მიმდინარე წელს, საქართველოს მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის აკადემიკოსის, გ. წულუკიძის სამთო ინსტიტუტის „მიწისქვეშა ნაგებობათა მშენებლობისა და საბადოთა დამუშავების ცენტრის“ ხელმძღვანელის, ლევან ჯაფარიძის ავტორობით, კომპანია Spinger Nature Switzerland AG-ს მიერ გამოქვეყნდა მონოგრაფია: „Serviceability Limit States of Underground Structures“ („მიწისქვეშა ნაგებობების საექსპლუატაციო პირობების ზღვრული მდგომარეობები“).

ამის შესახებ ინფორმაციას მეცნიერთა აკადემია ავრცელებს.

ინფორმაციის თანახმად, წიგნი გამოქვეყნდა სერიაში, რომელიც აერთიანებს ინჟინერიის, ფიზიკისა და მათემატიკის პრინციპებს მასალათმცოდნეობასთან, მექანიკური სისტემების გაანგარიშებასა და დაპროექტებასთან.

„სერია ქვეყნდება მექანიკური ინჟინერიის ყველა სფეროში და მიჰყვება ამერიკის მექანიკოსთა საზოგადოების (American Society of Mechanical Engineers (ASME)) ტექნიკური განყოფილების კატეგორიებს.

სამთო, სატრანსპორტო, ჰიდროტექნიკური, კომუნალური, სამხედრო-საინჟინრო და სხვა დანიშნულების მიწისქვეშა ნაგებობების მშენებლობის მოცულობა ყოველწლიურად იზრდება მთელ მსოფლიოში. უკვე დამკვიდრდა ახალი ტერმინიც - „მიწისქვეშა ურბანიზაცია“. შესაბამისად, მათი პროექტების საიმედოობისა და ხარისხის გაუმჯობესება, მიწისქვეშა მშენებლობის დროისა და ღირებულების შემცირება თანამედროვეობის მნიშვნელოვანი ეკონომიკური გამოწვევებია.

მიწისქვეშა ნაგებობების გაანგარიშების მეთოდები ვითარდებოდა სამშენებლო მექანიკის მაგალითზე და შედგებოდა ოპერაციების სამი ცალკეული ჯგუფისგან: ძირითადი სქემისა და საანგარიშო დატვირთვების დადგენა; შიგა ძალვების და დეფორმაციების გამოთვლა; კონსტრუქციის მუშაუნარიანობის შემოწმება მოცემული პირობებისთვის ან საჭირო და საკმარისი კონსტრუქციების შერჩევა.

გაანგარიშების პირველი ჯგუფი წარმოადგენს ქანების მექანიკის ერთ-ერთ ტრადიციულ პრობლემას და მიღებულია მნიშვნელოვანი შედეგები. ესენია: ფორმულირებულია მიწისქვეშა კონსტრუქციების მუშაობის ძირითადი, მოცემული დატვირთვის, მოცემული დეფორმაციის და ინტერაქტიური დეფორმაციის („კონვერგენცია-შეზღუდვის“) რეჟიმები; დადგინდა, რომ სამთო-ტექნიკური პირობების ფართო სპექტრისთვის დამახასიათებელია ქანების მასივის და სამაგრი სტრუქტურის მუშაობა ინტერაქტიური დეფორმაციის რეჟიმში ცალკე ან მოცემული დატვირთვისა და მოცემული დეფორმაციის რეჟიმებთან ერთად; შემუშავდა თეორიული, ექსპერიმენტული და ნატურულ-ანალიტიკური (back-analyze) მეთოდები სამაგრ კონსტრუქციებზე დატვირთვების დასადგენად.

ოპერაციების მეორე ჯგუფის, ანუ შიდა ძალვების და დეფორმაციების გაანგარიშება, ანუ სისტემის სტატიკური გაანგარიშება ასევე მიწისქვეშა ნაგებობების მექანიკის ზოგადი პრობლემაა. ამჟამად დამუშავებულია სამაგრების გაანგარიშების პრაქტიკულად ზუსტი მეთოდები მოცემული დატვირთვების რეჟიმში. ინტერაქტიური დეფორმაციის რეჟიმებში ცალკე ან მოცემული დატვირთვისა და მოცემული დეფორმაციის რეჟიმებთან ერთად. გამოთვლის მეთოდების ზოგიერთი საკითხი საკონტაქტო პირობების გათვალისწინებით, კვლავ პრობლემატურია.

ოპერაციების მესამე ჯგუფი, ანუ მიწისქვეშა ნაგებობების კონსტრუქციული გაანგარიშების მეთოდები, ყველაზე სპეციფიკურია. აქ გამოყენებულია სტატიკურად რკვევადი სტრუქტურის გაანგარიშების მეთოდები, რომლებიც ითვალისწინებენ სამაგრის შერჩევას ან შემოწმებას მაქსიმალური ძაბვების კრიტერიუმებით. მეთოდების დიდი უმრავლესობა სტრუქტურებს განიხილავს დრეკად სტადიაში. თუ ეს კრიტერიუმი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მოცემული დატვირთვის რეჟიმში მყოფი სტატიკურად რკვევადი სტრუქტურებისთვის, ქანების მასივთან ინტერაქტიური დეფორმაციის რეჟიმის შემთხვევაში მაქსიმალური ძაბვების კრიტერიუმი ხშირად იძლევა მასალების ჭარბ ხარჯს. მაქსიმალური ძაბვების კრიტერიუმი არ ითვალისწინებს მიწისქვეშა ნაგებობების მნიშვნელოვან სპეციფიკას, რომ პლასტიკური დეფორმაციების გაჩენა საყრდენის რომელიმე წერტილში არ ნიშნავს კონსტრუქციის მზიდუნარიანობის ამოწურვას. პლასტიკური სახსრების გაჩენის და „მექანიზმად“ გადაქცევის შემდეგაც კი იგი შეიძლება აკმაყოფილებდეს საექსპლუატაციო მოთხოვნებს მანამ, სანამ მიღწეული არ იქნება მასალის დეფორმაციის ზღვარი ან არ დაირღვევა სტრუქტურის მდგრადობა, არ შემცირდება დასაშვებზე მეტად განივკვეთის ფართობი, ან სამაგრის კონტურის მაქსიმალური გადაადგილება არ აღემატება მის დასაშვებ მნიშვნელობებს სტრუქტურის საოპერაციო მოთხოვნებთან მიმართებაში.

მიწისქვეშა ნაგებობების დაპროექტებამ უნდა უზრუნველყოს ფუნქციონირება და უსაფრთხოება მშენებლობისა და ექსპლუატაციის მთელ პერიოდში. ფუნქციონირების შეუსრულებლობა განსხვავებულია სხვადასხვა ტიპის სტრუქტურისთვის. დასაშვებზე მეტი გადაადგილება, ბზარები და გრუნტის წყლების გაჟონვა ურბანული მაგისტრალის ან მეტროს გვირაბში ითვლება საექსპლუატაციო პირობების დარღვევად, მაშინ როცა მაღაროს, შახტის ან სოფლის წყლის გვირაბისთვის ასეთი რამ დასაშვებ ნორმატიულ ზღვრებში შეიძლება მისაღებიც იყოს. მაშასადამე, სტრუქტურის გამოთვლის მეთოდმა უნდა დაადგინოს ზღვრული მდგომარეობის სქემები და გამოხატოს მათი მიღწევა ზღვრული ძალების, ძაბვების, დეფორმაციების ან გადაადგილების სიდიდეებით. ეს კი დამოკიდებული იქნება სტრუქტურის ნორმალური მუშაობის პირობებით.

ყველაფერმა ამან განსაზღვრა მიწისქვეშა ნაგებობების „საექსპლუატაციო პირობების ზღვრულ მდგომარეობებზე გაანგარიშების“ (SLS) აუცილებლობა, რომლის შესაბამისი მეთოდები უკვე ეფექტურად გამოიყენება მრავალი საინჟინრო სტრუქტურის დაპროექტებისას. ეს პრინციპები საერთოა ყველა ტიპის სტრუქტურისთვის და ყველაზე სრულად და ეკონომიურად განსაზღვრავს მის მზიდუნარიანობას. ამასთან, ზღვრული მდგომარეობის თითოეული კრიტერიუმი და გაანგარიშების მეთოდი დადგენილი უნდა იყოს კონსტრუქციის ტიპისა და მასალის, დატვირთვის სპეციფიკური პირობებისა და სტრუქტურის მიმართ საექსპლუატაციო მოთხოვნების მიხედვით. ასეთ ფორმულირებაში დატვირთვების, შიგა ძალვების და კვეთების შერჩევის ზემოთ აღნიშნული ეტაპები, როგორც წესი, ცალ-ცალკე ვერ შესრულდება. ეს იმიტომ, რომ ინტერაქტიური დეფორმაციის რეჟიმში შერჩეული კონსტრუქციის მექანიკური პარამეტრები განსაზღვრავს თვით სტრუქტურის საანგარიშო სქემას, გარე და შიდა ძალების, დეფორმაციების სიდიდეს და განაწილების ხასიათს. ანუ ადგილი აქვს არაწრფივ დამოკიდებულებას სტრუქტურულ ელემენტებს - სამაგრ კონსტრუქციასა და ქანების მასივის საკონტაქტო ზედაპირზე წარმოშობილ ძაბვებსა და გადაადგილებებს შორის. მიწისქვეშა ნაგებობების ამ სპეციფიკამ მნიშვნელოვნად გაართულა პრობლემის გადაწყვეტა და მოითხოვა ფუნდამენტურად ახალი მიდგომა.

ბოლო წლებში ქანების თეორიული და ექსპერიმენტული მექანიკის დარგში მიღწეულია მნიშვნელოვანი შედეგები და გამოქვეყნდა მნიშვნელოვანი ნაშრომები სამთო, სატრანსპორტო, ჰიდროტექნიკური და სხვა დანიშნულების სტრუქტურების დაძაბულ-დეფორმირებული მდგომარეობის შეფასების მეთოდებზე. ამ მეთოდებით შესაძლებელია აისახოს ნაგებობის სტრუქტურული ელემენტების ბუნებრივ და ხელოვნურ ნაწილებში დრეკადი, პლასტიკური და რეოლოგიური დეფორმაციები რეალური სამთო-ტექნიკური პირობებისა და მშენებლობის ტექნოლოგიების შესახებ ცნობილი მონაცემებით. ამრიგად, პრაქტიკულად შექმნილია თეორიული საფუძველი სხვადასხვა დანიშნულების ნაგებობის გასაანგარიშებლად. თუმცა, პრაქტიკაში, ძირითადი სქემა, ფაქტობრივად, ჯერ კიდევ ტრადიციულად მიიღება „საინჟინრო ანალოგიის“ მოსაზრებებით, რაც ხშირად იწვევს მნიშვნელოვან შეუსაბამობებს პროექტსა და რეალურ მდგომარეობას შორის.

ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს ზღვრული წონასწორობის მეთოდების იმ ნაწილის გავლენით, რომელიც საანგარიშო პარამეტრებს განსაზღვრავს ნორმატიული მაჩვენებლების გამრავლებით დატვირთვებისა და მასალების თვისებების გაურკვევლობის საკომპენსაციო ე.წ. ერთიანი მარაგის კოეფიციენტის შემცვლელ დიფერენცირებულ კოეფიციენტებზე. ამას ზოგჯერ შეიძლება ასევე შეუწყოს ხელი მიწისქვეშა ნაგებობების ოპტიმალური დიზაინის კრიტერიუმების სიცხადის ნაკლებობამ სპეციალურ და საცნობარო ლიტერატურაში. ეს წინააღმდეგობები ხშირად აყენებს დიზაინერს რთულ ვითარებაში, როდესაც მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უახლესი მიღწევების გათვალისწინების სურვილი დგება გარდაუვალი აუცილებლობის წინაშე, იხელმძღვანელოს მარეგულირებელი დოკუმენტებით, რომლებიც ზღუდავს შემოქმედების გარკვეულ ხარისხს. თუმცა, ეს არ უნდა იყოს მიზეზი, რომ მივატოვოთ ნორმატიული და საცნობარო ლიტერატურა, არამედ განვავითაროთ ისინი ახალი მიღწევებით მიწისქვეშა ნაგებობების გაანგარიშების, დიზაინისა და მშენებლობის თეორიასა და პრაქტიკაში.

წინამდებარე მონოგრაფიაში განხილულია სხვადასხვა დანიშნულების მიწისქვეშა ნაგებობების ძირითადი სქემები. შემუშავებულია შესაბამისი მათემატიკური მოდელები მიწისქვეშა ნაგებობის მშენებლობისა და ექსპლუატაციის ძირითადი გეომექანიკური და ტექნოლოგიური ფაქტორების გათვალისწინებით. ტექნიკური და ეკონომიკური თვალსაზრისით ოპტიმალურის განსაზღვრის განზოგადებული კრიტერიუმებია: კონსტრუქციის ფორმა და ზომა, კონსტრუქციის მზიდუნარიანობა მასივის სტრუქტურული მახასიათებლების: გრავიტაციული, ტექტონიკური, სეისმური და პირველადი in situ ძაბვების მიხედვით. შემოთავაზებულია განივკვეთის სხვადასხვა ფორმის მიწისქვეშა ნაგებობის გაანგარიშების ალგორითმები და რიცხვითი მაგალითები“, - აღნიშნულია გავრცელებულ ინფორმაციაში.