الهندسة المدنية

الهندسة المدنية  :

 هي أحد فروع الهندسة والمعنية بدراسة وتصميم وتحليل المشيدات البشرية كالأبينة والطرق والجسور والأنفاق والمطارات والموانئ وشبكات الصرف الصحي وسدود وكذلك مشاريع الري من ترع وقنوات، لذا لا يجوز حصر هذا العلم بأنه العلم المعني بالتصميم وحده فقط.

وهي كأي علم تتطور باستمرار ودون توقف وفي الآونة الحديثة ترابطت مع التطور الصناعي بشكل كبير لإنتاج مواد إنشائية جديدة ومتطورة تفي بالمتطلبات المتزايدة.

ومن الأمثلة على ذلك البلاستيك المدعم بالألياف والمسمى (Glass Reinforced Polymer/Plastics ) و تختصر GRPوالذي يعد مادة خفيفة الوزن وذات صلابة عالية تقارب صلابة الصخر وتصنع بقوالب حسب التصميم المطلوب واللون المطلوب, فتستطيع الحصول على مبنى بأقواس وقناطر وواجهات كأنها حجرية ولا يمكن تمييزها الا بصعوبة وبنفس الوقت وزنها لايساوي 20% من وزن نفس الحجم من الحجر الطبيعي.كذلك الخرسانة المسلحة بالألياف و خاصة الألياف الزجاجية (Glass Reinforced Concrete) و المعروفة بالـ GRC و التي تمتاز بالقوة الكبيرة و المتانة.



تاريخ الهندسة المدنية :

ليس من المبالغ القول بأن الهندسة المدنية هي أعرق وأقدم فروع الهندسة وأكثرها التصاقا بنشأة الإنسان وتطوره عبر السنين والعصور.

يصعب تحديد تاريخ نشأة وبداية الهندسة المدنية، إلا أن تاريخ الهندسة المدنية هو مرآة لتاريخ البشر على هذه الأرض. فالإنسان القديم عندما يحتمي بالكهوف من عوامل الطقس والبيئة القاسية، وعندما يستغل جذع شجرة لعبور نهر فهذا من صميم الهندسة المدنية. لقد ولدت مع ولادة الإنسان الأول مذ بدأ البحث عن مأوى يضمه.

وعبر العصور والسنين تقف معالم الهندسة المدنية شاهداً على حضارات الشعوب وعلى بلوغ الهندسة المدنية لمواقع مهمة في تاريخ وحياة تلك الحضارات والشعوب... فأهرامات الجيزة في مصر وحدائق بابل المعلقة وسور الصين العظيم ما هي إلا شواهد مدنية قائمة علي تطور حضارات تلك الشعوب ورقيها. ويعلم الجميع بأن ما يقال عن عجائب العالم السبعة ما هي إلا معالم من منجزات مهندسي تلك الشعوب وتلك الحضارات.

حيث تم بناء سور الصين العظيم في فترة قياسية لا تزيد عن عشر سنوات، وبطول يزيد عن 2500 كيلومترا، وكان ذلك سنة 200 قبل الميلاد. وفي الامبراطورية الرومانية كانت شبكات الطرق المعبدة بالآجر تربط مدن الامبراطورية وتدعم سيل التجارة.

ولعل أول ذكر لكلمة الهندسة المدنية قد جاء في تاريخ الإمبراطورية الرومانية حيث صنفت الهندسة لفرعين هما الهندسة العسكرية، وتعنى بالقلاع والحصون وتطوير السلاح، والهندسة المدنية وتعنى بالإنسان واحتياجاته مثل تشييد المساكن وتعبيد الطرق وبناء الجسور والسدود وشق القنوات للزراعة وجلب الدولة الإسلامية؛ حيث تفنن البناؤون والمهندسون العرب في بناء المساجد و الكنائس التي لا تزال قائمة تؤدى الصلوات فيها حتى الوقت الحاضر كأكبر شاهد على فن العمارة الإسلامية و المسيحية الراقية... وغيرها الكثير من القصور والدور التي لا يزال الناس يسكنون فيها حتى يومنا هذا.



التصميم :

هو أهم القواعد التي يرتكز عليها في أي مشروع وحتى تكون الأبنية آمنة يتم إدخال عوامل أمان كثيرة أثناء التصميم لأي منشأ مثل تصعيد الحمولات المطبقة على المنشأ وهي طريقة من طرق التصميم تسمى الطريقة الحدية (تصعيد الحمولات) حيث يتم ضرب قيم الحمولات بعوامل أمان كثيرة مثل مضاعفتها مرة أو اثنتين ومن ثم تصميم المنشأ على هذا الأساس، وذلك بأقل تكلفة ممكنة تناسب هذه العوامل. كما تختلف نسبة عوامل الأمان باختلاف أهمية المنشأ ومكان تنفيذه والغرض منه ومدة الخدمة المطلوبة وغيرها من العوامل فعلى سبيل المثال : إقامة منشأ في البحر تختلف من ناحية المواد والتصميم عن منشأه على سطح جبل أو أرض صلبة أو أرض رملية



أقسام الهندسة المدنية :


تنقسم الهندسة المدنية إلى:


1- هندسة الانشاءات : هي مجال هندسي يتعامل مع تصميم المنشآت التي تدعم أو تقاوم الأحمال. وعادة ما تعتبر هندسة الإنشاءات تخصصاً داخل الهندسة المدنية, إلا أنه يمكن دراستها على حدة, تعنى بدراسة التحليلات النظرية والتصاميم لكافة أنواع المنشئات وتطبيقاتها آخذين بنظر الاعتبار كافة التأثيرات الاستاتيكية والديناميكة وعلاقتها بكافة تأثيرات البيئة من رياح وزلازل وظروف الطقس المختلفة ويعتبر التصميم هو أهم القواعد التي يرتكز عليها في أي مشروع وحتى تكون الأبنية آمنة يتم ادخال عوامل أمان كثيرة أثناء التصميم لأي منشأ مثل تصعيد الحمولات المطبقة على المنشأوهي طريقة من طرق التصميم تسمى الطريقة الحدية ( تصعيد الحمولات) حيث يتم ضرب قيم الحمولات بعوامل أمان كثيرة مثل مضاعفتها مرة أو اثنتين ومن ثم تصميم المنشأ على هذا الأساس ،وذلك بأقل تكلفة ممكنة تناسب هذه العوامل. كما تختلف نسبة عوامل الأمان باختلاف أهمية المنشأ ومكان تنفيذه والغرض منه ومدة الخدمة المطلوبة وغيرها من العوامل فعلى سبيل المثال ، إقامة منشأ في البحر تختلف من ناحية المواد والتصميم عن منشأ في الصحراء.


2- هندسة المواصلات :هي عبارة عن تطبيق المبادئ العلمية و التكنولوجيا في تخطيط، تصميم، و تشغيل و إدارة أي من منشاّت المواصلات بطريقة آمنه، سريعة، مريحة،سهلة، اقتصادية، و صديقة للبيئة لنقل الناس و البضائع. هي فرع رئيسي من فروع الهندسة المدنية. تنقسم إلى أربعة اقسام رئيسية: هندسة الطرق، هندسة القطارات، هندسة المطارات، هندسة الموانئ و المعابر المائية  وتختص بتصميم وإنشاء الطرق وهندسة النقل وهندسة المرور  و تنقسم هندسة الطرق بدورها لقسمين أساسين هما:

1- إنشاء الطرق.

2- هندسة المرور.

حيث تعنى هندسة إنشاء الطرق بالجوانب الإنشائية المتمثلة في دراسة خواص التربة وتحسينها، تصميم طبقات الرصف، الخلطات الإسفلتية وهندسة العلامات الأرضية، بينما تعنى هندسة المرور بدراسة حركة المركبات وتنظيمها بحيث تحقق السلامة والراحة والسرعة للركاب.


3- هندسة المساحة : هو علم يبحث في الطرق المناسبة لتمثيل سطح الأرض على خرائط هذا التمثيل أو التشابه يشمل بيان جميع المحتويات القائمة والموجودة على سطح الأرض، سواء أكانت طبيعية مثل الهضاب والجبال والصحاري والأنهار والبحار والمحيطات، أو كانت صناعية مثل الترع والمصارف والقناطر والسدود والطرق وخطوط السكك الحديدية والمنشآت والمباني والمدن وحدود الدول السياسية، وكذلك حدود الملكيات الخاصة والعامة.

كما يجب أن يكون هذا التمثيل معبرا أيضا عن مقدار الارتفاع والانخفاض عن سطح الأرض بحيث يمكن تمييزقمم الجبال وسفوحها، والهضاب والوديان والأعماق والبحار. ومن الواجب أن تكون الخريطة صورة صادقة مصغرّة للطبيعة التي تمثلها، وأن تؤدي الغرض الذي عملت من أجله تاما كاملا  وتختص بدراسة الأبعاد المساحية والمواقع الجغرافية للتصاميم الهندسية

 أغراض المساحة :

ولما كانت الأغراض التي تعمل من أجلها الخرائط كثيرة ومتنوعة فقد أصبحت أنواع الخرائط كثيرة ومتعددة كذلك. فمنها مثلا:

1- الخرائط الملاحية للسفن والطيران،

2- الخرائط الجغرافية للأمطار والمناخ والرياح والقارات والمحيطات،

3- الخرائط الجيولوجية لبيان طبيعة القشرة الأرضية وما بها منمعادن وخامات وطبقات الصخور والفوالق والطيات،

4- الخرائط الطبوغرافية لبيان الارتفاعات والانخفاضات،

5- والخرائط المدنية للمشروعات والملكيات والحصرالزراعي والضرائب... إلخ.


 أنواع المساحة

أما من وجهة النظر المساحية، فإن أنواع الخرائط يمكن تقسيمها كالآتي:

1- مساحة مستوية : وهي تبحث في رسم الخرائط، وتمثيل سطح الأرض على أنه سطح مستوي، خال من الكروية تماما، وتكون الخريطة في هذه الحالة هي المسقط الأفقي لهذا السطح.


2- مساحة جيوديسة : يبحث هذا النوع من الخرائط في رسم سطح الخرائط وتمثيل سطح الأرض على أنه سطح كروي كحقيقته، حيث تكون المناطق المطلوب تمثيلها كبيرة والمساحات شاسعة، مما يؤدي إلى ظهور الكروية الأرضية عند إسقاط الخرائط على المستويات الأفقية.

وعلى ذلك فإنه من المتبع لتمثيل إقليم من سطح الأرض تمثيلا كاملا على الخرائط، أن نقوم بعمل خرائط المساحة الجيوديسية لهذا الإقليم لبيان الحدود الخارجية ونقط الضبط والشكل الطبوغرافي العام، ثم يلي ذلك عمل الخرائط الطبوغرافية لبيان المعالم العامة بأنواعها المختلفة، يلي ذلك إنشاء الخرائط التفصيلية لأخذ القياسات وبيان التفاصيل.

وتبعا للتقسيم السابق لتمثيل سطح الأرض على خرائط ينتج تقسيم آخر موافق له ومرتبط به، وهو بالنسبة إلى مقياس رسم الخريطة، فمن البديهي أنه لايمكن تمثيل معالم الطبيعة على خرائط بنفس الأبعاد الحقيقية لها على الأرض. لذا نلجأ إلى اختزال قيم هذه الأبعاد بنسب ثابتة في جميع الإتجاهات، حتى لا يحدث أي خلل في التشابه والتمثيل بين الخريطة والطبيعة، وتسمى هذه النسب بمقياس الرسم للخرائط.

وعلى العموم أيا كان الغرض من الخريطة، أومهما كانت مقاييس الرسم صغيرة أو كبيرة، فإن إنشاء الخريطة وربط المعالم ببعضها يحتاج إلى قياس الانحرافات والأبعاد، أو بمعنى آخر قياس أطوال الخطوط وتعيين الزوايا التي بينها


3- مساحة تصويرية : تعرف المساحة التصويرية بأنها علم وفن تكنولوجيا الحصول على معلومات كميّة ونوعية عن المعالم الطبيعية والصناعية لمنطقةً ما بواسطة صور فوتوغرافية أو غير فوتوغرافية لهذه المنطقة.

وتختلف المساحة التصويرية عن المساحة الأرضية في أن المساحة الأرضية تتعامل مع الطبيعة بشكل مباشر، أمّا المساحة التصويرية فيتم الحصول على المعلومات والقياس من الصور بدون احتكاك مباشر مع الطبيعة في أغلب مراحل العمل.

ويمكن تصنيف المساحة التصويرية حسب المسافة الفاصلة بين آلة التصوير والشيء المصوّر، فتكون أنواعاً ثلاثة هي:

1- المساحة التصويرية الأرضية.

2- المساحة التصويرية الجوية.

3- المساحة التصويرية الفضائية.



4- هندسة الموائع : علم السّوائل المتحركة هو علم من علوم الهندسة التي تدرس الخواص الميكانيكية للسوائل، وهو العلم الأكثر انتشارا من بين العلوم التي تدرس القوى المطبقة على السوائل، ويعتبر الميكانيك الذي يركز على خواص السوائل القاعدة الأساسية لنظريات علم السوائل المتحركة

و تغطي علوم السوائل المتحركة الكثير من المجالات والمفاهيم الهندسية مثل : التدفق في الانابيب - تصميم السدود -المضخات - العنفات (التوربينات)- القوى المائية - حسابات ديناميكا السوائل - قياس التدفق - سلوك وتأكل المجاري النهرية.

و تستخدم الآلات التي تعمل بالسوائل المتحركة في كثير من مجالات الحياة مثل وسائل النقل كالسيارات، المصانع، القطارات، الطائرات، الجسور المتحركة ،الروافع والمعدات الثقيلة. والألات التي تعمل بالسوائل المتحركة قد تكون خطيرة فيما إذا استعملت بشكل خاطئ لأنها غالباً ما تعمل تحت ضغط عال للسوائل التي تؤثر عليها وتختص بدارسة خصائص السوائل وأثرها على المنشئات "مثل أثر الرياح على المباني أو ضغط المياه على السدود وما إلى ذلك".


5- هندسة التربة : وتختص بدراسة الخصائص الإنشائية للتربة والأساسات وغالبا ما تسمى بـ "مكيانيكا التربة".


6- هندسة صحية : هو فرع من فروع الهندسة المدنية وتهتم بما يخص الصحة العامة يطلق عليها أحياناً اسم الهندسة البيئية، إلا أن اهتمام الهندسة الصحية محصور أكثر من الهندسة البيئية بما يخص صحة الإنسان أكثر من نظافة البيئة، وتخفيف التلوث، أو الضجيج وغيره وتختص بتصميم وتشغيل أنظمة الصرف الصحي ومحطات المياه.


7- هندسة الري : هي العلم الذي يهتم بتزويد المساحات الزراعية بالمياه اللازمة للاستخدامات الزراعية بطريقة محسوبة بدقة على أساس المناخ والطبوغرافيا وطبيعة التربة (درجة الحامضية، تدرج الحبيبات،...)، و امداد التربة بالماء يحافظ علي محتوى الرطوبة اللازم لنمو النبات، ويغسل التربة من الاملاح الزائدة، للحفاظ علي تركيز ملوحة مقبول في منطقة جذور النبات. (يمكن زراعة الأراضي المالحة بالارز، الذي يحتاج لكميات مياه كبيرة فيتم في نفس الوقت غسل التربة من الأملاح)  وتختص بدراسة أساليب التحكم في أنواع الري المختلفة والمنشآت المائية الزراعية


تعريف الري :

الري هو عملية إمداد التربة بالمياه تحت عدة ضوابط

أن تكون التربة مزروعة بالنبات في أي مرحلة عمرية من البذور إلى الحصاد.

أن تكون عملية إضافة المياه تتم بتدخل بشري سواء بتركيب أجهزة مثل المنقطات والرشاشات، أو بحفر قنوات لحركة المياه. أما ارتواء الأرض طبيعيا بالمطر أو الفيضانات فلا يسمى ريا ولذلك تنقسم الزراعات عالميا إلى زراعات مروية


أنواع الري :

1- الري الطبيعي : وهو وصول المياه بطريقه طبيعية للنبات دون تدخل بشري.

2- الري الصناعي :تدخل الإنسان واعادة توزيعه للمياه باستخدام الطرق المختلفه


الطرق الشائعة للري :

1- الري السطحي ويقسم إلى الري بالديم والري بالواسطة

2- الري بالرش

3- الري بالتنقيط

وهناك طرق أخرى جديدة ولكنها ليست منتشرة بصورة كبيرة في الوطن العربي


ينقسم الماء المستخدم في عملية الري الي أجزاء كالاتي :

1- جزء يمتص بواسطة جذور النبات.

2- جزء يتبخر من سطح الأرض.

3- جزء تحتفظ به التربة حسب قوامها.

4- جزء يتسرب من خلال حبيبات التربة الي المياه الجوفية


فوائد ماء الري :

1- يقوم الماء بدور العامل المذيب للمواد الغذائية التي تحتويها التربة وحملها لجذور النبات.

2- يساعد على نشاط بكتريا التربة التي تعمل علي تحليل المواد العضوية الموجودة في التربة فيمكن للجذر امتصاصه.

3- يساعد على حفظ درجة حرارة التربة المناسبة لنمو النبات.

4-يحمل الأملاح الزائدة والمواد الضارة بالنبات إلى باطن الأرض وإلى المصارف.


المنشآت المختلفة في مشاريع الري والصرف :

1- سد Dam

2- الاعمال الترابية Earth Works

3- الاعمال الصناعية

4- القناطر Regulators

5- الهدار weir

6- الجسر Bridge

7- البربخ Culvert

8- السحارة Syphon

9- البدالات Aqueduct

10- هويس Lock

11- المساقط المائيه Wter Falls


8- هندسة جيوتقنية : هي فرع من الهندسة المدنية يهتم بالسلوك الهندسي لمواد الأرض وتشمل الهندسة الجيوتقنية دراسة الظروف الباطنية والمواد، وتحديد خواصها الفيزيائية أوالميكانيكية والكيميائية المتعلقة بالمشروع المقام، وتقييم المخاطر الناجمة عن ظروف الموقع، وتصميم الأعمال الأرضية (earthworks) و أساسات الهيكل، ورصد ظروف الموقع، وبنية الأساس والأعمال الأرضية وتختص بدراسة الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لمواد التربة والصخور وتقنياتها.


9- هندسة الادارة والتشييد: هي أحد فروع الهندسة المدنية ويقوم هذا الفرع بدراسة المشاريع قبل تنفيذها وحساب الكلف والكميات اللازمة لإنشاء المشروع ووضع جدول زمني ويختص هذا الفرع بالقيام بترميم المباني بعد إنشاءها وادار المواقع الهندسية وتختص بدراسة الكميات وتنفيذ المنشآت بأقل كلفة ممكنة وأسرع وقت ممكن وإدارة موقع العمل


المهندس المدني :

المهندس المدني هو المهندس المسؤول عن وضع التصاميم الإنشائية للمخططات المعمارية بما يطابق المواصفات العالمية المتبعة في ذلك البلد والإشراف على تنفيذها موقعيا ويعمل كـ:

1- مهندس تصاميم إنشائية

2- القيام بالحسابات التخمينية والكلف

3- مهندس تنفيذ

4- مدير موقع بناء

5- مهندس مياه

6- مهندس طرق وجسور

7- مهندس البنية التحتية

8- إدارة المشاريع

9- حسابات الحمولات على الأبنية والجسور

10- مهندسين ضبط الجودة

11- مهندس ضبط السلامة في مواقع الإنشاء


الإدارة الهندسية :

وتعتبر الإدارة الهندسية للمشروع من أهم العناصر المساهمة في إنجاح العمل أو فشله، ولا يخفى على أحد ما للإدارة في أي مجال من أهمية خاصة في انجاح العمل، وخاصة في مجال مشاريع البناء، التي تعتبر أكثر تعقيداً إدارياً وعملياً من معظم مجالات الإدارة الأخرى، وكمقارنة بسيطة لتقدير أهمية ذلك، فإن مصنع سيارات مثلاً إن أنجز سيارة وأجرى عليها الاختبارات فبإمكانه تعديلها بكل بساطة حتى الحصول على المنتج المطلوب ومن ثم نسخه إلى أعداد كبيرة، دون خسارة تذكر لا في الوقت ولا في الكلفة، بينما المشاريع العمرانية فلا يمكن بناء مشروع ثم تعديله تماماً بل يجب توقع كل العيوب مسبقاً وتلافيها، وهنا لا بد من حسن الإدارة وبراعة القيادة، وعبقرية إيجاد الحلول والبدائل. وحديثاً أصبح تخصص إدارة المشاريع يدرس كدراسات عليا (ماجستير ودكتوراه) في كثير من الجامعات، بل إن هناك تخصصات متعددة داخل هذا العلم المتولد من تزاوج العلمين العريقين الإدارة والهندسة المدنية. وينصح كثير من الخبراء بأن يكون المقدم على هذا التخصص ذو فطرة (شخصية) قيادية وإدارية، لينجح في تسيير مشروعه