طور فريق بحثي من جامعة شيباورا للتكنولوجيا في اليابان نظام أساس مركب على شكل أجنحة، يهدف إلى معالجة تحدي مقاومة القوى الرافعة التي تواجهها البنى التحتية الشاهقة. مع تزايد تكرار الكوارث الطبيعية مثل الأعاصير، أصبحت الهياكل مثل أبراج نقل الكهرباء وأبراج الراديو ومنشآت الطاقة الشمسية عرضة لتأثيرات الرياح القوية، مما يؤدي إلى توليد قوى رافعة في الأساس تهدد الاستقرار. وفي الوقت نفسه، غالبًا ما يتعامل قطاع البناء مع فائض التربة الناتج عن الحفر كنفايات، مما يزيد التكاليف والمخاطر البيئية.

نشر فريق البحث بقيادة البروفيسور شينيا إينازومي دراسة ذات صلة في مجلة "Results in Engineering"، قيمت أداء نظام الأساس المركب على شكل الأجنحة هذا. يجمع النظام بين أنابيب فولاذية ذات أجنحة قاعدية موسعة وفائض التربة في الموقع، وتم التحقق من قدرته على مقاومة القوى الرافعة مقارنة بالركائز الفولاذية التقليدية من خلال 35 اختبارًا نموذجيًا وتحليل العناصر المحدودة.

أظهر نظام الأساس المركب على شكل أجنحة في التجارب أن زيادة قطر الجناح القاعدي الممتد تعزز بشكل مستمر مقاومة القوى الرافعة. قال البروفيسور إينازومي: "يسمح نظام الأساس المركب على شكل أجنحة بإعادة استخدام كميات كبيرة من تربة الحفر في الموقع، مما يساهم في سلامة الهيكل والاستدامة البيئية. تظهر الاختبارات أن قدرة مقاومة القوى الرافعة تزداد مع زيادة قطر الجناح القاعدي الممتد في جميع التكوينات." تعتبر كثافة التربة عاملاً حاسماً، حيث أن انخفاضها بنسبة 20% قد يؤدي إلى انخفاض مقاومة القوى الرافعة بنحو 50%، مما يؤكد على أهمية التحكم في الدك.

وجدت الدراسة أيضًا أن استخدام المكونات الفولاذية مثل الألواح المموجة يمكن أن يزيد من قدرة مقاومة القوى الرافعة بنحو 12-13%، ويعزى ذلك إلى تعزيز الاحتكاك والتشابك الميكانيكي. أشار البروفيسور إينازومي: "يوفر نظامنا بديلاً للبنى التحتية مثل أبراج نقل الكهرباء والمنشآت الشمسية، مما يقلل الاعتماد على مواد الردم المستوردة." بناءً على النتائج التجريبية، اقترح الفريق إرشادات تصميم تربط مقاومة القوى الرافعة بقطر الجناح القاعدي الممتد وكثافة التربة.

توفر هذه البحث حلاً مستدامًا للبنى التحتية الشاهقة، حيث يجمع نظام الأساس المركب على شكل أجنحة بشكل فعال بين مقاومة القوى الرافعة وإعادة استخدام التربة، مما يلبي متطلبات الهيكل ويقلل التأثير البيئي. من المتوقع أن يطبق هذا النظام في مناطق مثل الأراضي الرملية المعرضة لأحمال الرياح، لتعزيز القدرة الشاملة على مقاومة الرياح.