1. المواد المستخدمة

كانت المواد الأربعة المستخدمة في أساسيات التصميم للجسور هي الخشب والحجر والحديد والخرسانة، استُخدم الخشب في بناء الجسور الصغيرة التي تحمل أوزانًا خفيفة، مثل جسور المُشاة، ولكن بعد ظهور الفولاذ؛ بات له دور كبير في بناء الجسور الحديثة.

يُستخدم الفولاذ في صناعة الخرسانة المسلحة، وأصبحت الجسور الحديثة قائمة على الفولاذ والخرسانة المسلحة والخرسانة سابقة الإجهاد، وقد يدمج بعض المهندسين اليوم عوارض وأقواس خشبية مُغلفة في أساسيات الجسور الحديثة.

أما الحجر فهو قوي في الانضغاط ولكنه ضعيفٌ في تحمل التوتر الواقع على الجسر، لذلك فإن الاستخدام الأساسي له يتم في الأقواس والأرصفة والدعائم.

2. حمولة الجسر

الوظيفة الأساسية للجسر هي حمل الأحمال المرورية، مثل الشاحنات الثقيلة والسيارات والقطارات أو المُشاة، لذلك فإن تقدير حمولة حركة المرور على مسافات قصيرة تُعتبر من أساسيات التصميم للجسور.

من الممكن تحقيق أقصى حملٍ يُمكِن تصوّره، أي على مسافات تقل عن 30 مترًا، فربما تعبُر أربع شاحنات ثقيلة في نفس الوقت، اثنتان في كل اتجاه، أما على مسافات أطول من ألف متر أو أكثر، يكون الحد الأقصى للحمل الذي يمكن تصوره احتمالًا بعيدًا، لذلك يستخدم المهندسون الأحمال المحتملة كأساس للتصميم.

يجب أن يكون للهيكل بعض الوزن، من أجل حمل حركة المرور، يكون وزن حمولة الجسر عادة أقل من الأحمال المارة عليه، ومع ذلك قد تجد أن حمل الجسر أكبر من الأحمال الحية المارة عليه، ولكن مع زيادة طولِ المسافات يُصبح تصميم النماذج التي تقلل حمل الجسر أكثر أهمية.

بشكل عام، يتِم استخدام العوارض والدعامات والأقواس في الجسور ذات المسافات القصيرة، بينما تستخدم المسافات الطويلة أشكال الكابول والكابلات والتعليق، ومع زيادة طول المسافات تزداد أهمية الأسئلة المتعلقة بالشكل والمواد المستخدمة، وقد تطورت الأشكال الجديدة لتوفير مسافات أطول مع مزيد من القوة ومع مواد أقل.

3. قوى الطبيعة

الوزن الميت للجسر والوزن الحي للأحمال المارّة هو في الأساس أحمال رأسية، في حين أن قوى الطبيعة وما تسببه من حمل على الجسور قد تكون عمودية أو أفقية، إذ تسبب الرياح مثلًا في حملين مهمين، أحدهما يسمى ثابتًا والآخر ديناميكيًا.

حمل الرياح الثابت هو الضغط الأفقي الذي يحاول دفع الجسر جانبيًا، يؤدي هذا الحمل الديناميكي إلى ظهور حركة عمودية، فتحدث تذبذبات في أي اتجاه، وهذه التذبذبات هي اهتزازات يمكن أن تتسبب في فشل الجسر، وإذا كان السطح نحيفًا ولم يتم تشكيله ودعمه بشكل صحيح، فقد يتعرض لحركات رأسية أو التوائية خطيرة.

لحلُّ هذه المشاكل، فإن أساسيات التصميم تتضمّنُ التقليل من تمدد وتقلص مواد الجسر بسبب الحرارة والبرودة، من خلال استخدام وصلات التمدد في السطح جنبًا إلى جنب مع المحامل في الدعامات وأعلى الأرصفة.

تسمح المحامل للجسر بالتفاعل مع درجات الحرارة المتفاوتة دون التسبب في إجهاد ضار للمادة، يُصمم المهندسون في الأقواس أحيانًا مُفصلات لتقليل الضغوط التي تُسببها درجة الحرارة.

يجب أن تتحمل الجسور الحديثة أيضًا الكوارث الطبيعية مثل: الأعاصير المدارية والزلازل، وأفضل ما يمكن أن يقاوم الزلازل هو الهياكل التي تحمل ثقلاً خفيفًا قدر الإمكان، لأن القوى الأفقية التي تنشأ من التسارع الأرضي تتناسب مع وزن الهيكل، كلما زاد وزن الهيكل زادت القوة المؤثرة عليه أثناء الزلزال.

أما بالنسبة للأعاصير، فمن الأفضل أن تكون أساسيات الجسور مُصمَّمة بشكل ديناميكي هوائي، يحتوي على القليل من المواد الصلبة التي تواجه الرياح، بحيث يمكن أن تمر عبر الجسر أو حوله دون أن تتسبب في حدوث ذبذبات خطيرة تؤثر على الجسر.

تُمثِّلُ الجسور جانبًا مهمًا من حياتنا اليومية، فنحن نستخدمها أثناء القيادة أو المشي أو السفر بالقطار، وقد تطورت أساسيات التصميم للجسور على مدار السنين، لنصل في النهاية إلى أنواع مختلفة وآمنة من الجسور، وللتعرُّف على كيفية الإخراج النهائي للمشاريع المعمارية بما فيها الجسور، يمكنك الاطلاع على دورة الفوتوشوب المعماري والبوست برودكشن.