طريق الجليد

الطريق الجليدي أو الجسر الجليدي ^{[1] [2] [3] [4]} هو هيكل من صنع الإنسان يمتد على سطح مائي متجمد (نهر أو بحيرة أو مساحة واسعة من مياه البحر). ^{[5] [6] [7]} الطرق الجليدية هي عادةً جزء من طريق شتوي ، ولكنها يمكن أن تكون أيضًا هياكل قائمة بذاتها بسيطة، تربط بين شاطئين. ^{[8] [9]} يمكن التخطيط للطرق الجليدية وبنائها وصيانتها بحيث تظل آمنة وفعالة، وقد تم نشر عدد من الإرشادات مع معلومات في هذا الصدد. ^{[1] [4] [10] [11]} يمكن إنشاء طريق جليدي عامًا بعد عام، على سبيل المثال لخدمة احتياجات المجتمع خلال فصل الشتاء. ^{[4] [12]} يمكن أن يكون أيضًا لمدة عام واحد أو عامين، لتوفير عمليات معينة، مثل مشروع الطاقة الكهرومائية ^[13] أو مواقع الحفر البحرية. ^[14]

قدرة الطريق الجليدي على دعم وزن المركبة بأمان (أو أي أحمال أخرى مطبقة عليها)، والتي يشار إليها باسم سعة التحمل ، هي الشغل الشاغل عند تصميم وبناء واستخدام هذا الهيكل. بشكل عام، سيتفاعل الغطاء الجليدي المحمل رأسياً بطريقتين: 1) سوف يغرق، و2) سوف ينحني في الانحناء. ^{[1] [5] من أجل تلبية معايير تحمل الجليد، يجب ألا يغرق السطح العلوي تحت خط الماء ويجب ألا يتجاوز الإجهاد الانثناءي المطبق} قوة انحناء الجليد . ^[15] يجب مراعاة ثلاثة أنظمة تحميل: أ) الحد الأقصى للوزن للاستخدام القياسي أو لوقوف السيارات خلال فترة قصيرة؛ ب) الحمل الذي يظل ثابتًا خلال فترة زمنية طويلة؛ ج) التحميل الديناميكي للغطاء الجليدي من مركبة متنقلة.

بالنسبة لأنشطة المرور القياسية، تستخدم الإرشادات عادةً صيغة تجريبية بسيطة لتحديد الحد الأقصى لوزن المركبة المسموح به على طريق جليدي. ^{[11] [16]} غالبًا ما يُشار إلى هذه الصيغة، التي تم اقتراحها في البداية في عام 1971، ^{[17] باسم} صيغة جولد :

${\displaystyle P=Ah^{2}}$

حيث P هو الحمل، وh هو السُمك و A هو ثابت بوحدة ضغط. وقد يكون مرتبطًا باستجابة مرنة مثالية للغطاء الجليدي: ^[1]

${\displaystyle \sigma _{\max }=CP/h^{2}{\text{ أو }}CP=\sigma _{\max }h^{2}}$

حيث σ _max هي أقصى قوة شد في قاع صفيحة جليدية لا نهائية ترتكز على أساس مرن. يعتمد المعامل C على نظرية الصفائح السميكة . وبالتالي، مع هذه الصيغة المثالية، فإن A تمثل قوة شد الغطاء الجليدي. على الرغم من أن القيم الموصى بها لـ A تتراوح من 3.5 إلى 10 كجم / سم ² (~ 50-150 رطلاً / بوصة ² )، فإن قيم الحد الأدنى هي عمومًا تلك المستخدمة لأغراض السلامة. ^{[11] [16]} هذا المستوى من المحافظة مبرر لأنه، على عكس المواد التي صنعها الإنسان مثل الفولاذ أو الخرسانة، تحتوي الأغطية الجليدية الطبيعية بطبيعتها على كمية كبيرة من العيوب الهيكلية (الكسور والمياه وجيوب الهواء). ^[2] علاوة على ذلك، بالنسبة للطريق العام، الذي لا يخضع للرقابة نسبيًا، فإن مثل هذا النهج يقدم عامل أمان مرتفعًا ضد الاختراقات وبالتالي فهو مرغوب فيه. بالنسبة للطرق الصناعية، قد يكون التصميم أقل تحفظًا بحيث يتعامل مع متطلباتها الوظيفية، أي أنه يمكن استخدام قيم A أعلى ، ولكن تحت الإشراف الدقيق لمهندس محترف. ^{[4] [2]}

عند استخدام صيغة جولد، يتم افتراض استجابة مرنة بحتة، وهي، بحكم التعريف، لحظية ومستقلة عن وقت التحميل. ومع ذلك، يوجد الجليد بشكل طبيعي عند درجة حرارة متجانسة عالية ، أي بالقرب من نقطة انصهاره. وكما هو الحال بالنسبة لأي مادة أخرى في ظل هذه الظروف، فإن الاستجابة للتحميل ليست مرنة فحسب، بل تتضمن مكونات أخرى، وهي: ^{[18] [19]}

1. مكون قابل للاسترداد يعتمد على الوقت - وهذا يتسبب في تطور الشقوق الدقيقة، والتي يمكن أن تؤدي إلى الكسر، وفي النهاية، حدوث اختراق؛
2. مكون غير قابل للاسترداد يعتمد على الوقت - يشار إليه عادةً باسم الزحف ، وهو مرتبط بالآليات المسؤولة عن تدفق الأنهار الجليدية (على المدى الطويل) ويلعب دورًا لا يُذكر في استجابة طريق الجليد للتحميل.

وبالتالي، قد يكون الغطاء الجليدي قادرًا على دعم مركبة بأمان، ولكن إذا ظل على الجليد لفترة طويلة جدًا، فسيستمر التشوه من خلال التشققات الدقيقة، مما يؤدي إلى انهيار الغطاء الجليدي أسفل المركبة. وتختلف التوصيات حول كيفية تجنب ذلك. ^{[11] [16]} توصي بعض المصادر بحد أقصى ساعتين للحمل الثابت، ^{[20] [3] [4]} وهو ما أوصى به جولد أيضًا. ^[17] ينصح آخرون باستخدام الجانب الحر للجليد كمؤشر، ^{[18] [1] [2] [3]} ويمكن القيام بذلك عن طريق حفر حفرة فيه ومراقبة المسافة بين الماء في الحفرة وسطح الجليد. يجب إزالة المركبة قبل أن يصل الماء إلى السطح في تلك الحفرة. سبب آخر لأهمية مقدار الجانب الحر هو أنه إذا شق الماء طريقه إلى سطح الجليد (من خلال الشقوق والصدوع)، فإن قدرة الغطاء الجليدي على التحمل تقل بسرعة، مما قد يؤدي إلى تسريع الاختراق. ^{[15] [1]} بالنسبة للأحمال طويلة الأمد، قد يتعين استشارة مهندس محترف. ^[4]

عندما تتحرك مركبة على الطريق، يتم تطبيق نظام تحميل ديناميكي على الغطاء الجليدي. ^{[1] [4]} تحت سرعة معينة، يشار إليها باسم الحرجة ، فإن الغطاء الجليدي أسفل المركبة سيتخذ شكل وعاء يتحرك مع المركبة، ويدفع الماء من حوله بعيدًا، كما تفعل عارضة القارب. ^[1] عند (وفوق) السرعة الحرجة، ستتشكل سلسلة من الموجات خلف وأمام المركبة. "إذا كانت سرعة هذه الموجات هي نفس سرعة المركبة، فإن الانحراف والضغوط في الغطاء الجليدي تتضخم، على غرار الرنين في نظام متذبذب" (ص 8-10). ^[1] تعتمد السرعة الحرجة على سمك الجليد وعمق الماء. هناك مشكلة أخرى تنشأ وهي انعكاس هذه الموجات من الشاطئ باتجاه المركبة. يمكن أن يؤدي هذا إلى ضغوط إضافية على الجليد - إحدى الطرق للتخفيف من هذه المشكلة هي تجنب الاقتراب من الشواطئ بزاوية 90 درجة. ^[4] السرعة الحرجة هي التي تحدد حد السرعة للمركبات التي تسير على الطرق الجليدية. يمكن أن يكون هذا الحد منخفضًا من 10 كم / ساعة (6.2 ميل في الساعة) إلى 35 كم / ساعة (22 ميل في الساعة). ^{[3] [4]} قد يحدد التحميل الديناميكي للغطاء الجليدي أيضًا الحد الأدنى للمسافة بين المركبات. ^{[4] [2]}

تم إجراء اختبارات ميدانية لفهم هذه الديناميكيات بشكل أفضل. ^{[22] [23] [24]} تم التقاط أدلة دامغة على أنماط الموجات هذه بواسطة صور الأقمار الصناعية. ^{[25] [21]}

عندما يكون طريق الجليد جزءًا من طريق شتوي ، كما هو الحال عادةً، فإن تصميمه وبنائه يتم تضمينه ضمن التخطيط العام للطريق، أي بالتزامن مع أجزاء الطريق فوق الأرض. ^[2] وفي كلتا الحالتين، تتضمن العوامل التي يجب معالجتها قبل البناء ما يلي:

• الجدول الزمني ونوافذ التشغيل : تعتمد بداية العملية، أي عندما يبدأ طاقم العمل الميداني العمل، على سمك الجليد الذي يتم تحقيقه بشكل طبيعي (عادةً تحت غطاء ثلجي). يجب أن يكون هذا السمك كافياً لتحمل وزن المعدات الخفيفة التي تُستخدم بعد ذلك لإزالة غطاء الثلج. يعمل هذا الثلج كعازل وإزالته يسرع نمو الجليد عند واجهة الجليد والماء (على طول الجزء السفلي من غطاء الجليد).
• نوع وحجم حركة المرور : يتعلق هذا بتحديد متطلبات النقل لموسم التشغيل ( على سبيل المثال المعدات والإمدادات والوقود)، والوسائل اللازمة لنقل تلك المواد ( على سبيل المثال أنواع المركبات والوزن وحجم حركة المرور).
• حق المرور على الطريق : يشير هذا إلى عرض الطريق المطلوب لاستيعاب حركة المرور. وقد يتراوح هذا من 30 مترًا (98 قدمًا) إلى 60 مترًا (200 قدمًا). ومن الناحية المثالية، يجب أن يكون واسعًا بما يكفي لترك مساحة على كلا الجانبين لأكوام الثلج وانجراف الثلج، مع وجود مساحة إضافية بين هذا الثلج ومسار السفر الفعلي.
• المتطلبات البيئية والتنظيمية : تختلف التراخيص والتصاريح من ولاية قضائية إلى أخرى. ومن الأمثلة على ذلك تصاريح استخدام الأراضي المحدودة المدة والوصول إلى مصادر المياه (لحماية البحيرات والأنهار).

العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار المسار تشمل ما يلي: ^{[2] [3] [12]}

• من الأفضل استخدام المياه العميقة لتجنب المشكلات المرتبطة بالتحميل الديناميكي. الجليد على طول الشواطئ وفوق الشعاب المرجانية معرض للتشقق.
• تجنب المناطق التي توجد بها تيارات مائية قوية، أو بالقرب من مصب الأنهار والجداول الصغيرة. نظرًا لأن درجة الحرارة عند نقطة التقاء الجليد والماء تبلغ 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت)، فإن تدفق المياه عند درجة حرارة أعلى قليلاً من ذلك سيؤدي إلى تآكل هذه النقطة حراريًا، وبالتالي تقليل سمك الجليد. ^{[ بحاجة لمصدر ]}
• خذ في الاعتبار تأثيرات تغيرات منسوب المياه، على سبيل المثال أعلى مستوى مسطح مائي يتم تنظيمه بواسطة السدود.
• إن مراجعة الظروف الجليدية التاريخية، باستخدام المعرفة المحلية وصور الأقمار الصناعية، يمكن أن تساعد في فك رموز المناطق التي تعاني من مشاكل متكررة، مثل تشكل الجليد.

قبل الوصول الأول إلى الجليد، يجب مراعاة العوامل التالية: ^{[2] [4] [3]}

• يجب اتخاذ الحذر الواجب - وهذا يشمل معدات الحماية الشخصية المناسبة (PPE) مثل جهاز التعويم والتدريب المناسب والعمل في أزواج.
• لتحسين السلامة بشكل أكبر، ينبغي أن تتضمن المعدات والملحقات ما يلي: أجهزة اتصال لاسلكية ثنائية الاتجاه، ومركبات برمائية، ورافعة على المركبات ذات العجلات.
• يمكن قياس سمك الجليد باستخدام مثاقب الجليد، على فترات المسافة المطلوبة أو باستخدام رادار اختراق الأرض (GPR). وهذا مهم، حيث يمكن أن يختلف سمك الغطاء الجليدي بنسبة تصل إلى 70% على مدى بضع مئات من الأمتار، ويُستخدم الحد الأدنى لسمك الجليد لتحديد قدرة الغطاء الجليدي بالكامل على التحمل. ^[4]
• يمكن استخدام حفر الآبار لجمع عينات من الجليد، وذلك لتقدير بنيته الداخلية، على سبيل المثال الجليد الأبيض مقابل الجليد الشفاف. ^[12]

إزالة الغطاء الثلجي هي أول عملية رئيسية في مخطط بناء طريق جليدي. ^{[2] [3] [12] [26]} قد تبدأ فقط بمجرد أن يصبح سمك الجليد آمنًا لدعم الآلات المستخدمة في هذه العملية. هناك طريقتان للقيام بذلك، اعتمادًا على المعدات المتوفرة وحالة الممارسة لهذا الطريق المعين. الأولى هي حشو طبقة الثلج بالمركبات المجنزرة في طبقة رقيقة، وبالتالي زيادة كثافتها وتقليل خصائصها العازلة. والأخرى هي إزالتها تمامًا، عادةً باستخدام المركبات المجهزة بجرافة ثلوج .

بمجرد أن يصل الجليد إلى السُمك المستهدف (عبر النمو المتسارع بعد إزالة التأثيرات العازلة للثلج)، يمكن أن يبدأ بناء الطريق في حد ذاته . عند هذه النقطة، يكون الجليد قادرًا على دعم المعدات الثقيلة المطلوبة لهذه المرحلة بأمان، والتي تتكون في الغالب من سماكة اصطناعية باستخدام مضخة أو نظام رش. ^{[2] [5]} والهدف هو زيادة السُمك إلى ما هو مطلوب للمركبات الثقيلة المتوقعة عند فتح طريق الجليد.

تشمل المركبات التي تسير على طريق جليدي السيارات والشاحنات العادية ذات الأحجام والأوزان المختلفة. الإطارات الشتوية القياسية كافية، أي أن المسامير وسلاسل الإطارات يمكن أن تلحق الضرر بسطح الطريق. ^{[12] [26]} ومع ذلك، يمكن تخزين سلاسل الإطارات في المركبة لأغراض الطوارئ؛ ^{[2] [4]} يمكن أن تكون مفيدة أيضًا عند السفر على طريق شتوي مع منحدرات أكثر انحدارًا من 8٪ على أجزاء فوق الأرض. ^[2] قد تشير اللافتات إلى حدود السرعة، على سبيل المثال الحد الأقصى 25 كم / ساعة (16 ميلاً في الساعة)، والتباعد بين المركبات، على سبيل المثال 500 متر (1600 قدم) للأحمال التي تزيد عن 12500 كجم (27600 رطل). ^{[2] [4]} هذه القيود تهدف إلى تقليل مخاطر إتلاف الغطاء الجليدي، مما قد يعرض قدرته على دعم الوزن الذي تم تصميمه من أجله للخطر.

تتكون الصيانة من مهمتين رئيسيتين: ^{[3] [4] [2] [12]}

• مراقبة سمك الجليد : يمكن القيام بذلك باستخدام ثقوب الحفر أو باستخدام رادار اختراق الأرض.
• مراقبة قابلية المرور : يمكن أن يتدهور سطح الجليد مع الاستخدام. كما يمكن أن يتضرر أيضًا بسبب العمليات الطبيعية، مثل التشقق والتشققات، والتي تحدث عادةً بسبب التغيرات الحادة في درجة حرارة الهواء.

عادةً ما يتم إغلاق طريق الجليد نتيجة لتدهور سطح التشغيل أو الجري، قبل أن يكون هناك أي خطر من فشل الغطاء الجليدي. ^[4] يمكن أن يحدث تدهور السطح عندما يصبح سطح الجليد لينًا للغاية، أو بسبب كمية زائدة من مياه الذوبان على سطحه. ^{[3] [26]} يمكن أن يحدث إغلاق الطرق في منتصف الموسم أيضًا لأسباب مماثلة، وأيضًا بسبب سوء الأحوال الجوية، مثل العاصفة الثلجية. ^{[3] [12]} إذا كان طريق الجليد جزءًا من طريق شتوي، فقد يكون الإغلاق أيضًا بسبب جزء فوق الأرض أصبح غير صالح للخدمة.

يمكن عمل معابر الجليد لدعم الأحمال الأعلى إذا تم تعزيزها، وهناك عدد من الطرق التي تم بها القيام بذلك في الماضي. ^{[27] [28] [29]} أيضًا، هذه الهياكل معرضة للمناخ الدافئ. ^{[30] [31]} والسبب الرئيسي هو أنه من أجل تحقيق سمك آمن للجليد قبل بدء البناء، ومع الطقس الأكثر دفئًا تدريجيًا في فصل الخريف، يفتح الطريق لاحقًا، وبالتالي تقصير نافذة تشغيل الهيكل. علاوة على ذلك، إذا كان الطريق الجليدي جزءًا من شبكة طرق شتوية ، فيمكن استخدام التعزيز الجليدي لمعالجة الأجزاء الإشكالية، مثل معابر الجداول أو الهبوط.

• يحكي فيلم Frozen River لعام 2008 قصة خيالية عن امرأتين تتورطان في الاتجار بالمهاجرين غير الشرعيين من كندا إلى الولايات المتحدة من خلال قيادتهم عبر نهر سانت لورانس المتجمد في سيارتهما.

• كانت الطرق الجليدية في كندا وألاسكا بارزة بشكل بارز في المسلسل الواقعي Ice Road Truckers على قناة History Channel .

• يضم فيلم الإثارة The Ice Road لعام 2021 طرقًا جليدية بشكل بارز حيث يقود سائقو الشاحنات عبر شمال كندا لتوصيل الإمدادات بعد انفجار في منجم.

• صيد الأسماك على الجليد ومساراتها الجليدية
• الطريق الشتوي من تيبيت إلى كونتوايتو
• طريق الشتاء
• طريق الثلوج
• رصيف الجليد
• سباقات الجليد

• وزارة النقل التابعة لحكومة الأقاليم الشمالية الغربية - الطرق الجليدية / الجسور الجليدية / الطرق الشتوية
• تقارير حالة الطرق السريعة الصادرة عن حكومة الأقاليم الشمالية الغربية
• بناء طريق الجليد الملحمي في كندا، مقالة في مجلة Popular Mechanics .