تُعد أعمدة الجسور (Bridge Piers) المغمورة داخل الأنهار والبحار من أكثر العناصر الإنشائية تعرضاً للتأثيرات الهيدروليكية، إذ تتحمل باستمرار قوى الجريان والأمواج والتيارات المائية. ويُعد النحر (Scour) السبب الأول لانهيار الجسور المقامة فوق المجاري المائية، لما يسببه من فقدان للتربة المحيطة بالأساسات وتراجع قدرتها على تحمل الأحمال.
يحدث النحر الموضعي (Local Scour) عند اصطدام الجريان بواجهة العمود، فيتكون جريان هابط (Downflow) يتجه نحو قاع المجرى ثم يتحول إلى دوامة حدوة الحصان (Horseshoe Vortex) تجرف الرواسب من حول القاعدة وتكوّن حفرة النحر (Scour Hole). ويرتبط عمق النحر بسرعة الجريان وعمق المياه وشكل العمود وعرضه وخصائص رسوبيات القاع (Bed Sediment).
وإلى جانب النحر الموضعي، يوجد النحر العام (General Scour) الناتج عن تغير مناسيب القاع في المجرى، ونحر التضيق (Contraction Scour) الذي ينشأ عند تقليص مقطع الجريان بفعل الجسر ودعاماته، فترتفع السرعة وتزداد قدرة المياه على جرف الرواسب. أما في البيئات البحرية فتضاف قوى الأمواج (Wave Loads) وتيارات المد والجزر (Tidal Currents) التي تؤثر في ثبات العمود وتزيد من عمق النحر.
ولا يقتصر تأثير المياه على النحر، فالأعمدة المغمورة تتعرض كذلك للهجوم الكيميائي (Chemical Attack) وصدأ حديد التسليح (Reinforcement Corrosion) بفعل الكلوريدات (Chlorides) والكبريتات (Sulfates) الموجودة في المياه المالحة، إضافة إلى أحمال الصدم (Impact Loads) الناتجة عن السفن والأجسام الطافية، وتراكم الحطام (Debris) الذي يزيد الضغط الجانبي على العمود ويضاعف خطر النحر.
ولمعالجة هذه المخاطر تعتمد الهندسة الحديثة على وسائل حماية مثل الحجارة الواقية (Riprap) والمفروشات الخرسانية (Concrete Mattresses) وزيادة عمق الأوتاد (Piles)، مع تصميم أشكال انسيابية للأعمدة تقلل من شدة الدوامات. كما تُستخدم أجهزة قياس العمق (Sonar) وحساسات مراقبة النحر (Scour Monitoring Sensors)، والنمذجة العددية بالديناميكا الهيدروليكية الحاسوبية (CFD) عبر برامج مثل ANSYS Fluent لتحليل توزيع السرعات والضغوط حول العمود.
وفي الختام، فإن فهم تأثير المياه على أعمدة الجسور المغمورة والتنبؤ بعمق النحر في مرحلة التصميم، مع المراقبة الدورية والصيانة الوقائية، يمثلان الأساس لضمان سلامة الجسور واستمرار عملها طوال عمرها التشغيلي.
قدمتها التدريسية م.م فرح حميد عبد الخضر
ماجستير هندسة مدنية
Source: Arneson, L.A. et al. Evaluating Scour at Bridges (HEC-18), FHWA-HIF-12-003, 2012.