یکی از مهمترین مباحثی که در دهه های اخیر در مهندسی سواحل مطرح می باشد، لزوم استفاده از موج شکن ها در بنادر است. با توجه به توسعه بنادر و حمل و نقل های دریایی و استفاده از سواحل این ضرورتی غیر قابل انکار است. اما از آنجا که موج شکن های سنتی که متشکل از سازه های چند لایه هستند و تامین مصالح مورد نیاز ساخت آنان هزینه بالایی را تحمیل می کند، می بایست به دنبال راه هایی برای بهینه و اقتصادی کردن آن بود.
از همین روی سال هاست که از قطعات بتنی برای ساخت موج شکن ها استفاده می شود. برای این منظور عموما قطعات پیش ساخته بتنی در اشکال و ابعاد مختلف بنا به نیاز سنجی منطقه به کار برده می شوند.
در ادامه با ساز و کارها، کاربردها، طراحی و طول عمر موج شکن ها بیشتر آشنا خواهیم شد.
موج شکن چه نوع سازه ای است و چه کارایی هایی دارد؟
موج شکن ها سازه های گسترده ای برای کنترل فرسایش ساحلی و اطمینان از دسترسی ایمن به بنادر هستند. آنها موانعی هستند که اغلب عمود بر جهت موج غالب قرار می گیرند و بخشی از انرژی موج را جذب، انکسار، شکست و بازتاب می کنند. بنابراین مقدار انرژی رسیده به خط ساحلی را کاهش می دهند؛ در نتیجه ارتفاع موج کاهش می یابد و در نهایت باعث کنترل فرسایش و تسهیل در حرکت کشتی ها می شوند.
موج شکن ها همچنین برای کنترل انتقال رسوبات بین ساحلی در حوضه های بندرگاه استفاده می شوند که به نوبه خود برای کاهش نیاز به لایروبی مفید هستند. از آنجا که گِل ها و رسوبات بندری، ممکن است آلوده باشند و قبل از دفع نیاز به راهکارهای مناسب برای جلوگیری از آلوده شدن داشته باشند، عموما جابجایی و حذف آنها از حوضه های بنادر مشکل ساز است.
برای این منظور از انواع مختلف موج شکن ها می توان استفاده کرد که قابلیت ساخت با مصالح مختلف را دارند. انواع موج شکن ها از نظر نفوذپذیری، امکان پر شدن بیش از حد و در نتیجه میزان کاهش انرژی امواج متفاوت هستند.
موج شکن ها تأثیر قابل توجهی بر سیستم برنامه ریزی شده برای شکست موج و در نتیجه پویایی ساحلی و مورفودینامیک دارند.
همچنین ممکن است پیامدهای ناخواسته ای را در بر داشته باشند؛ از جمله اتلاف انرژی و آب نسبی آرام ایجاد شده در آبریز موج شکن ها که اغلب باعث ایجاد رسوب می شود. این رسوب می تواند منجر به تشکیل یک تامپولو شود که رسوبات ساحل را به دام می اندازد و ممکن است عوارض جانبی ایجاد کند و در نهایت منجر به افزایش فرسایش شود.
موج شکن ها چه اهدافی دارند؟
- شایع ترین هدف موج شکن ها، محافظت در برابر امواج است. این حفاظت ممکن است برای ساحل یا بندر ارائه شود.
- همچنین یک موج شکن ممکن است برای کاهش میزان لایروبی جلوی ورودی بندر مفید باشد.
- در مکان هایی که حفاظت طبیعی کمی وجود دارد یا هیچ گونه حفاظتی وجود ندارد، موج شکن ها اغلب به عنوان امکانات اسکله عمل می کنند.
- چهارمین هدف مهم احتمالی موج شکن ها می تواند هدایت جریان های موجود در کانال یا امتداد ساحل باشد.
در مجموع موج شکن ها ممکن است یک یا چند مورد از الزامات فوق را برآورده کنند.
عناصر کلیدی طراحی موج شکن ها کدامند؟
طراحی موج شکن ابتدا باید با شناسایی پیکربندی بهینه خط ساحلی انجام شود. در واقع موج شکن ها باید به گونه ای ساخته شوند که به نوعی ساحل را تغییر دهند. پس از شناسایی پیکربندی خط ساحلی:
- ادراک موج احتمالی و شرایط سطح آب،
- چگونگی تأثیر موج شکن بر توزیع انرژی موج و
- جریان جزر و مد در ساحل و پاسخ ساحل به شرایط جدید
سه عنصر کلیدی برای انتخاب طرح هندسی مناسب یک موج شکن است.
در طراحی موج شکن ها دانستن چه نوع اطلاعاتی مهم و حیاتی است؟
طراحی موج شکن ها باید همراه با اطلاعات کافی انجام شود که در ادامه نگاهی کوتاه به آنها خواهیم داشت.
- عمق سنجی بسیار مهم است. به عنوان مثال، باید توجه داشت که حجم مواد مورد نیاز برای ساخت موج شکن تپه ای با عمق آب به صورت درجه دوم افزایش می یابد.
- اطلاعات مربوط به سیستم برنامه ریزی شکست موج و جزر و مد ورودی از موارد اصلی طراحی موج شکن است.
- اطلاعات هواشناسی نیز مهم است. بادها نه تنها برای ایجاد موج محلی مهم هستند؛ بلکه می توانند برای برآورد میزان پرتاب بیش از حد با اسپری امواج شکسته نیز مهم باشند.
- از سویی داده های دمایی نیز می تواند برای انتخاب مصالح مورد استفاده مهم باشند. در صورت انتظار چرخه های انجماد و ذوب مکرر، باید از بتن مخصوص استفاده شود.
- آگاهی از شرایط خاک محلی نیز برای طراحی پایه موج شکن ها مورد نیاز است.
- همچنین ممکن است جمع آوری اطلاعات در مورد تغییرات تاریخی در مورفولوژی ساحل نیز مفید باشد.
- در نهایت، در دسترس بودن مصالح ساختمانی یکی دیگر از محرک های مهم است.
برای انتخاب بهترین نوع موج شکن به چه مواردی باید توجه داشت؟
موارد زیر ممکن است برای انتخاب نوع بهینه موج شکن مفید باشند:
- سازه های قلوه سنگی مقاوم ترین نوع موج شکن ها هستند و به همین دلیل برای حمله موج های بسیار سنگین مناسب اند.
- ساختارهای یکپارچه بتنی از فضا و مصالح کمتری استفاده می کنند. این امر به ویژه برای موج شکن های آب های عمیق قابل توجه و مقرون به صرفه تر است.
- انواع خاصی از موج شکن ها معمولا برای کاربردهای خاصی مناسب هستند.
- موج شکن تپه ای و دیوارهای عمودی پر کاربردترین انواع موج شکن ها هستند.
شرح مختصری از موج شکن بتنی تپه ای
یکی از اساسی ترین انواع موج شکن ها موج شکن تپه ای است که در اصل یک توده سنگ است که هسته آن از مواد با کیفیت بالا تشکیل شده است و توسط یک لایه محافظتی از سنگ های بزرگ یا عناصر بتنی پوشانده شده است.
این عناصر بتنی عمدتا بدون تقویت و در اندازه ها و اشکال هندسی مختلف وجود دارند که می توانند شامل مکعب های بتنی عظیم و یا اشکال پیچیده تر مانند دولوس، تتراپود و یا آکروپود باشند.
آشنایی با موج شکن بتنی شکل پذیر
از آنجا که موج شکن های شکل پذیر بر اساس اصابت امواج دریا تغییر شکل داده و در نهایت بر طبق شرایط محیطی و سازه ای به پایداری دینامیکی و استاتیکی می رسند، چنین نامی را بر آنها نهاده اند.
در ساخت این نوع موج شکن ها در کنار محدوده وسیع تری از مصالح مربوط به معادن سنگ بیشتر از قطعات بتنی که دارای شکل های نامنظم هندسی هستند استفاده می شود.
یکی از مزیت های موج شکن بتنی شکل پذیر اجرای آسان آنها است؛ چراکه به امکانات کمتر و ماشین آلات سبک تر نیاز داشته و باعث استفاده بهینه از مصالح می شود.
زمان لازم برای اجرا و طول عمر موج شکن ها چقدر است؟
زمان اجرای این سازه ها بستگی به طراحی و بودجه ای دارد که پروژه می تواند در اختیار داشته باشد.
طول عمر موج شکن های بتنی می تواند به طور معمول بین 30 تا 50 سال باشد. این در حالی است که طول عمر مفید موج شکن های چوبی بین 10 تا 25 سال است.
در اصل می توان چنین گفت که طول عمر موج شکن ها بستگی زیادی به طراحی و مواد استفاده شده در آن ها دارد.
منابع:
https://www.albertomontanari.it/?q=node/129
https://adriadapt.eu/adaptation-options/groynes-breakwaters-artificial-reefs-and-jetties/
