موج شکن ها سازه هایی هستند که جهت ایجاد آرامش در بندرگاه، برای تامین ورود مطمئن کشتی ها به آبراهه ها و بنادر، کاهش انرژی ناشی از امواج و حفاظت از سواحل در مقابل امواج، طراحی و احداث می شوند. موج شکن‌ها از دیدگاه های مختلف از جمله شکل هندسی، مصالح به کار برده شده و موقعیت قرارگیری به انواع مختلف دسته بندی می شوند.
از میان انواع موج شکن ها به لحاظ شکل هندسی و مصالح به کار برده شده، موج شکن های توده سنگی از متداول ترین انواع آنها می باشند. در گذشته موج شکن های توده سنگی در آب های کم عمق ساخته می شدند. با افزایش تعداد بندرگاه ها، موج شکن‌ها در اعماق بیشتر و مکان های بازتری ساخته شدند. طراحان با احداث سازه های موج شکن در اعماق آب و مکان های مستقر در معرض امواج بلندتر، دریافتند که باید حجم سنگ مورد نیاز را تا رسیدن به نیمرخ پایدار افزایش دهند.
استفاده از سنگ های بزرگ در سطح بیرونی سازه، حجم مورد نیاز را تا حد زیادی کاهش می داد. سرانجام کاربرد قطعات بتنی دارای اشکال نامنظم با پایه های چندگانه رواج یافتند. پایداری این قطعات در مقابل حمله موج علاوه بر وزن در اثر جفت شدگی قطعات مجاور ایجاد می شود. در موج شکن های شکل پذیر پس از اصابت امواج، تغییر شکل رخ داده و بعد از آن بر اساس شرایط محیطی به پایداری استاتیکی و دینامیکی می رسیم. وجود سکو در سازه شکل پذیر منجر به کاهش بیشتر انرژی موج نسبت به سایر سازه های شکل پذیر می شود. از مزیت های دیگر این نوع موج شکن‌ها نسبت به سایر انواع موج شکن های توده سنگی، می توان به کاهش بالاروی موج در بالای سطح ایستابی، کاهش سرریزی موج از روی سازه، اجرای آسان این سازه ها با توجه به امکانات محدود، ماشین آلات سبک تر و تجربیات پیمانکاران محلی و همچنین به دلیل مجاز بودن تغییرشکل این نوع سازه ها، امکان استفاده بهینه از معادن سنگی در محدوده وسیعتری از مصالح، اشاره کرد. موج شکن ها را می توان از نظر شکل هندسی، مصالح به کار برده شده و موقعیت قرارگیری به انواع مختلف دسته بندی نمود.
موج شکن ها از نظر موقعیت قرارگیری به دو دسته کلی متصل به ساحل و جدا از ساحل تقسیم بندی می گردند. از طرف دیگر در حالت کلی می توان موج شکن‌ها را از نظر نوع ساختمان به صورت شکل زیر تقسیم بندی نمود.
هرچند اغلب موج شکن ها و سازه های حفاظت دارای ارتفاعی بیشتر از بالاترین تراز آب هستند، ولی در بعضی شرایط ممکن است ارتفاع سازه پایین تر از تراز آب باشد و تاج سازه زیر آب قرار گیرد. به موج شکن‌های اخیر که عمدتاً برای حفاظت ساحل به کار می روند موج شکن مستغرق یا ریف (Reef breakwater) گفته می شود. در شکل زیر برخی از انواع موج شکن ها از نظر نوع سازه و ساختمان نشان داده شده است.
ایستایی و پایداری یک موج شکن توده سنگی به عوامل متعددی از جمله شکل ظاهری سنگ های لایه محافظ یا آرمور و وزن مخصوص آنها، نحوه اجرای لایه های بستر و لایه های خود موج شکن، وضعیت هندسی سازه، زاویه شیب، ارتفاع تاج بستگی دارد. این موج شکن‌ها با استفاده از سنگ معدن و یا بدون قطعات بتنی ساخته می شوند. موج شکن های توده سنگی جاذب بسیار خوبی برای امواج می باشند و با توجه به شکل هندسی و ساختار آنها، دارای پایداری و طول عمر بسیار زیاد می باشند که دارای مزایای زیر هستند.
- مصالح سنگی معمولا از معادن محلی قابل حصول هستند.
- اجرای این نوع سازه ها با تجهیزات نسبتا ساده میسر می باشد.
- خرابی این نوع سازه ها به صورت تدریجی بوده و در مراحل مختلف قابل تعمیر می باشد.
موج شکن های توده سنگی به صورت شکل زیر طبقه بندی می شوند.
موج شکن های توده سنگی سنتی
موج شکن های توده سنگی در اوایل قرن هجدهم میلادی به طور ساده با ریختن سنگ به داخل دریا ساخته می شدند، به طوری که سنگ ها در اثر برخورد امواج دوباره آرایش گرفته و نیم رخ اولیه به یک نیم رخ پایدار تبدیل می شود. بعدها برای صرفه جویی در مصالح موج شکن ها به شکل لایه بندی طراحی و اجرا شدند. در شکل زیر نمونه هایی از انواع موج شکن های سنتی دیده می شود.
موج شکن های توده سنگی سنتی یا معمولی رایج ترین انواع موج شکن ها هستند که معمولاً از سه قسمت اصلی تشکیل شده اند:
1- هسته (core): این قسمت موج شکن از مصالح مناسب و نسبتا ریز دانه خروجی معدن ساخته می شود. هسته علاوه بر نقش پرکنندگی و ایجاد شیب لازم، به عنوان پی برای لایه آرمور محسوب می شود و معمولاً از بستر دریا تا بالاتر از تراز ایستابی (phreatic level) ایجاد می شوند. سپس روی هسته لایه میانی یا فیلتر قرار می گیرد.
2- لایه میانی یا لایه فیلتر(filter): سنگ های میانی یا لایه فیلتر با استفاده از مصالح با قطر اسمی متوسط بین قطر اسمی متوسط سنگ های لایه آرمور و سنگ های تشکیل دهنده هسته، جهت جلوگیری از فرار مصالح هسته و ممانعت از نشست مصالح لایه آرمور به داخل هسته اجرا می شود. با توجه به ابعاد مصالح هسته و آرمور، ممکن است بیش از یک لایه میانی نیاز باشد.
3- لایه حفاظ یا لایه آرمور (Armor layer): اصلی ترین لایه موج شکن که در برابر بارهای وارده از طرف امواج دریا مقاومت می کند، لایه آرمور می باشد. برای اجرای این قسمت از موج شکن از بزرگ ترین و سنگین ترین مصالح استفاده می شود. در صورت عدم دسترسی به سنگ مناسب و با ابعاد لازم، از قطعات پیش ساخته بتنی در لایه آرمور استفاده می گردد. شیب پوشیده شده از قطعات بتنی معمولاً گرانتر از قطعات سنگی می باشد، ولی در شرایطی که سنگ های به اندازه کافی بزرگ، در دسترس نباشند، یک گزینه مناسب به حساب می آیند. بزرگترین اندازه سنگی که معمولاً از معادن امکان استخراج دارد، در حدود 20 تا 30 تن می باشد. شیب وجه جلویی سازه معمولا در دامنه 1:1/5 تا 1:4 با توجه به در دسترس بودن سنگ و شرایط خاک محل انتخاب می شود. در صورت استفاده از آرمور بتنی می توان در اکثر حالات از یک شیب تند و تیز استفاده نمود. بر اساس شکل قطعات بتنی و در نتیجه میزان قفل شدگی آن ها شیب سازه معمولا در دامنه 1:1 تا 1:2 انتخاب می گردد.
موج شکن های شکل پذیر
از دهه 80 قرن بیستم میلادی طراحی موج شکن ها بر اساس شکل گیری طبیعی لایه آرمور وجه جلویی موج شکن در طول برخورد امواج، مورد توجه بیشتری قرار گرفته است و در دهه گذشته تمایل به این نوع موج شکن ها افزایش یافته است. در طراحی سازه های موج شکن به سازه اجازه داده می شود که تغییر شکل را تا رسیدن به یک شکل مؤثرتر ادامه دهد. موج شکن های شکل پذیر با توجه به هندسه مقطع به صورت های زیر طراحی می شوند:
از دهه 80 قرن بیستم میلادی طراحی موج شکن ها بر اساس شکل گیری طبیعی لایه آرمور وجه جلویی موج شکن در طول برخورد امواج، مورد توجه بیشتری قرار گرفته است و در دهه گذشته تمایل به این نوع موج شکن‌ها افزایش یافته است. در طراحی سازه های موج شکن به سازه اجازه داده می شود که تغییر شکل را تا رسیدن به یک شکل مؤثرتر ادامه دهد. موج شکن های شکل پذیر با توجه به هندسه مقطع به صورت های زیر طراحی می شوند:
استفاده از یک هسته محافظت شده به وسیله لایه ضخیم آرمور اولیه که در ساخت آن از سنگ های نسبتاً کوچک استفاده می شود. لایه آرمور اولیه پس از برخورد امواج به صورت حرف S تغییر شکل می دهد که از معروف ترین و کاربردی ترین نوع از انواع این سازه ها، موج شکن های سکویی می باشند.
از انواع دیگر موج شکن های توده سنگی، موج شکن های سکویی تشکیل شده از کلاس های متعدد سنگی می باشند. همانطور که در شکل زیر دیده می شود در این موج شکن‌ها با استفاده از کلاس های متعدد سنگی پایداری کل سازه ماکزیمم شده و استفاده بهینه تری از مصالح معدن به دست می آید. در کشور ایسلند این نوع سازه ها استفاده زیادی داشته و به همین دلیل به این نوع از موج شکن های سکویی، عنوان ایسلندی اطلاق گردیده است.
در اعماق زیاد دریا، به منظور کاهش حجم مصالح مصرفی، سازه از ابتدا به صورت نیمرخ S شکل ساخته می شود که در بسیاری از حالات، هزینه های ساخت بسیار بیشتر از ساخت موج شکن های شکل پذیر با مقطع اولیه ذوزنقه ای و یا سکویی می باشد. نمونه ای از این موج شکن‌ها در شکل زیر دیده می شود.
فرآیندهای مطرح در پایداری سازه های توده سنگی
عملکرد یک موج شکن توده سنگی در برابر امواج بدین صورت است که قسمت اصلی انرژی امواج برخوردی توسط شکست امواج روی شیب و باقیمانده آن از طریق عبور جریان از داخل محیط متخلخل، انعکاس امواج به سمت دریا و انتقال امواج به سمت حوضچه آرامش از طریق نفوذ به داخل توده سنگی و یا سرریزی موج از بین می روند. مشخصه های هیدرولیکی به چگونگی فعالیت موج بر روی سازه (واکنش های هیدرولیکی) مربوط می شوند. واکنش هیدرولیکی اصلی شامل بالاروی و پائین آمدگی موج، انعکاس، سرریزی و انتقال موج هستند.
مشخصه های ژئوتکنیکی به مواردی مانند روانگرایی، گرادیان های دینامیکی و فشارهای اضافی حفره ای مربوط می شوند. سازه می تواند توسط تعدادی از مشخصه های سازه ای تشریح شود که بعضی از این مشخصه های مهم عبارتند از شیب سازه، وزن و جرم حجمی سنگها، شکل سنگ، همواری و صافی سطح، چسبندگی، تخلخل، نفوذپذیری، مدول های برشی و حجمی، ابعاد و مقطع عرضی سازه.
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- روش های مقابله با روانگرایی خاک (Soil Liquefaction Mitigation)
- آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
- آزمايش بارگذاری صفحه ای (Plate Loading Test or Plate Bearing Test)
- آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear) Test)
- پدیده فروچاله چیست؟ (?What is The Phenomenon of Sinkhole)
- نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)
- خاک های رمبنده (Collapsible Soil)
- آزمایش دیلاتومتری (DMT: Dilatometer Test)
- مدل سازی فیزیکی در مهندسی ژئوتکنیک (Physical Modeling in Geotechnical Engineering)
- میکرو مکانیک خاک (Soil micro-mechanics)
- پی های حلقه ای، صندوقه ای و پوسته ای (ring, shell & caisson foundation)
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
- نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار ABAQUS
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
- سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
مطالب مرتبط :
