التثبيت الحراري للتربة أسفل الأساسات الخرسانية

ما هو التثبيت الحراري للتربة أسفل الأساسات الخرسانية؟

التثبيت الحراري للتربة هو أسلوب لتحسين التربة. وَلقد لوحظ أن التسخين أو التبريد يُظهر بعض التغييرات الملحوظة في خصائص التربة. حيث تم إجراء العديد من الأبحاث حول نفس الموضوع ولوحظت العديد من النتائج المثيرة للإعجاب والتي وجدت ذات صلة بتثبيت التربة.

تم استخدام التدفئة والتبريد على نطاق واسع كتقنيات لتحسين التربة. حيث أنه في هذه المقالة سيتم مناقشة مفهوم وطريقة وتطبيقات التثبيت الحراري للتربة. ومهما كان وضع التثبيت الحراري الذي نختاره، فلديه الاحتياجات التالية:

• التقييم الحراري لتدفق الحرارة.

• يجب تصميم نظام التدفئة أو التبريد.

• يجب أن تخضع خصائص القوة والإجهاد.

• الوقت للتربة لتحليل الأداء.

مفهوم التثبيت الحراري للتربة:

مثل تحليل التسرب أو التوحيد للتربة، يمكن أيضًا إجراء تحليل تدفق الحرارة. كما يحدث انتقال الحرارة في التربة عن طريق التوصيل والحمل الحراري (الحر القسري بالذوبان) والإشعاع. حيث أن أكثر آليات النقل انتشارًا هي من خلال التوصيل، والذي يحدث في ثلاثة مكونات للتربة وهي المواد الصلبة للتربة والماء (الذي قد يكون على شكل سائل أو جليد أو بخار) وهواء مسامي.

تتأثر ظاهرة التوصيل الحراري بالخصائص الحرارية للتربة والتي تتمثل في التوصيل الحراري والحرارة الكامنة للانصهار وحرارة تبخر مياه التربة والقدرة الحرارية للتربة. كما يتحكم سلوك التدفق الحراري في التربة بشكل أساسي بالحرارة الكامنة لانصهار الماء عند التجميد وحرارة تبخر الماء عند التسخين فوق 1000 درجة مئوية.

يمكن تعريف الحرارة الكامنة للانصهار على أنها كمية الحرارة التي يجب إضافتها إلى وحدة كتلة مادة ما لتغييرها من سائل إلى صلب أو صلب إلى سائل دون أي تغيير في درجة الحرارة. والآن، يتم تعريف حرارة التبخر على أنها الحرارة المطلوبة لتغيير المادة من سائل إلى بخار. يمكن تحديد الموصلية الحرارية للتربة بعدة طرق، بعضها عبارة عن معادلات (Kernsten) التجريبية، وطريقة (Johansen).

التثبيت الحراري للتربة من التسخين أسفل الأساسات الخرسانية:

يلاحظ أنه كلما زادت المدخلات الحرارية لكل كتلة من التربة التي يجب معالجتها، كلما كان التأثير أكبر. وستؤدي الزيادة الطفيفة في درجة الحرارة إلى زيادة قوة التربة ذات الحبيبات الدقيقة بسبب تقليل التنافر الكهربائي بين الجزيئات وتدفق المياه المسامية بسبب الاختلاف في التدرج الحراري وبسبب انخفاض محتوى الرطوبة بسبب زيادة معدل التبخر.

لذلك، وجد أنه من الممكن تقنيًا تثبيت التربة ذات الحبيبات الدقيقة عن طريق التسخين. حيث يوضح البيان المذكور التالي درجة الحرارة والتغير المحتمل المقابل في خصائص التربة.

• (1000C) يسبب الجفاف وزيادة كبيرة في مقاومة الطين. وهذا يؤدي إلى انخفاض في انضغاطية التربة.

• (5000C) تسبب تغييرات دائمة في بنية الطين ينتج عنها انخفاض في اللدونة وكذلك قدرة امتصاص الرطوبة.

• (10000C) تسبب في اندماج جسيمات الطين في مادة صلبة مثل الطوب.

لقد تم تجربته ووجد أن الحرارة كانت قادرة على تغيير الطين الممتد إلى مادة غير ممتدة بشكل أساسي. وعندما يتم حرق السوائل أو الوقود الغازي في الآبار أو حقن الهواء الساخن في ثقوب قطرها 0.15م إلى 0.20م، نتج عن تكوين مناطق مستقرة قطرها 1.3 إلى 2.5 م بعد المعالجة المستمرة لمدة 10 أيام.

وبالتالي، فإنّ التسخين من شأنه أن يتسبب في تغييرات دائمة في التربة ممّا يجعل التربة أكثر صلابة ودائمة. لذلك، قد يتسبب العلاج في انخفاض عام في:

• الانضغاطية للتربة.

• زيادة التماسك التربة.

• زيادة زاوية الاحتكاك الداخلي في التربة.

• زيادة معامل المرونة للتربة.

تحدث هذه التأثيرات في درجات حرارة تتراوح من 300 درجة مئوية إلى أكثر من 10000 درجة مئوية. حيث تذوب التربة عند درجة حرارة من 1250 إلى 17500 درجة مئوية. كما يمكن تقليل نقطة انصهار التربة بإضافة عوامل التدفق مثل (Na2CO3).

تم العثور على كمية طاقة الوقود التي يجب توليدها للحصول على درجات حرارة عالية مكلفة للغاية. حيث اقترح الباحثين إنجلز وميتكالف معادلة تقدير لتقدير تكلفة التثبيت الحراري بالتسخين.

تطبيقات التثبيت الحراري للتربة أسفل الأساسات الخرسانية:

يتم استخدام التدفئة كأسلوب للتثبيت الحراري للتربة بشكل أساسي في الاتحاد السوفياتي وأوروبا الشرقية. كما يتم استخدامه في:

• استقرار الانهيارات الأرضية.

• تحسين التربة التي تتعرض للانهيار.

• بناء الأساس الخرساني الحصيرة.

• تشكيل أكوام مزججة في مكانها.

• الحد من الضغوط الجانبية التي تؤثر على الجدران الاستنادية.

• قد تكون الطريقة المختارة.

• الاحتراق للكهرباء.

• تحقيقات التجفيف بالميكروويف.

• دمج التربة بواسطة شعاع الليزر.