تآكل بسبب الجسر
الأسباب

إن عدم استقرار مجرى النهر مما يؤدي إلى تآكل النهر وتغيير زوايا هجوم الماء يمكن أن يساهم في حدوث تآكل حول دعامات الجسر. يمكن أن يكون للحطام أيضًا تأثير كبير على ذلك التآكل بعدة طرق. يمكن أن يؤدي تراكم المواد حول الدعامة إلى تقليل حجم المجرى المائي تحت الجسر مما يتسبب في تآكل الانكماش في القناة. يمكن أن يؤدي تراكم الحطام على الدعامة إلى زيادة مساحة العوائق وزيادة "التآكل المحلي local scour". يمكن للحطام أن يحرف تدفق المياه، مما يؤدي إلى تغيير زاوية تدفق المياه وزيادة التآكل المحلي. قد يؤدي الحطام أيضًا إلى تحريك القناة بأكملها حول الجسر مما يتسبب في زيادة تدفق المياه والتآكل في مكان آخر.
تتضمن مشاكل التآكل حول الجسور الأكثر شيوعًا عادةً وجود مادة رسوبية رخوة يمكن تآكلها بسهولة. لا ينبغي افتراض أن إجمالي التآكل في التربة المتماسكة أو الأسمنتية لن يكون كبيرًا كما هو الحال في التربة غير المتماسكة؛ فالتآكل يستغرق وقتًا أطول ليتطور.
أمكن استخلاص العديد من معادلات التآكل من الدراسات المعملية، والتي يصعب تحديد مدى قابليتها للتطبيق. ركزت معظم الدراسات على الأرصفة وتكوينات الدعامات، على الرغم من أن معظم مشاكل تآكل الجسور مرتبطة بالتكوين الأكثر تعقيدًا لدعامة الجسر. أمكن التحقق من بعض الدراسات باستخدام بيانات ميدانية محدودة، على الرغم من صعوبة قياسها بدقة لأغراض النمذجة الفيزيائية. أثناء القياسات الميدانية لما بعد التآكل، قد يجري ملء حفرة تآكل تكونت في مرحلة ارتفاع الفيضان، أو عند الذروة، مرة أخرى في مرحلة السقوط. لهذا السبب، لا يمكن ببساطة نمذجة أقصى عمق للتآكل بعد الحدث.
يمكن أن يتسبب التآكل أيضًا في حدوث مشكلات في التحليل الهيدروليكي للجسر. قد يؤدي التآكل إلى تعميق القناة بشكل كبير تحت الجسر ويقلل بشكل فعال أو حتى يزيل المياه الراكدة. ومع ذلك، لا ينبغي الاعتماد على هذا الانخفاض في المياه الراكدة، نظرًا للطبيعة غير المتوقعة للعمليات المعنية.
عند النظر في التآكل، من الطبيعي التمييز بين الرواسب غير المتماسكة (الرسوبيات) والمواد المتماسكة. عادة ما تكون الأولى موضع اهتمام أكبر للدراسات المختبرية. تتطلب المواد المتماسكة تقنيات خاصة ولم تغضع للبحث.
إن القضية الرئيسية الأولى عند النظر في التآكل هي التمييز بين تآكل "المياه الصافية clear-water" وتآكل "قاع المياه الحية Live-bed". والقضية الحاسمة هي ما إذا كان متوسط إجهاد القص في قاع المياه المتدفقة قبل الجسر أقل من أو أكبر من قيمة العتبة اللازمة لتحريك مادة القاع.
إذا كان إجهاد القص في ناحية المنبع (قبل الجسر) أقل من قيمة العتبة، فإن مادة القاع ناحية المنبع تكون في حالة سكون. ويشار إلى هذا بحالة المياه الصافية clear-water لأن تدفق الاقتراب صافٍ ولا يحتوي على رواسب. وبالتالي، فإن أي مادة في القاع يجري إزالتها من حفرة التآكل لا يحدث استبدال لها برواسب منقولة بواسطة الماء المتدفق. يحدث أقصى عمق تآكل محلي عندما يؤدي حجم حفرة التآكل إلى انخفاض محلي في إجهاد القص إلى القيمة الحرجة بحيث لم يعد التدفق قادرًا على إزالة مادة من القاع من المنطقة التي جرى تآكلها.
يحدث تآكل الطبقة الحية Live-bed عندما يكون إجهاد القص ناحية المنبع أكبر من قيمة العتبة وتتحرك مادة طبقة القاع من ناحية المنبع. وهذا يعني أن التدفق ينقل الرواسب باستمرار إلى حفرة التآكل المحلية. لن يتسبب تآكل الطبقة الحية في قناة منتظمة في حدوث حفرة تآكل، لأن حدوث ذلك يستلزم زيادة إضافية في إجهاد القص، مثل تلك الناتجة عن انكماش (طبيعي أو اصطناعي، مثل جسر) أو عائق محلي (مثل رصيف جسر). يحدث حالة تُسمى "عمق التآكل المتوازن" عندما يكون معدل نقل المواد إلى حفرة التآكل هو نفسه معدل نقل المواد للخارج.
عادةً ما يكون أقصى تآكل متوازن للمياه الصافية أكبر بنحو 10% من تآكل الطبقة الحية المتوازن. تشمل الظروف التي تؤدي لتآكل المياه الصافية أن تكون مادة القاع خشنة للغاية بحيث لا يمكن للتيار نقلها، ووجود قنوات نباتية أو صناعية معززة حيث تكون السرعات عالية بما يكفي فقط بسبب التآكل المحلي، أو منحدرات القاع المسطحة أثناء التدفقات المنخفضة.
من الممكن أن يحدث كل من تآكل المياه الصافية وتآكل قاع المياه الحية. أثناء حدوث الفيضان، قد يتغير إجهاد القص في القاع مع تغير تدفقات الفيضان. من الممكن أن يحدث تآكل المياه الصافية في بداية حدوث الفيضان، ثم ينتقل إلى تآكل قاع المياه الحية قبل العودة إلى تآكل المياه الصافية مرة آخرى. لاحظ أن أقصى عمق للتآكل قد يحدث في ظل ظروف تآكل المياه الصافية الأولية، وليس بالضرورة عندما تبلغ مستويات الفيضان ذروتها ويكون تآكل قاع المياه الحية جاريًا. وبالمثل، يمكن تجربة سرعات عالية نسبيًا عندما يكون التدفق محصورًا داخل الضفاف، بدلاً من انتشاره فوق السهول الفيضية عند ذروة التصريف.
إن التوسع الحضري له تأثير يؤدي إلى زيادة في حجم الفيضانات والتسبب في وصول المخططات المائية إلى ذروتها في وقت مبكر، مما يؤدي إلى ارتفاع سرعات التيار وتدهوره. إن تحسينات القناة أو استخراج الحصى (قبل أو بعد الموقع المعني) يمكن أن تغير مستويات المياه وسرعات التدفق ومنحدرات القاع وخصائص نقل الرواسب وبالتالي تؤثر على التآكل. على سبيل المثال، إذا كانت القناة طميية مستقيمة وجرى توسيعها أو تغييرها بأي طريقة أخرى تؤدي إلى زيادة حالة تدفق الطاقة، فإن القناة ستميل إلى العودة إلى حالة طاقة أقل عن طريق التدهور من ناحية المنبع والتوسع والارتفاع في ناحية المصب.
تكمن أهمية تآكل التدهور في تصميم الجسر في أن المهندس يجب أن يقرر ما إذا كان من المرجح أن يظل ارتفاع القناة الحالي ثابتًا طوال عمر الجسر، أو ما إذا كان سيتغير. إذا كان التغيير محتملًا، فيجب السماح به عند تصميم مجرى المياه والأساسات.
قد يؤثر الاستقرار الجانبي لقناة النهر أيضًا على أعماق التآكل، لأن حركة القناة قد تؤدي إلى وضع الجسر أو محاذاته بشكل غير صحيح فيما يتعلق بتدفق المياه. يمكن أن تكون هذه المشكلة كبيرة تحت أي ظرف من الظروف ولكنها قد تكون خطيرة جدًا في المناطق القاحلة أو شبه القاحلة مع جداول الماء المؤقتة (المتقطعة). معدلات التآكل الجانبية غير متوقعة إلى حد كبير. في بعض الأحيان قد تبدأ قناة مستقرة لسنوات عديدة في التآكل فجأة، ولكن التأثيرات المهمة هي الفيضانات وطبيعة مواد ضفاف النهر والنباتات على الضفاف والسهول الفيضية واستخدام الأراضي.
يمكن تصنيف التآكل في مواقع الجسور عادةً على أنه تآكل انكماشي وتآكل محلي. يحدث التآكل الانكماشي على طول مقطع عرضي كامل نتيجة للسرعات المتزايدة وإجهادات القص في القاع الناتجة عن تضييق القناة بواسطة بناء مثل الجسر. بشكل عام، كلما كانت نسبة الفتحة أصغر، كلما زادت سرعة تيار الماء وبالتالي يكون التآكل أكبر. إذا انكمشت التدفقات من سهل فيضي واسع، فقد يحدث تآكل كبير وانهيار للضفة. وقد تتطلب الانقباضات الشديدة نسبيًا صيانة منتظمة لعقود من الزمن لمكافحة التآكل. ومن الواضح أن إحدى الطرق لتقليل تآكل الانكماش هي جعل الفتحة أوسع.
ينشأ التآكل المحلي من السرعات المتزايدة والدوامات المصاحبة مع تسارع المياه حول زوايا الدعامات والأرصفة والسدود الناتئة.