قد يتمكن عمال البناء من البناء مباشرة من السطح. على سبيل المثال، يمكن للعمال دفع الجدران الاستنادية على الواجهة البحرية المصنوعة من الصفائح المعدنية إلى التربة مباشرة من البارجة، دون الحاجة إلى تحويل المياه.
تطهير المياه مؤقتا بعيدا
الخيار الثاني هو التخلص من مشكلة تحت الماء تماما.
في حين أن إنشاء موقع جاف في قاع المسطحات المائية أمر صعب، إلا أن له تاريخًا طويلًا. بعد أن قاد كيس روما عام 410 م، توفي ملك القوط الغربيين ألاريك وهو في طريقه إلى منزله. من أجل حماية دفنه الرائع من لصوص القبور، قام شعب ألاريك مؤقتًا بتحويل نهر محلي لدفنه مع غنائمه في قاع النهر قبل السماح للنهر بالاندفاع مرة أخرى.
في الوقت الحاضر، يستخدم مشروع مثل هذا سد الانضاب: وهو عبارة عن سياج مؤقت مانع للماء يمكن ضخه جافًا لتوفير موقع مفتوح وآمن للبناء. بمجرد تطويق المنطقة وضخها خالية من المياه، تصبح في عالم البناء المنتظم.
يعد استخدام الغواص طريقة أخرى لتوفير منطقة جافة في موقع يكون عادةً تحت الماء. عادة ما يكون الغواص عبارة عن هيكل مسبق الصنع ومقاوم للماء، على شكل كوب مقلوب، حيث يغرق الطاقم في الماء. إنهم يبقونه مضغوطًا لضمان عدم اندفاع الماء. وبمجرد أن يصبح الغواص على أرضية المسطح المائي، فإن ضغط الهواء والضخ يبقيان الموقع جافًا ويسمحان لعمال البناء بالبناء بالداخل. يصبح الغواص جزءًا من الهيكل النهائي.
قام البناؤون ببناء أرصفة جسر بروكلين باستخدام القيسونات. على الرغم من أن القيسونات كانت آمنة من الناحية الهيكلية، إلا أن اختلاف الضغط أثر على العديد من العمال، بما في ذلك كبير المهندسين واشنطن روبلينج. لقد أصيب بمرض الكايسون – المعروف أكثر باسم مرض تخفيف الضغط – واضطر إلى الاستقالة.
يعتبر البناء تحت الماء مهمة معقدة وصعبة، لكن المهندسين طوروا عدة طرق للبناء تحت الماء… في كثير من الأحيان بعدم البناء تحت الماء على الإطلاق.
مرحبًا أيها الأطفال الفضوليون! هل لديك سؤال تود أن يجيب عليه أحد الخبراء؟ اطلب من شخص بالغ أن يرسل سؤالك إلى [email protected]. من فضلك أخبرنا باسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.
وبما أن الفضول ليس له حد عمري – أيها البالغون، أخبرنا بما تتساءل عنه أيضًا. لن نتمكن من الإجابة على كل الأسئلة، لكننا سنبذل قصارى جهدنا.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: آري بيريز، جامعة كوينيبياك
اقرأ أكثر:
آري بيريز لا يعمل لدى أي شركة أو مؤسسة أو يستشيرها أو يمتلك أسهمًا فيها أو يتلقى تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم يكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينه الأكاديمي.