كوبري ريون-أنتريون .. الهندسة من غير سبب قلة أدب.

لينك التسجيل الصوتي للمقالة علي ساوند كلاود:
https://on.soundcloud.com/3PWDx

في الهندسة مفيش حاجة من غير سبب مش لإن أي حاجة من غير سبب تبقي قلة أدب زي ما كنا بنقول وإحنا صغيرين بس لإن الهندسة بفلوس وعشان تصرف فلوس لازم يبقي فيه سبب والسبب هو إن البلد اللي اسمها اليونان أو Greece لو إنت خريج مدارس لغات بحكم خلقة ربنا هي عبارة عن شوية جزر جنب بعض زي ما إنت شايف في الخريطة ولو أنا عايز أقطع اليونان كلها بالعربية فأنا زي ما إنت شايف حضطر أمشي علي الطريق الأحمر E75 و E94 و E65 يعني تقريباً حلفلي اليونان كلها بالعربية .. مع إن الحل الأسهل إني أمشي في الخط الأخضر اللي هو الطريق E55 وساعتها تقريباً حختصر نص السكة لإني بدل ما أمشي 420 كيلومتر بالعربية فأنا كل اللي أنا محتاجه إني أعدي من حتة صغيرة أوي في المياه .. الحتة الصغيرة دي هي عنق الزجاجة بتاع حتة اسمها خليج كورينث Gulf of Corinth .. علي الضفة اليمين حتة اسمها ريون Rion وعلي الضفة الشمال حتة اسمها أنتريون Anterion وعشان كده الكوبري لما إتعمل اتسمي ريون-أنتريون.

زمان عشان كنت أعدي بعربيتي من ريون لأنتريون فأنا كنت بركب معدية في رحلة ممكن توصل ساعة كاملة بس لما الكوبري إتعمل الساعة دي بقت 7 دقايق .. اليونانيين قعدوا 100 سنة يفكروا يعملوا الكوبري ده في الحتة دي إزاي وبلاش تبص للمدة الزمنية وتحس إن الكوميديان اللي جواك بينقح عليك عشان تسف علي كليات الهندسة بتاعة اليونان أصل علي الورق الكلام سهل ده كوبري صغير حيتعمل فوق حتة ضيقة أوي من المياه اللي هو تعالوا عندنا شوفوا بنعمل كباري بعدد شعر راسنا إزاي .. لما جم يعملوا دراسة جدوي للمشروع إكتشفوا إنهم لبسوا في الحيط.

الخط الأخضر بيوريك السكة اللي أنا حمشيها لو عديت من كوبري ريون-أنتريون بس علي الناحية الثانية لو قررت أمشي بالطريق الأحمر فأنا تقريباً حقطع اليونان كلها بالعربية وحمشي ضعف المسافة.

صورة تانية للكوبري متصورة من الجو .. حتحس من الصورة إن الكوبري مش طويل أوي وبناء عليه إنت حيبقي صعب عليك إنك تستوعب إزاي كوبري قصير زي ده يبقي كوكتيل خوازيق هندسية بالشكل ده.

ده خلي اليونايين يقرروا إنهم يعملوا الكوبري ده اللي يعتبر من أطول الكباري في العالم .. لما جم يقرروا يعملوا الكوبري ده لقوا إن عندهم مشكلتين معقربين شوية:

أول مشكلة إن اليونان بلد تعتبر من الدول اللي بتتعرض للزلازل بشكل مستمر .. مش زي اليابان بس لما اليونان بيجيلها زلزال بيبقي محترم.
ثاني مشكلة وهي إن بسبب الطبيعة الجغرافية لخليج كورينث إنه بين جبلين فالكوبري ده محطوط في حاجة بنسميها Wind Tunnel رباني يعني بيتعرض لرياح جامدة حبتين.

النهاردة حنحاول نحل مع بعض المشكلتين دول .. إزاي تبني كوبري مضاد للزلازل وفي نفس الوقت بيستحمل الرياح الجامدة ولإن في الهندسة مينفعش تحل كل حاجة مع بعض فخلينا نفصلهم ونبدأ بالمشكلة الأولانية .. إزاي تحمي كوبري إلي حد ما طويل شوية (طوله بيعدي 3 كيلومتر) من الزلازل؟

الخازوق الأولاني .. الزلازل:

الكوبري ده لما إتعمل كان الTarget بتاع التصميم بتاعه إنه يستحمل زلزال قوته 7.4 علي مقياس ريختر وده زلزال كافي أوي إنه يخليلك أي كوبري في الدنيا يتدمر ويتحول لشوية تراب .. سنة 2008 اليونات إتعرضت لزلزال قوي أوي كان مركزه علي بعد 25 كيلومتر من الكوبري بس بسم الله ما شاء الله الكوبري أسد ولا إتهز وبسبب ده فعمليات الإنقاذ تمت بشكل هادي وسريع .. تاني نرجع نسأل: إزاي تحمي كوبري من الزلازل؟

مبدأياً كده بسم الله الرحمن الرحيم الكوبري ده مش معمول علي أرضية صلبة .. وكمان بسبب حركة القشرة الأرضية فالساحل اليمين بيبعد عن الساحل الشمال كل يوم .. إنت عشان تبني كوبري فإنت لازم تحط أساسات يعني تضرب خوازيق في الأرض وعشان تضرب خوزايق في الأرض لازم التربة نفسها تبقي صلبة .. في حالة كوبري ريون-أنتريون فعمق المياه لوحده كان 65 متر وده في حد ذاته مشكلة .. قاع البحر تحت الكوبري عبارة عن رملة وطينة لمئات الأمتار يعني مفيش أرضية صلبة حتي في قاع البحر .. بالعقل كده .. إزاي تثبت كوبري في مكانه وإنت أساساً مش عارف تحطله أساسات؟ طب أزيدك من الشعر بيت .. لو جبت أرض بتتكون من مياه ورمل (اللي هي طبيعة أرضية البحر تحت الكوبري) وعرضتها لزلزال فإنت حتلاقي نفسك قدام ظاهرة طبيعية غريبة أوي اسمها ليكوي-فاكشن Liquefaction وده بإختصار شديد إنك بتلاقي الأرض اللي المفروض إنها تشيل المبني بتاعك تحولت لسائل يعني أي مبني إنت بانيه علي الأرض دي حتغرق جوه الأرض.

الفكرة بتاعة الLiquefaction بمنتهي البساطة إن جزئيات التربة الرملية لما بتتعرض لزلزال فهي بتتهز جامد وعشان كده المسافات البينية بينهم بتبدأ تقل جامد وبناء عليه المياه اللي بين حبيبات الرمال بتنضغط جامد ولما ده يحصل فالمبني أو الكوبري أو أي حاجة إنت بانيها بتغرق في الأرض.

الأرض الرملية اللي فيها مياه ممكن تشيل مبني عادي جداً لحد ما بيحصل زلزال ساعتها الأرض بتتحول لزي ما تكون رملة متحركة Quicksand يعني ممكن المبني كله يغرق في الأرض.

واحد من الحلول اللي ممكن تفكر فيها هي إن ليه لا نشفط الرملة من قاع البحر أو إننا نبدأ نضخ حاجة بضغط عالي جوه الرملة بحيث تطرد المياه منها .. المشكلة زي ما قلتلك إن عمق البحر في الحتة اللي تحت الكوبري بيوصل 65 متر وسمك طبقة الرملة أصلاً لوحده بيعدي 200 متر فالحلين دول مينفعوش .. متحاولش تدور علي أي حل إنت قريت عنه أو درسته في الكلية لإن الحل اللي إتعمل في كوبري ريون-أنتريون كان حل زي ما بنقول كده من بره المنهج .. ضفة أي نهر زي نهر النيل مثلاً بتبقي أرض طينية فيها مياه زيها زي طبيعة التربة بتاعة أرض البحر اللي تحت الكوبري .. بس اللي بيعمل Stabilization أو استقرار لتربة ضفاف الأنهار إن ربنا بيخلق نوع من النجيلة أو النباتات جذورها بتبقي عميقة أوي ممكن توصل 70 متر تحت الأرض والجذور العميقة دي هي اللي بتخلي التربة تستقر .. اللي عمله المهندسين بتوع الكوبري إنهم حطوا حوالي 200 قضيب صلب Steel Rods طول الواحد فيهم حوالي 25 متر في تربة قاع البحر تحت 3 من الأربع عمدان اللي شايلين الكوبري .. بس خلي بالك .. القضبان دي مش مكملة لحد قاع البحر وحتي العمود نفسه بتاع الكوبري مش مريح عليهم.

الفكرة بمنتهي البساطة إنك حتغرز 200 قضيب صلب في التربة تحت 3 عمدان من الأربعة اللي شايلين الكوبري عشان العمدان دي هي اللي تعمل Stabilization للتربة في حالة إن حصل زلزال وعشان ميحصلش Liquefaction.

القضبان الصلب دي بتتزرع في الطبقة الرملية من التربة بحيث إنها لا بتوصل لBedrock اللي هي الطبقة الصلبة اللي تحت ال500 متر رملة ولا حتي العمود اللي شايل الكوبري نفسه بيبقي مريح عليهم.

دي بتبقي الطريقة اللي كل عمود من العمدان اللي شايلة الكوبري بيتبني بيها.

لما الكوبري ده إتعمل مكنش حد متخيل إنه ينفع أصلاً إنك تبني أي حاجة فوق أرض رملية وفيها مياه .. بس لما المهندسين حلوا مشكلة إزاي يحموا الكوبري من إنه يغرق في الرملة لو حصل زلزال إكتشفوا إن عندهم مشكلة تانية .. دلوقتي الكوبري بتاعك مش متثبت في التربة بخوازيق فإزاي تحميه إنه يقع علي جنبه لو حصل زلزال؟ .. لو حصل زلزال فالأرض بتتهز مش بس لفوق وتحت إنما يمين وشمال .. الحل اللي المهندسين راحوله هو إنهم عملوا حاجتين مع بعض:

أولاً هم خلو عمدان الكوبري اللي شايلاه مجوفه وعريض حبتين .. العمود اللي طوله معدي 180 متر بقطر 90 متر في القاعدة ووزن إجمالي 171,000 طن .. اللي فاضل دلوقتي إنك تخلي العمدان العملاقة دي تتحرك براحتها يمين وشمال في حالة إن حصل زلزال بحيث إن لو حصل والعمدان دي مسكت في التربة وهي بتتحرك فالكوبري كله حيقع وهنا بيجي دور الحاجة التانية.
ثانياً إنت عشان توفر حركة Sliding أو زحلقة بشكل ناعم فهم فرشوا زلط في قاع البحر تحت العمدان .. الفكرة كلها في حجم الجزيئات بين الرملة والزلط .. هم فرشوا طبقة زلط بسمك 3 متر تحت العمدان اللي شايلة الكوبري عشان لو حصل زلزال لا قدر الله العمدان تتزحلق براحتها يمين وشمال علي الزلط.

واحد من الحلين اللي المهندسين راحولهم عشان يخلوا الكوبري يتحرك بحرية يمين وشمال في حالة إن حصل زلزال إنهم خلوا العمدان اللي شايله الكوبري مجوفة من جوه والحاجة التانية إنهم فرشوا طبقة زلط تحت كل عمود.

عملية البناء بتاعة واحد من العمدان الأربعة اللي شايلة الكوبري.

كوبري ريون-أنتريون من المباني اللي فعلاً بتوريك إزاي الهندسة بتفرق في حياة الناس .. إنت كنت زمان عشان تعدي بعربيتك من ريون لأنتريون كنت بتستني معدية تاخد منك ساعة بس دلوقتي الرحلة كلها متاخدش معاك 7 دقايق سواقة .. في الأيام المريحة فيه أكتر 12,000 عربية بتعدي من فوق الكوبري .. في الأيام اللي فيها زحمة زي أيام الأجازات العدد ده بسهولة أوي ممكن يوصل 30,000 عربية يومياً .. عشان الكوبري يستوعب العربيات دي كلها فهو متكون من 4 حارات ومعاهم حارتين طواريء بطول بيعدي 3 كيلومتر فإنت بتتكلم عن سطح كوبري أو Bridge Deck عملاق مينفعش بأي حال من الأحوال إنك تثبته فوق العمدان اللي شايلاه لإن لو حصل زلزال والعمدان دي إتهزت وهي متصممة بحيث تستحمل الإهتزاز ده فسطح الكوبري نفسه ممكن يتقطم منك .. محدش قال إنك حتعمل Bridge Deck مبيتحركش .. اللي بقوله إنك محتاج تعمله يتحرك بس بشكل مستقل عن العمدان .. الفكرة اللي المهندسين استخدموها هي الهاموك Hammock وده عبارة عن السرير اللي بيتهز اللي بتشوفه في الأفلام .. الهاموك ده إخترعه السكان الأصليين لأميركا ولما (كريستوفر كولومبوس Christopher Columbus) شافه خده معاه لأوروبا عشان يعمل ثورة في بناء السفن .. زمان المهندسين الأوروبيين مكانوش عارفين إزاي يعملوا سراير مريحة لطاقم السفن اللي بتترج جامد مع موج البحر بس الهاموك تصميمه بيعزلك إنت كواحد نايم عليه عن حركة السفينة العنيفة وده سببه إن الهاموك بيتعمل بنفس نظرية البندول البسيط اللي هو حاجة بتتحرك بتردد ثابت يمين وشمال بغض النظر عن أي حركات عنيفة بتحصل حوليها .. وزي ما الهاموك بيتعلق من حبال فكمان الBridge Deck متعلق بكابلات من نقاط تثبيت فوق العمدان.

بأي حال من الأحوال مينفعش إنك تثبت الBridge Deck في العمدان لإن العمدان متصممة إنها تتهز يمين وشمال بس الBridge Deck لو إتثبت فيهم ممكن يتقطم.

نظرياُ الخشب بيمثل العمدان اللي الكوبري نايم عليها والكوبري نفسه هو الهاموك .. مهما هزيت في الخشب أو لو حصل زلزال فالهاموك عشان هو متعلق زي البندول البسيط فهو مش فارق معاه ومش بيحس بأي حاجة.

الBridge Deck متعلق بكابلات من نقاط تثبيت فوق عمدان الكوبري بحيث إن التصميم شبه تصميم الهاموك عشان الكوبري نفسه يتحرك بحرية بشكل مستقل عن حركة العمدان في حالة إن حصل زلزال.

في الإجتماعات اللي بتتعمل خلال مرحلة التصميم قام مهندس مدني رخم وسأل طب لو حصل زلزال جامد شوية هو مش ممكن الBridge Deck عشان هو بيتحرك بحرية يقوم خابط في واحد من الأذرع الأربعة الرفيعة اللي في كل عمود؟ فجه مهندس ميكانيكا أرخم منه وقاله بسيطة إحنا نفرمل الكوبري وهو بيتهز وزي أي مهندس ميكانيكا فهو سأل نفسه إيه أكتر حاجة بتبطأ الحركة بشكل مريح؟ .. السوست والمساعدين بتوع عربيتك .. الاسم العلمي للمساعدين اللي متركبين في الكوبري هو Viscous Dampers يعني عبارة عن إسطوانة فيها زيت بحيث الإسطوانة دي هي اللي تبطأ حركة الكوبري معتمدة علي واحد من أهم مباديء الفيزياء .. السوائل غير قابلة للإنضغاط.

ال3 أسطوانات دول هم الViscous Dampers أو المساعدين بتوع الكوبري وهم Set أو مجموعة من ضمن Sets كتير متوزعين علي طول الBridge Deck.

إنك كمهندس تعمل كوبري بيقاوم الزلازل فده معناه إنك تعمل كوبري مرن أو Flexible بيتحرك بسهولة عشان ميبقاش ناشف أو Rigid ويتدمر مع أول زلزال يضربه ودي خلاص إتعملت وعرفنا إزاي إتنفذت .. المشكلة إن الزلازل الجامدة مبتحصلش كل يوم .. فين وفين لما اليونان يضربها زلزال جامد إنما اللي كل شوية يضرب الكوبري هو الرياح .. الكوبري صادف إنه معمول بين سلستين جبال وده بيخليه زي ما بنقول كده Natural Wind Tunnel يعني الرياح بتعدي عليه بسرعة عالية أوي وكل يوم .. لما إنت تعمل كوبري Flexible فمعني كده إن الرياح القوية حتخليه يتهز كل شوية فإنت محتاج تعمل الكوبري Rigid عشان يستحمل الرياح بس لو عملته Rigid وحصل زلزال فالكوبري حيقع .. تحلها إزاي دي؟ .. إزاي تعمل كوبري Rigid ماسك نفسك طول أيام السنة عشان يقاوم الرياح بس أول ما يحصل زلزال يرجع تاني Flexible ؟.. الحل سيدي الفاضل هو Firefighting Sprinkler أو رشاش المياه بتاع الحريق.

الخازوق الثاني .. الرياح:

عادة المهندسين لما بيبنوا حاجة مبيكونوش حاطين في إعتبارهم إن الحاجة دي حتبوظ .. بالعكس إحنا لما بنصمم حاجة بنحط في إعتبارنا الWorst Case Scenario يعني أسوأ سيناريو ممكن يخلي الحاجة اللي بنصممها دي يطلع عين اللي جابوها شغل وكمان بنحط من عندنا Factor of Safety .. بس أحياناً بنلجأ إننا نصمم حاجة عشان يحصلها Failure أو تبوظ عند حمل معين وبنبقي قاصدين ده .. الحركة دي بتتسمي Predicted Failure ودي نفس النظرية بتاعة الSprinklers .. لما بيحصل حريق وبتلاقي رشاشات المياه إشتغلت لوحدها عشان تطفي الحريق في المبني فإنت بتتخيل إن فيه نظام تحكم ألي هو اللي بيتولي ده مع إن الحقيقة غير كده خالص .. الSprinkler اللي إنت بتشوفه متعلق في السقف في شغلك أو في أي مول بتدخله فيه بتاعة ملونة اسمها Bulb .. السائل الملون اللي فيها ده بيكون مُصمم بإنه يتمدد عند درجة حرارة معينة اللي 68 درجة مئوية اللي هي درجة حرارة الحريق ولما بيتمدد بيكسر الإزاز بتاع الBulb وبيفتح سكة المياه إنها تترش في المكان اللي الحريق حصلت فيه .. ده اسمه Predictable Failure إني أصمم حاجة إن يحصلها Failure عند درجة حرارة أو حمل معين .. ده نفس الConcept بتاع فيوز الكهرباء وبتاع الAirbag في عربيتك .. السؤال دلوقتي إيه علاقة كل ده بكوبري ريون-أنتريون؟

السائل الملون اللي جوه الإزازة دي بيتمدد و بيفرقع الإزاز لما درجة الحرارة توصل 68 درجة مئوية وساعتها بيفتح السكة للمياه إنها تنزل تطفي الحريق.

الوضع الطبيعي إنك مثبت الكوبري في مكانه عشان يواجه الريح وميفضلش يتهز معاها لحد ما يحصل زلزال ساعتها إنت بتسيب للكوبري حرية الحركة عشان يحمي نفسه من الزلزال .. شايف ال3 مساعدين اللي وريتك صورهم واللي المفروض إنهم يفرملوا الكوبري .. أهو اللي في النص فيهم متركب عليه حاجة اسمها Strat ودي حاجة شبه الفيوز بس هي في الحقيقة فرامل متصممة إنها تتكسر لو الحمل اللي عليها كبر .. بمعني .. الوضع الطبيعي إن الكوبري ناشف مبيتحركش عشان يحمي نفسه من الرياح .. طب لو حصل زلزال؟ .. بمجرد ما قوة الزلزال توصل لمستوي معين فStrat ده بيشتغل كأنه رشاش مياه إنه بيتكسر وبيسمح لطقم السوست والمساعدين اللي متركبين علي طول الكوبري إنهم يشتغلوا والكوبري بيتساب يتمرجح براحته عشان ميتكسرش تحت تأثير الزلزال.

زي ما إنت شايف كوبري ريون-أنتريون هو مثال حي لإزاي إنت كمهندس بتحل أي مشكلة .. إنت مش بتحل المشاكل كلها مع بعض .. إنت بتفصص المشكلة الكبيرة دي لمشكلات أصغر وبتبدأ تحل كل مشكلة صغيرة لوحدها .. واحدة واحدة بتلاقي المشكلة الكبيرة اللي كانت قارفاك في عيشتك إتحلت .. بس يمكن أهم نقطة إن أيا كان الحل بتاعك مينفعش يتقال عليه إنه حل هندسي من غير ما يكون Cost-Effective يعني الفلوس اللي رايحة في تنفيذ الحل حتجيب همها.

المصادر: