مهندسی عمران به حرفه ای گفته میشود که دانشهای مرتبط با ریاضیات و همچنین علوم طبیعی را با مطالعه,تحلیل و بررسی, آزمایش و تمرین بدست آورد.
معرفی مهندسی عمران
در این رشته سعی میشود با کمترین هزینه و زمان بهترین سازه را برای بهره برداری بسازند. بطور کلی تفاوت یک سازه مهندسی با سازه غیرمهندسی در این است که در سازه مهندسی اولا زمان ساخت باید مینیمم باشد. ثانیا هزینه باید حداقل باشد. ثالثا سازه باید تمام نیازهایی را که برای آن ساخته شده است برطرف کند. و در آخر اینکه از فضا استفاده بهینه کند. مثلا ممکن است در یک سازه غیرمهندسی ساز مشاهده گردد به دلیل عدم محاسبه و طراحی ستونها از مقاطع فولادی بیش از اندازه بزرگ استفاده شده است. ممکن است در مرحله اول تصور شود که این به معنای استحکام بیش از اندازه سازه است در حالیکه برعکس. به دلیل سنگین تر ساختن سازه احتمال آسیب آن بیشتر میشود. همچنین هزینه و زمان بیشتری صرف شده است و در ضمن فضای بیشتری نیز اشغال شده است. حال برعکس اگر مقاطع کوچکتر از حد نیاز استفاده شود مطمئنا باعث خرابی سازه و به احتمال زیاد باعث مرگ افراد شود.
مهندسان افرادی هستند که آموزشهای حرفه ای برای حرفه خود دیده اند. همچنین از تجربه دیگران نیز در رسیدن به هدفشون استفاده میکنند.
تا قبل از قرن 18 ام میلادی ساخت و سازها عمدتا در دست مهندسان نظامی بود. تمامی امور از جمله تهیه نقشه توپوگرافی, پیدا کردن محل مناسب برای ساخت سازه, طراحی سازه, ساخت سازه و جاده و …. همگی در دست مهندسان نظامی بود. اما در قرن هجدهم بود که مهندسی عمران از مسائل نظامی جدا گشت و به دست مردم غیر نظامی برای امور غیر نظامی رسید.
معرفی مهندسی عمران
مهندسی عمران را میتوان وسیعترین رشته دانست. بدون مهندسی عمران یک جامعه هر چند کوچک نمیتوان شکل گیرد. ساخت زیربناهای یک جامعه وظیفه مهندس عمران است. از جمله این زیربناها میتوان موارد زیر را نام برد:
تهیه آب پاکیزه و آشامیدنی, شبکه های فاضلاب, سدها, نیروگاه ها, خطوط و برجهای ارتباطی, راه آهن, جاده ها و خیابانها, تونلها, کانالهای هدایت آب, هدایت مسیر رودخانه ها, کنترل ترافیک, حمل و نقل انبوه, فرودگاه ها و باندهای هواپیمایی, ترمینالها, واحدهای صنعتی و آسمانخراشها و …
همانطور که گفته شد مهندسی عمران زیربنای جامعه و دنیا را میسازد. با انجام این مهم آینده بشر را بصورت آهسته تغییر میدهد و باعث شکل دادن به تاریخ آن میشود.
کافی است شما جهان بدون مهندسی عمران را برای لحظه ای تصور کنید. مطمئنا حتی تصور آن هم سخت است! یعنی حتی تهیه روزمره ترین نیازهای بشر بدون مهندسی عمران امکان پذیر نیست. به عنوان مثال آب آشامیدنی. بدون مهندسی عمران آب آشامیدنی برای جامعه وجود نداشت و بدون آب آشامیدنی سالم مطمئنا جامعه سالمی نیز وجود نخواهد داشت.
در آخر ذکر این مطلب واجب است که وظیفه تامین بسیاری از نیازهای جامعه بر عهده مهندسان عمران آن جامعه است. این موضوع مسئولیت بسیار سنگینی بر روی دوش مهندسان عمران قرار میدهد. از نیازهای روزمره گرفته تا حتی لوکسترین و تجملاتی ترین سازه ها باید بگونه ای ساخته شوند که ریسک خرابی آن به حداقل رسیده باشد. با خرابی یک سازه عمومی ممکن است جان چند صد نفر در یک لحظه گرفته شود به همین دلیل مسئولیت یک مهندس عمران حتی از یک جراح متخصص نیز بیشتر است و یک اشتباه کوچک ممکن است باعث خسارت غیر قابل جبران شود.
در این قسمت به زمینه های لازم برای مهندسی عمران میپردازیم. به عنوان یک مهندس عمران دنیایی از تخیلات و رویا ها به روی ما باز است. زمینه مهندسی عمران آنقدر وسیع است که یک شخص نمیتواند خودش را محدود به یک قسمت خاصی از آن بکند بلکه باید در بقیه زمینه های آن نیز اطلاعات کافی داشته باشد.
برای جمع بندی میتوان گفت مهندسی عمران یک زمینه رنسانس است که لازمه ی آن داشتن اطلاعات کافی از دیگر رشته ها است.
در زیر رشته هایی آمده است که داشتن اطلاعات کافی از آنها برای هر مهندس عمران لازم است:
پل ورسک در سال 1310 هجری شمسی توسط یک مهندس اتریشی به نام والتر اینگر ساخته شد.
این پل در درّهٔ ورسک در روستای ورسک عباس‌آباد، واقع در ۴۵ کیلومتری جنوب شهر زیراب و۸۵ کیلومتری شهر قائمشهر در محور فیروزکوه قرار دارد؛ و راه آهن سراسری تهران ـ شمال را به هم متصل میکند. این پل دو کوه عظیم و سخت‌گذر عباس‌آباد را به یکدیگر اتصال میدهد.[1]
پل ورسک
این پل در زمان رضا شاه ساخته شده است. نقل است در آن زمان به دستور رضا شاه مهندس طراح این پل یعنی والتر اینگر پس از تکمیل پل و آماده شدن آن برای عبور اولین قطار به همراه خانواده اش در زیر این پل ایستادند تا اگر پل ریزش کرد اولین کشته های این حادثه وی و خانواده اش باشند. این پل با تضمین 70 ساله ساخته شد و اکنون پس از حدود 80 سال که از عمر آن میگذرد هنوز باپرجا و ایمن است.
پل ورسک یک شاهکار مهندسی است که شهرت جهانی دارد. این پل در دوران جنگ جهانی دوم به نام پل پیروزی معروف گشت.
در برخی مراجع به اشتباه گفته شده است که نام ورسک بر روی این پل به این دلیل گذاشته شده است که یکی از مهندسان آلمانی آن چنین نامی داشته است اما در واقع ورسک نام قریه ای در قسمت شمالی این پل است که در زمان ساخت آن متشکل از 20 خانوار بود.
مشخصات فنی پل ورسک سوادکوه:
به طور معمول برای پلهای متصل کننده دو کوه از سیستم قوسی (ARCH) استفاده میشود زیرا در این نوع پلها هر پایه پل بر روی یکی از کوهها قرار داده شده و با کمک قوس ایجاد شده تنش وارده بر پل به پایه ها منتقل میشود. زیرا قرار دادن پایه در وسط پل به دلیل ارتفاعی که از زمین (دره) دارد به هیچوجه اقتصادی نیست (و شاید در برخی موارد اصلا عملی نباشد). به طور میانگین پلهای قوسی دهانه بین 40 تا 500 متر دارند که البته مواردی از این پلها هستند که دهانه هایی بسیار بزرگتر از این رقم دارند اما بازه میانگین آن در همین حدود است. البته باید دقت کنید. با این توضیحات کوتاه درباره پلهای قوسی به مشخصات فنی پل ورسک میپردازیم:
طول دهانه قوسی این پل 66 متر و طول کلی آن 73.2 متر است. این پل از ملات سیمان و شن شسته شده و آجر ساخته شده است و جالب است بدانید در ساخت این پل از هیچگونه آرماتور استفاده نشده است (در واقع این پل از بتن غیر مسلح بنا شده است). هزینه ساخت این پل در آن زمان حدود 2 میلیون و 600 هزار تومان بود. در حال حاضر قطارهای تهران – ساری و تهران گرگان روزانه 4 بار از روی این پل میگذرند.
جریانات جنگ جهانی دوم:
در دوران جنگ جهانی دوم در سال 1943 که احتمال میرفت متفقین به ایران حمله کنند هیتلر نامه ای به رضا شاه فرستاد که در آن از رضا شاه خواسته بود برخی از قسمتهای راه آهن ایران را با بمب تخریب کند (پل ورسک نیز جزو این قسمتها بود) تا متفقین نتوانند از راه آهن برای کمک به استالینگراد استفاده کنند. و همچنین در این نامه قول داده شده بود که پس از پایان جنگ به پاس زحمات رضا شاه این قسمتها توسط آلمانی ها بهتر از گذشته ساخته میشوند. رضا شاه با تاکید بر این موضوع که ایران عضو کنوانسیون ژنو بوده و در این جنگ نیز اعلام بی طرفی نموده است گفت هیچ کشوری حق ورود به خاک ایران را ندارد.
آرامگاه طراح اتریشی این پل – والتر اینگر – در نزدیکی این شاهکار تاریخیش قرار گرفته است.
ساخت بناها و آسمانخراشها, جاده ها و تقریبا همه سازه های دیگر نیازمند شناخت و فهم کافی از مشخصات فیزیکی و شیمیایی خاک دارد. یک محدوده مهندسی که به ساختار و سختی خاک و همچنین به قدرت تحمل بار آن میپردازد. درست همانند چوب, استیل و بتن خاک نیز جزو مصالح ساختمانی است که یک حد تحمل بار دارد.
خاک از دانه های ریزی تشکیل شده است که ثمره ی شکست و تجزیه به مرور زمان سنگها تحت تغییرات و شرایط آب و هوایی هستند. مشخصات خاک در هر منطقه متفاوت است. این تفاوت به دلیل مواد معدنی مختلف, اندازه و شکل دانه ها و … است. این تفاوت به حدی است که حتی در یک منطقه مشخص نیز ممکن است لایه های مختلفی از خاک وجود داشته باشد که هر کدام از این لایه ها ویژگی های خاص خود را داشته باشند.
آب و هوا نیز قسمت مشخصی از مواد داخل خاک را تشکیل میدهند و تاثیر بسیار زیادی در مشخصات خاک دارند. در واقع بسته به میزان آب و هوا دانه های خاک در هنگامی که بار بر روی آنها وارد میشود جابجا میشوند.
ترکیب فیزیکی محیط خاک مشخص کننده قدرت کلی آن است. به گفته محققان دانشگاه غرب انگلیس آرایش فیزیکی خاک به نوع مواد معدنی و اندازه و شکل دانه ها بستگی دارد.
قسمت جامد خاک را مواد معدنی ته نشین شده, رس و مواد ارگانیک تشکیل میدهد. در حالیکه قسمت مایع آن را مقادیر مختلف آب و قسمت گاز آنرا هوا تشکیل میدهد. در واقع خاک را باید ترکیبی از این سه قسمت دانست. در عملیات تراکم خاک سعی میشود آب و هوای محبوس داخل خاک را از آن جدا کنند که با این عمل حفره های خاک از بین رفته, حجم آن کمتر شده و قدرت باربری آن افزایش می یابد. با برداشته شدن بار از روی خاک و اضافه کردن آب و هوا حجم خاک دوباره افزایش پیدا میکند ( به قول معروف گفته میشود خاک ری میکند ) که این نسبت افزایش حجم برای خاکهای مختلف میتواند متفاوت باشد.
اثرات هیدرولیکی:
اثرات هیدرولیکی مربوط میشوند به این موضوع که قسمت مایع خاک چه تاثیراتی در قدرت کلی و رفتار آن زیر بار دارد.
برج ناقوس پیزا (برج کج پیزا) در شهر پیزا در ایتالیا واقع است. این برج محل ناقوس های کلیسای جامع این شهر است که البته مدتها بعد از خود کلیسا به اتمام رسید. به همین دلیل این برج سومین سازه از لحاظ قدیمی بودن در میدان کلیسای جامع شهر پیزا است. یعنی بعد از خود کلیسا و تعمیدگاه.
برج پیزا - ایتالیا
طول این برج 55.86 متر از طرف پایین آن و 56.70 متر از طرف بالای آن است. یعنی دو طرف این برج 0.84 متر تفاوت ارتفاع دارند. عرض دیوارها در پایه برج 4.09 متر و در بالای برج 2.48 متر است که وزن این برج را به 14500 تن رسانده است. به طور دقیق این برج دارای 296 پله است.
در حال حاضر این برج با زاویه 3.99 درجه مایل است که یعنی بالاترین قسمت این برج 3.9 متر انحراف دارد.
ساخت این پل به دلیل کج شدنش همراه با مشکلات زیادی بوده که باعث شد تا آن در سه مرحله و در طول 166 سال ساخته شود.
ساخت طبقه اول آن در تاریخ 3 اوت 1173 شروع شد. در سال 1178 که ساخت برج تا طبقه سوم پیش رفته بود کج شدن آن شروع شد. این کج شدن به دلیل جنس خاکی است که این برج بر روی آن ساخته شده است. به دلیل اسفنجی بوده این خاک به مرور زمان این برج در آن فرو میرود و چون یک طرف آن زودتر از طرف دیگر فرو میرود باعث مایل شدن آن شده است. به دلیل این مشکل و همچنین به دلیل جنگهایی که در این تاریخ این شهر مشاهده کرد ساخت برج پیزا متوقف شد.
در سال 1272 ادامه ساخت این برج آغاز گشت. به دلیل مایل بودن برج, مهندسان یک طرف آن را بلندتر از طرف دیگر ساختند که این موضوع باعث شده برج پیزا در واقع یک منحنی بسیار کند باشد. دوباره عملیات ساخت این برج در سال 1284 متوقف شد. اینبار به دلیل شکست پیزایی ها در نبرد ملوریا بود.
سرانجام در سال 1319 طبقه هفتم برج و در سال 1372 اتاق ناقوس آن (طبقه هشتم) تکمیل شد. هفت ناقوس در این برج گذاشته شد که هر کدام برای یک نت اصلی موسیقی در نظر گرفته شده بودند.
ناقوس اول: قالبگیری شده در سال 1654 با وزن 3620 کیلوگرم
ناقوس دوم: قالبگیری شده در سال 1572 با وزن 2462 کیلوگرم
ناقوس سوم: قالبگیری شده در سال 1720 با وزن 1448 کیلوگرم
ناقوس چهارم: قالبگیری شده در سال 1473 با وزن 300 کیلوگرم
ناقوس پنجم: قالبگیری شده در سال 1262 با وزن 1014 کیلوگرم
ناقوس ششم: قالبگیری شده در قرن 14ام و دوباره در سال 1501 با وزن 1000 کیلوگرم
ناقوس هفتم: قالبگیری شده در سال 1606 و دوباره در سال 2004با وزن 652 کیلوگرم
برج ناقوس پیزا
در بین سالهای 1990 تا 2001 مهندسان مشغول عملیات مقاوم سازی برج پیزا شدند. به همین دلیل در این بازه بازدید از این برج ممنوع بود و اما بعد از اتمام این عملیات مجددا بازدید از برج پیزا در سال 2001 آزاد اعلام شد.
1- به غیر از کعبه کدام مسجد اولین مسجد ساخته شده در دنیا بود؟
مسجد القباء – این مسجد با فاصله زمانی کمی قبل از مسجد النبی که به اشتباه توسط برخی افراد به عنوان اولین مسجد ساخته شده در نظر گرفته میشود, ساخته شد. مسجد القباء در نزدیکی مسجد النبی در مدینه واقع شده است.
موزه بریتانیا در لندن – انگلیس (British Museum-london) یک موزه تاریخ بشر و فرهنگ است. ساختمان این موزه که به طرح ساختمانهای یونانیان است با 44 ستون 14 متری استوار شده است.
موزه بریتانیا لندن انگلستان - British Museum london
در زمان قرن اول میلادی رم یک امپراطوری بسیار قدرتمند بود. محدوده این امپراطوری از شرق تا دریای خزر و از شمال تا جزایر بریتانیا و از جنوب تا شمال آفریقا بود.
بناهای روم باستان
رومی ها برای متصل کردن شهرهایشان به یکدیگر اقدام به ساخت جاده هایی با سطح سخت کردند و توسط قناتها آب از چشمه های موجود در کوه به شهرها میرساندند.
کالاهای تجملی از همه نقاط جهان به بندر بزرگ رم ارسال میشد. در این زمان حتی ساختمانهای کوچکی در رم ساخته شده بودند که در آنها از پنجره های شیشه ای استفاده شده بود.
رومی ها زمان آزاد خود را با مشاهده بازی ها و مسابقات ورزشی از قبیل ارابه سواری و … پر میکردند و در حمام های عمومی جمع میشدند برای گفت و گو و آرامش. امپراطور وقت برای راضی نگه داشتن مردمان به مهندسان خود دستور ساخت ساختمانهایی از بتن را داد که مردم میتوانستند در آنها جمع شوند و به خوشگذرانی بپردازند. در این ساختمانها مجسمه های بسیار زیادی از موزاییک و مرمر وارداتی ساخته شده بود.
و اما بناهای معروف رومی:
1- Pont du Gard :
Pont du Gard (پنت دو گارد)
Pont du Gard (پنت دو گارد) قسمتی از قناتی است که آب را از چشمه کوه برای حمام ها و خانه ها در Nimes فرانسه که در آن زمان یک شهر رومی بود انتقال میداد. کانال آب تقریبا در تمام مسیری که قنات از بین کوه ها و دره ها میگذشت تراز بود.
2- Colosseum :
کولوسئوم (Colosseum)
کولوسئوم (Colosseum) با 50000 نفر ظرفیت ساخته شده از معابر طاق بتنی بود که توسط پله ها امکان دسترسی داشت.
هر کدام از تماشگران میتوانستند در کمتر از 5 دقیقه کولوسئوم را توسط خروجی هایی با نام vomitoria ترک کنند. از این بنا به منظور های متفاوتی استفاده میشد که معروفترین آنها نبرد گلادیاتورها با شیرهایی بود که توسط درهای مخفی به میدان وارد میشدند.
3- Baths of Caracalla :
حمامهای کارکالای - Baths of Caracalla
امپراطور کارکالای این حمام ها را بین سالهای 211 و 217 میلادی در رم ایتالیا ساخت.
باغچه هایی به همراه زمین های ورزشی و سالنهای سخرانی و کتابخانه ها ساختمان اصلی حمام های کارکالای را احاطه کرده بودند. تقریبا حدود 16000 نفر همزمان میتوانستند از استخرها, سونا و حمامهای آب گرم استفاه کنند.
4- Sauna :
سوناهای روم باستان
مردم بر روی ردیفهای صندلی ساخته شده مینشستند و از سونا استفاده میکردند. سونا توسط هوایی که بوسیله آتش در زیرزمین گرم میشد کار میکرد. این هوا از لوله هایی که در زیر زمین و در داخل دیوارها تعبیه شده بود عبور میکرد و باعث گرم شدن محیط میشد.
پانوشت: رومی ها بتن خود را با مخلوطی از لیمو, آب و گرده های آتشفشانی که بر روی سنگ خورده ها ریخته میشد می ساختند. آنها دو دیوار از سنگ و یا آجر میساختند سپس فضای بین آنها را با این بتن پر میکردند.
