3-6 دراسات التربة والجيولوجيا :

الغرض من هذه الدراسات هو التعرف على طبيعة التربة في منطقة متسعة المساحة نسبيا ومدى ملائمتها لإنشاء الطرق بغرض اختيار مسار او أكثر للطرق المقترحة .

3-6-1 استطلاع المنطقة

استطلاع المنطقة هو المرحلة الأولية لدراسة واختيار مسارات الطريق وتشمل هذه المرحلة البحث عن المعلومات المتاحة عن المنطقة ودراستها بدقة إذ قد تكون هذه المعلومات من الشمول بحيث يمكن تحديد جدوى اقتصادية لكل مسار بالمنطقة وأهم نواحي الاستطلاع هي :

• السمات الطبوغرافية المميزة للمنطقة ويتم معرفة هذه المعلومات من الخرائط المساحية أو الصور الجوية التي تقوم بإصدارها الهيئات الرسمية للدولة .

• السمات الجيولوجية العامة للمنطقة وأنواع الترسيبات السطحية وتتابعها حتى عمق مناسب وأنواع الصخور والتراكيب التي تشتمل عليها والعوامل الجيولوجية ذات التأثير الهندسي على المشروع والإمكانيات المتاحة لمصادر المواد المستخدمة في الرصف والأنشاء بصفة عامة ، ويمكن الحصول على هذه المعلومات من هيئة المساحة وهيئة المساحة الجيولوجية والمشروعات التعدينية و المساحة العسكرية وهيئة البترول وشركاتها .

• خصائص التربة ويتم الحصول عليها من نتائج أعمال الحفر والجسات السابقة بالمنطقة للأعمال والإنشاءات التي قد تكون نفذت سابقا ومنها أعمال الكباري والأنفاق والطرق والمجاري المائية والكهرباء والزراعة وغيرها . . النشاط الزلزالي للمنطقة وبخاصة فى المناطق الجبلية ويتم الحصول على بيانات من محطات الرصد الخاصة به .

• المعلومات الجيومورفولوجية : ويتسم الحصول على المعلومات الجيومورفولوجية من المساحة الجيولوجية والهيئات التعدينية وشركات البترول وذلك لبيان المعالم الطبوغرافية ونشأتها خاصة الوديان ومخرات السيول ومجاري المياه بالاضافة الى السمات والترسيبات السطحية التي تغطى المنطقة وكذلك أماكن الانهيارات الأرضية أو اماكن احتمال حدوثها والمنحدرات الصخرية ومدى اتزانها

• المعلومات الهيدرولوجية : ويتم الحصول عليها من المساحة الجيولوجية وشركات التعدين والبترول لدراسة خزنات المياه الجوفية وحركة المياه الجوفية وكذلك تغيير نفاذية الصخور الحاملة للمياه أو المكونة للخزان الجوفي والآبار والسيول وعلاقتها بالخزان الجوفي بالاضافة الى تحليل المياه الجوفية كيمائيا وبكتر ولوجيا وتتحدد أنواع الصخور والترسيبات التي تغطى سطح المنطقة من الخرائط والتقارير التي تصدرها الهيئة العامة للمساحة الجيولوجية ومن الهيئات العلمية والتعدينية وشركات البترول . وتوقع هذه المعلومات على الخرائط الطبوغرافية ، لتأكيد المعلومات المتاحة وتؤخذ عينات من أنواع الصخور الموجودة على السطح بأسلوب الحفر المكشوف ويتم دراستها وتحديد التركيب المعدني للصخور ويقاس ذلك بالمعلومات الخاصة بالجيولوجيا العامة لمصر وتحدد أنواع الصخور والترسيبات تحت السطحية للعمق الملاكم من الخرائط والتقارير التي تصدرها الهيئة العامة للمساحة الجيولوجية ومن الهيئات العلمية والتعدينية وشركات البترول من واقع أعمال الحفر التي قامت بها هذه الجهات بالمنطقة و لتأكيد المعلومات المتاحة يستخدم التثقيب في الحصول على عينات ممثلة لتتابع طبقات الأرض ، ويتم دراسة العينات لتحديد مكوناتها المعدنية وتصنيفها حسب صفاتها الطبيعية والميكانيكية ويتم توقيع أماكن التنقيبات على الخرائط الطبوغرافية لإنتاج خرائط خاصة بدراسات التربة يمكن أن تشتمل على القطاعات الجيولوجية تحت السطحية للموقع .

ويتم الحصول على الخرائط التركيبية من الهيئة العامة للمساحة الجيولوجية ومن الهيئات العلمية والتعدينية وشركات البترول . وتستخدم هذه الخرائط في تحديد الأثر الهندسي للتراكيب الموجودة بالمنطقة مثل الفوالق و الطيات ونظم التشقق والفواصل .

3-6-1-1 : استكمال المعلومات :

إذا لم تتوفر معلومات من المصادر السابق التنويه عنها فيتم عمل الآتي :

أ- تنفيذ حفر استكشافيه ( حفر اختبار ) يعمق لا يقل عن 1 متر و حتى منسوب المياه الجوفية فى الأراضي الطينية في وادى النيل ومنطقة الدلتا أما في المناطق الصحراوية فيكون بعمق متر واحد على مسافات 5 كيلومتر ومع كل تغيير في نوع التربة .

• يتم التوصيف النظري وتصنيف التربة بهذه الحفز سب نظام AASHTO ) بعد أخذ عينات من الحفر .

• تسجيل لكل حفرة بيانات تصنيفية جيولوجية تشمل نوع الصخر إذا وجد ومدى صلابته ولون الخدش .....  الخ مع أي ملاحظات عن التركيبات الجيولوجية مثل الفوالق والثنيات أذا لوحظت في جوانب الحفر .

• يسجل منسوب المياه الجوفية أذا وجد وتستخرج عينات منها للتحليل .

ب- زياده أعمال الحفر في المنطقة سواء كانت لإنشاء مرافق تحت الأرض أو إنشاءات أخرى وتدوين الملاحظات عنها وبيان تتابع الطبقات وصنف التربة ومنسوب المياه الجوفية وحالة جوانب الحفر وميوله الجانبية .

ج- عمل جسات عميقة في المناطق البكر والتي يدل مظهرها على وجود طبقات لينة مثل الأراضي المنخفضة والمستنقعات  وعموما يتم عمل جسات بعمق 10 أمتار أو اكثر حسب ملاحظات آخذ الجسة وعلى مسافات كل 10 كيلو متر .

د- المسح الجيوفيزيقي في المناطق البكر التي لم يسبق لأى جهة التعامل معها التي تكون ذات طبيعة متنوعة وفيها احتمالات لتغيرات غير مرغوبه في تراكيب التربة .

يستخدم المسح الجيوفيزيقي في استطلاع مناطق واسعة في زمن قصير وبتكاليف اقتصادية مقارنة بالجسات . ويمكن بواسطته تحديد الظروف الشاملة في مسار أو منطقة وليس في نقطة معينة ومع العمق ، وبذلك فأنه يساعد على اكتشاف عدم الانتظام فى الطبقات أسفل الطبقة السطحية من التربة . كما يستخدم المسح الجيوفيزيقي في معرفة مصادر مواد الأنشاء المحصورة في طبقات معينة من التربة . وتفيد المساحة الجيوفيزيقية في تقييم الصفات الديناميكية للتربة و للصخور التي تتعرض لأنفعالات صغيرة كما تفيد في تأكيد وتفصيل وإنتاج الخرائط الجيولوجية تحت السطحية والخرائط التركيبية وإنتاج الخرائط الهيدرولوجية وتستخدم هذه الطرق لاستكشاف المناطق المفتوحة في المشروعات الكبيرة وتنقسم الى نوعين الأول يسمى المساحة الكهربية والثاني يسم . المساحة السيزمية.

3-6-2 معلومات عن الجيولوجيا العامة لمصر :

(أ) الوضع الجغرافي والجيومورفولوجي لمصر : تبلغ مساحة مصر حوالى المليون كيلومترا مربعا ويخترق نهر النيل موقعا متوسطا منها من الجنوب الى الشمال حيث يقسم مصر الى قسمين الجزء الغربي هو الصحراء الغربية التي يمتد ساحلها من غرب الدلتا حتى الحدود الليبية والذى يتميز بوجود عدد من المنخفضات كل منها له أهمية خاصة و القسم الشرقي هو الصحراء الشرقية ويتميز مما به من هضاب وجبال يحدها شرقا شاطئ البحر الأحمر وخليج السويس وممثل شبة جزيرة سيناء وحدة جيومورفولوجية مثلثة الشكل قائمة بذاتها تحدها من الشرق والغرب ضلعي المثلث الذي يحدد خليجي العقبة والسويس ومن الشمال ساحل البحر المتوسط .

(ب) الوصف الجيولوجي لمصر : تتباين جيولوجية صحور سطح مصر تباينا كبيرا كما هو مبين باختصار فيما يلي :

• الصخور النارية والبركانية : تظهر الصخور النارية والبركانية في سلسلة جبال البحر الأحمر ومناطق جنوب سيناء والركن الجنوبي الغربي من مصر في منطقة . جبل العوينات وتغطى حوالى %10٪ من سطح مصر وهى صخور بلورية شديدة الصلابة من أهمها صحور الجرانيت والبركانيات ويكون معظمها جبالاً عالية مسننة يخترقها وديان رئيسية .

• الصخور الرسوبية : وهي الصحور الجيرية والرملية والطفلية أو خليط من نوعين أو أكثر وتكون هذه الصخور طبقات أفقية متوازية تشكل في مجموعها الهضاب المسطحة التي تنحدر حوافها إما باتجاه وادى النيل أو المنخفضات بالواحات الصحراوية . وهي صخور أقل صلابة من الصخور النارية والبركانية .

• الصخور الفتاتية : وهى الصحور التي تنشأ عن تفكك وتحلل الصخور النارية والبركانية أو الرسوبية نتيجة عوامل التعرية الجوية الى كتل أو قطع متباينة الحجم تتدرج حتى تصل الى حجم الرمل أو أقل وهى غالبا رخوة ومفككة ولا يظهر لها شكل طباقي معين .

(ج) المعادن المكونة للصخور : تتكون الصخور من مجموعة من المعادن المختلفة على صورة أكاسيد أو كربونات أو كبريتات و من المعادن التي توجد على صورة أكاسيد مثل الكوارتز والرمل ( أكسيد السيلكون ) و الماجنيتيت ( أكسيد الحديد المغناطيسي ) ومن معادن الكربونات معادن الكالسيت (كربونات الكالسيوم ) وهو حجر جيري والدولوميت وهو خليط من كربونات الكالسيوم والمغنسيوم ومن الكبريتات معدن الجبس ( كبريتات الكالسيوم ) .

3-6-3 التراكيب الجيولوجية :

ويقصد بها الفوالق والصدوع والتي تظهر على هيئة كسر سطح القشرة الأرضية وقد يؤدى الى خفض جزء من هذه القشرة مقابل رفع أو إزاحة أفقية أو مائلة لجزء من سطح الأرض لمسافة قد تكون محدودة ( أقل من بضعة أمتار ) أو كبيره ( عدة كيلو مترات ) ويمكن أن يظهر أثر الفوالق على الصخور الظاهرة على جانب الطريق أو في منطقة محاجر أو الصخور الظاهرة على السطح وعندئذ يمكن للمختصين قياس هذه الفوالق وتحديد ميل محورها ومقدار الإزاحة التي أحدثها .

3-6-4 الرسوبيات المفككة والمنقولة في مصر :

(1) الرمال : يغطى سطح مصر وأراضيها وجبالها بأنواع من الرسوبيات الحديثة التي تظهر على أشكال عده منها الرمال السائبة التي تظهر على هيئة غطاء رقيق في بعض الأماكن ( من بضعة سنتيمترات حتى أكثر من المتر ) أو على هيئة كثبان هلالية متحركة أو على هيئة سيوف طويلة يصل طولها الى أكثر من 100 كيلو متر في بعض الأحيان . ومكونات هذه الرمال خليط من رمال السليكا وفتات الصخور الجيرية والطينية ، وعند إنشاء الطريق يستلزم الأمر دراسة هذه الكثبان والرمال المتحركة ومعرفة مساراتها وسرعة تحركها للعمل على حماية الطريق منها أو اختيار مسار يتعرض لأقل قدر من أضرارها .

 (ب) السبحات : هي أراضي مسطحة سطحها العلوى مشبع بالملح تحيط بالبرك أو المستنقعات أو بالقرب من شواطئ البحار ذات الارتفاعات القريبة من سطح البحر وتتحول السبحات في مناطق الجفاف الى مسطح ملحى من الجبس والأنهدريت كما تظهر السبحات أحيانا بين مسارات الكثبان الرملية و وخاصة في المناطق ذات المنسوب القريب من سطح البحر . ويؤدى تمدد البحر وازدياد الجفاف الذي يتبع فترات ازدياد الرطوبة إلى تكون قشرة هشة سمكها يصل أحيانا ألى أكثر من 20 سنتيمترا يصعب في بعض الأحيان مرور السيارات بها. كما أن مناطق السبحات قد تتحول الى طبقات طينية ملحية أو مائية في فصل الشتاء عند ارتفاع منسوب المياه الأرضية وقلة تأثير عوامل التبخر ، وتظهر السباحات عادة كمناطق رملية طوال العام لوجود خليط الأملاح التي تتميع بفعل الندى والرطوبة في الجو . تقع مناطق السبحات غالبا قرب شواطئ البحار في الأراضي المنخفضة

3-6-5 أعمال الجسات الاستكشافية وأنواعها :

 ( أ ) طبيعة أعمال الجسات الاستكشافية : تتميز طبيعة الجسات الاستكشافية بإمكانية إعطاء معلومات نسبيا أولية عن حالة التربة في أقصر وقت ممكن. وهذه المعلومات يجب أن تكون مفيدة بالنسبة للتخطيط والتعليمات الأولية وأن كان من الواجب عدم إمتدادها أو الأكتفاء بإستخدامها في التصميم النهائي وأحيانا تفيد الأعمال الأستكشافية في أستبعاد منطقة أو جزء منها لظهور صفات أو خصائص غير مرضية .

(ب) أدوات الجس اليدوية : تستخدم أنواع مختلفة من المثقاب اليدوي في استكشاف الطبقات العلوية من التربة إذا كانت التربة متماسكة و يمكن أن يمتد الاستكشاف بهذه الأدوات الى عمق حوالى 7  متر . ويستبدل المثقاب اليدوي بأدوات حفر تناسب نوع التربة ويتصل بأداة الحفر قضيب معدني ينتهى من أعلى بيد دوران . ويمكن استخدام وصلات لزيادة طول القضيب . ويمكن كذلك استخدام مجموعة من الادوات المتكاملة تتضمن الأدوات المساعدة اللازمة لمواجهة الظروف المتغيرة لصفات التربة . وعموما يمكن استخدام أي أدوات نقر وما شابه بحيث يمكن الحصول على عينات مقلقله من التربة تصلح للتعرف عليها وتصنيفها ، ويجب بالنسبة للمناطق التي تغلب عليها التربة العضوية أو الطينية اللينة استخدام معدات وأدوات تتيح الحصول على عينة بأقل درجة من القلقلة .

(ج) الجس اليدوي بالقاسون : يستخدم الجس اليدوي بالقاسون في انواع التربة التي يمكن الحفر فيها بالأنواع المختلفة من المثقاب اليدوي ويضاف الى ذلك البلف الذي يستخدم في الحفر في التربة الرملية . ويصلح الجس اليدوي لأعمال الاستكشاف الأولى والحصول على عينات مقلقلة في أغلب أنواع التربة والحصول على عينات غير مقلقلة لبعض أنواع التربة .

(د) الجسات الميكانيكية بإستخدام المعدات الخفيفة : الغرض من إستخدام المعدات الميكانيكية الخفيفة هي الوصول الى المناطق البعيدة أو ذات الطبيعة الوعرة غير المناسبة النقل المعدات الثقيلة وبذلك يمكن تنفيذ أعمال الاستكشاف الأولى في زمن قصير وبتكاليف قليلة وبأقل عمالة ممكنة . وبعض هذه الأنواع يتم بإستخدام مقص من المواسير وموتور خفيف بحيث يمكن إنزال ورفع أدوات الحفر بسهولة ، ويمكن أيضا إستخدام مثقاب ميكانيكي ذو أداة حفر حلزونية .

(هـ) أعمال الحفر الأختبارية : تعتبر الحفر الأختبارية من الوسائل الفعالة لإستكشاف طبيعة التربة في الأعماق القريبة وأحيانا يمكن أن تمتد حتى عمق يتجاوز 7 متر ، إذا كانت طبيعة التربة تسمح بذلك . تنفذ الحفر الأختبارية بمعدات الحفر ونقل الأتربة ويكون الحفر مفتوحا أو على هيئة خندق بجوانب رأسية للتربة المتماسكة .

ويمكن تنفيذ الحفر باستخدام العمالة البدوية حيث تكون الحفر مفتوحة أو على هيئة بيارة مستديرة المقطع بقطر حوالى 0.80م الى 1.00 م ويتوقف استخدام الحفر الأستكشافية على مدى تماسك أو تلاحم أو صلابة التربة ، بينما لا يمكن إستخدامها في أنواع التربة المتهايلة أو المتحجرة الى درجة الصلابة أو عند وصول الحفر للمياه الأرضية . يجب ردم الحفر بأتباع الأصول الفنية بأستخدام التربة المستخرجة من الحفر ، أو أي مواد أخرى متاحة ومقبولة وأثناء ذلك يتم تأمين الحفر حرضاً على منطقة تنفيذ الحفر .

3-6-6 عينات التربة والصخور :

(أ) عام : يتم إجراء اختبارات تصنيف التربة على العينات المقلقلة ويجب أن تحتوى هذه العينات على جميع مكونات التربة ويتم تحديد الخواص الميكانيكية والطبيعية على التربة غير المقلقلة ، ويتم إجراء تجارب المقاومة والأنضغاطية والحالات التي يتحتم فيها معرفة سلوك التربة في الموقع . ويتوقف عدد ونوع العينات المستخرجة على نوع وتتابع طبقات التربة

(ب) العينات المقلقلة : تستخرج عينات مقلقلة ممثلة للتربة على مسافات رأسية لا تزيد عن 1 متر ومع تغير نوع الطبقة ، مع أخذ عينة أو اكثر من التربة عند سطح الأرض . وتحفظ هذه العينات في أكياس محكمة ويسجل عليها كافة البيانات الخاصة برقم الجسة أو حفر الاختبار وعمق العينة الخاصة بالمشروع وأسم الجهة أو الشركة التي تقوم بعملية الاستكشاف وأسم المهندس أو المشرف . ويرفق بالعينات تقرير يوضح التصنيف الحقلي للعينات ) وبالتالي للتربة ) وقت إستخراجها والتاريخ وحالة الطقس وطريقة الحفر وأخذ العينات ويسجل كذلك في التقرير منسوب المياه الأرضية .

وحسب طرق الاستكشاف الأولى للمنطقة فأن العينات المقلقلة ستكون مستخرجة باستخدام أدوات الجس اليدوية بالأنواع المختلفة من المثقاب أو البلف سواء تم ذلك بالدوران أو بالدق

(ج) العينات غير المقلقلة : يعتمد عدد العينات غير المقلقلة ومدى تمثيلها لطبقات التربة في مرحلة الاستكشاف الأولى على نوع التربة و نوع المعدات المستخدمة في الإستكشاف المعتمدة من المهندس . ويجب أن يتوفر في العينة غير المقلقلة شروط معينة وهى أولا عدم حدوث تشوهات مرئية للطبقات وثانيا عدم تعريض العينة لإجهادات تؤدى الى فقدها جزء من مقاومتها أو إحداث فجوات أو كسور و ثالثا يجب أن يكون الطول المستخرج من العينة 95 % على الأقل من طول المشوار الذي تتحركه الأداة الآخذه للعينة

و في الطين المتوسط الى ضعيف المقوام تستخدم في أخذ عينات التربة غير المقلقلة مواسير الشلبي مع جهاز ضغط مناسب ، وبالنسبة لعينات الطين المتماسك أو شديد التماسك فيمكن إستخدام الدفع أيضا أو يسمح بالدق وبالنسبة للطبقات المتماسكة فيجب أخذ عينة على الأقل إذا لم يتجاوز سمك الطبقة 2  متر تزاد الى عينتين أذا لم يتجاوز سمك الطبقة 6  متر ، وثلاثة عينات أذا كان السمك أكبر من 6 متر . بالنسبة لحفر الاختبار فيمكن استخراج عينات غير مقلقلة منها بالنحت من قاع أو حدار الحفر ، ويجب أن توضع العينة في وعاء أكبر اتساعا منها قليلا ثم تغطى وتغلف كلية بالشمع . ويلاحظ أن يكون الوعاء مصنعا من مادة وبطريقة تجعل جوانبه غير قابلة للانبعاج والتشوه ، و بهذه الطريقة يمكن الحصول على أفضل العينات غير المقلقلة . وتؤخذ عينة على الأقل من كل طبقة من طبقات التربة التي تظهر في الحفر هذه الطبقات تكون لها درجة مناسبه للتماسك بحيث يمكن النحت واستخراج عينة منها بدون تهايل أو تشقق.

بالنسبة للعينات الصخرية غير المقلقلة فيتم ذلك عن طريق أسطوانات خاصة مجهزة بقواطيع من الماس أو الكربيد القوى ولكى يمكن أخذ عينات بها درجة مناسبة من الجودة تستخدم المواسير الثنائية والثلاثية للصخور الضعيفة والمفككة .

(د) عينات الصخر : يتم استخراج عينات الصخر بأستخدام أسطوانات خاصة مجهزة بقواطيع من الماس أو الكربيد القوى وتتوقف جودة عينات الصخر ودقة النتائج المستخرجة منها على طريقة أخذ العينات ويفضل أخذ عينات في المواسير الثنائية أو الثلاثية لإمكانية الحصول على نسبة إستخلاص عالية فى حالة الصخور الضعيفة المفككة.

وتتحدد جودة الطبقة الصخرية حسب نسبة الإستخلاص Recovery ) R ) ودليل جودة الصخر ) Rock Quality Designation R.Q.D) ويعرفان كالاتي :

3-6-7 الاختبارات التي تتم على عينات التربة

- اختبارات التربة تحت طبقات الرصف :

- نسبة الرطوبة الطبيعية

إختبارات تصنيف التربة وهى :

• حد السيولة ، حد اللدونة ، التدرج الحبيبي

• نسبة تحمل كاليفورنيا

• نسبة المواد العضوية

- إختبارات لأغراض تصميم الجسر

• منسوب المياه الجوفية

• تحليل المياه

- إختبارات تحديد التماسك

- إختبارات تحديد زاوية الأحتكاك الداخلي