1

Breakwaters

حواجز األمواج

تعريف 1 هي منشآت تشيد داخل البحر إما موازية لخط الشاطئ أو متصلة بالشاطئ بغرر تلليرل طا رة اامروا

الواصلة إلى الشاطئ فبالتالي حماية الشاطئ من النحر نتيجة لهجمات ااموا أو بغر تحديرد الماراحة

والتيارات وبالتالي ترسو الافن في أمان إلتمام عمليات شحن وتفرير المائية للميناء وحمايتها من ااموا

البضائع.

Breakwater Types 2 أنواع حواجز األمواج

يمكن تلايم حواجز ااموا من الناحية اإلنشائية إلى نوعين أساسيين وهما:

Fixed Breakwatersحواجز أموا ثابتة .1

Movable Breakwaters ز أموا متحركة حواج .2

Fixed Breakwaters 2-1 حواجز أمواج ثابتــة

هذا النوع من الحواجز ينشأ لحماية المواني الكبيرة والشواطئ التي تتعر اموا عالية حيث ينلام

إلى:

(Inclined Breakwaters) 1- حواجز أمواج مائـــــلة

وهي تتكون من ثالثة (Rubble Mound Breakwaters) حواجز ااموا الكوميةلنوع بيامى هذا ا

طبلات:

ويكرون وزن الحجرارة فيهرا كبيرر وهري إمرا طبيعيرة أو (Armor Layer) طبلرة الحمايرة الخارجيرة - أ

صناعية.

ية.ويكون وزن الحجارة فيها أصغر وتنشأ من الحجارة الطبيع (Filter Layer)طبلة المرشح - ب

ويكون وزن الحجارة فيها صغير وتنشأ من الحجارة الطبيعية. (Core) لب الحاجز -

هذا النوع من الحواجز يمرت طا رة اامروا عرن طريري الميرل ناحيرة البحرر وينشرأ إمرا كلرة مرن الحجرارة

مايررة أ( أو ينشرأ لررب الحراجز والمرشررح مرن الحجررارة الطبيعيرة وتنشررا طبلرة الح1الطبيعيرة كمررا فري شرركل

ب(. 1الخارجية من أحجار صناعية من الخرسانة العادية أو الخرسانة خفيفة التاليح كما في شكل

حاجز أموا كومي من الحجارة الطبيعية -1شكل

2

حاجز أموا كومي من الحجارة الصناعية -2شكل

Vertical Breakwaters 2- اجز أمواج رأسية حو

هذا النوع من الحواجز عبارة عن منشآت لها أوجة رأسية ناحية البحر تعمل على رد ااموا الاا طة

( و هي:2-5عليها و لها أنواع مختلفة كما في شكل

Block Type Breakwaters حواجز أموا من البلوكـــــــــات -أ

Caisson Type Breakwaters حواجز أموا من اللياونـــــــات -ب

Sheet pile Breakwaters - حواجز أموا من الاتائر اللوحية

Cellular Type Breakwaters حواجز أموا من الخاليا اللوحية -د

حاجز أموا من البلوكات -3شكل

وا من اللياوناتحاجز أم -4شكل

3

حاجز أموا من الخاليا اللوحية -5شكل

حاجز أموا من الاتائر اللوحية -6شكل

Composite Breakwaters 3- حواجز أمواج مختلطة

عماق المياه كبيرة وفي هذا وهي خليط من الحواجز الرأسية والحواجز الكومية حيث ياتخدم عندما تكون أ

Toe )النرروع مررن الحررواجز الجررزء الكررومي إمررا أن يكررون لحمايررة دمررة الجررزء الراسرري مررن النحررر

Protection أو ياتخدم كأساس للجزء الراسي 7كما في شكل )Foundation ) تلنلل االجتهرادا

(.8على التربة بأمان كما في شكل

Rubble as Toe Protection الجزء الكومي لحماية اللدمة -7شكل

4

Rubble as Foundationالجزء الكومي كاساس -8شكل

Movable Breakwaters 2-2 ) حواجز أمواج متحركة ) مؤقتة

أو المااحة المائية المراد تعمل هذه الحواجز على منع جزء من طا ة ااموا من الوصول إلى الشاطئ

حمايتها وبالتالي تهدأ ااموا . وتامى أيضا بالحواجز المؤ تة حيث يمكن أن تاتخدم لغر معين مثل

حماية مو ع ميناء جديد خالل فترة إنشائة للحماية من ااموا العالية حيث تلوم بتهدئة ااموا ناحية

بأمان وتنلل بعد ذلك لحماية مو ع جديد ومن أنواعها: مو ع اإلنشاء مما يااعد على عمليات اإلنشاء

Floating Breakwaters 1- ةـــــــــــــــــحواجز األمواج العائم

(، 9، شكل هذه الحواجز من أجاام تطفو على سطح الماء وتربط في اللاع بأسالك أو سالسل تتكون

ناديي من الخرسانة المالحة أو الصلب المغللة والمملوءة جزئيا مثل البراميل المملوءة جزئيا بالماء أو ص

بالماء أو من الكاوتش أو من الخشب. ويتحدد غاطس هذه الحواجز طبلا لدرجة الحماية المطلوبة.

5

حواجز ااموا العائمةبعض أنواع -9شكل

Submerged Breakwaters 2- حواجز أمواج غاطســــــــــــــة

( 10تتكون هذه الحواجز من أجاام مغمورة تحت سطح البحر ولها أشكال وأنواع متعددة ويبين شكل

بعض هذه ااشكال.

6

حواجز ااموا الغاطاةبعض أنواع -10شكل

Hydraulic Breakwaters 3- حواجز أمواج هيدروليكية

تتكون هذه الحواجز من شبكة مواسير مثلبة توضع تحت سطح البحر ويضخ فيها المياه فيخر من

اكس اتجاه ااموا مما يااعد على تشتيت جزء من الثلوب والذي يلوم بعمل تيارات ودوامات مائية تع

طا ة ااموا فال يدخل إال اللليل منها إلى المااحة المائية المراد حمايتها كما هو موضح في الشكل

11 .)

حواجز أموا هيدروليكية -11شكل

Pneumatic Breakwaters 4- هوائية حواجــــز أمواج

تشبة إلى حد كبير الحواجز الهيدروليكية إال انة ياتخدم الهواء المضغوط بدال من المياه حيث يعمل

الهواء المضغوط الخار من الثلوب فلاعات هوائية تتجة ناحية سطح البحر وتلوم بعمل تيارات

ا كما هو موضح في ودوامات مائية تعاكس اتجاه ااموا مما يااعد على تشتيت جزء من طا ة اامو

(. 12الشكل

حواجز أموا هوائية -12شكل

7

PVC Pipe Breakwaters)حواجز أمواج من مواسير ) -5

المتلاربرة والمثبترة (PVC)يتكون هذا النوع من الحواجز من صف أو صفين مرن المواسرير البالسرتيكية

مترر( 5-3والمثبت في خوازيي رأسية على مارافات متاراوية (Steel Frame)في إيطار من الصلب

(.13كما هو موضح في الشكل

PVC)حواجز أموا من مواسير -13شكل

Pile Breakwatersحواجز أمواج من الخوازيق -6

ا هرو موضرح فري يتكون هذا النوع من الحواجز من صف أو صفين من الخوازيي الخرسانية المتلاربرة كمر

(.14الشكل

حواجز ااموا الخازو ية -14شكل

8

Rubble Mound Breakwaters 3 مواج الكوميةاألحواجز

ينشأ هذا النوع من الحواجز من ااحجار الصغيرة الناتجة من بلايا المحراجر نرواة الحراجز( حيرث تغطرى

طبلرة الردرع( لملاومرة اامروا ولضرمان عردم تاررب بطبلة مرن ااحجرار الطبيعيرة أو الخرسرانية الثليلرة

أحجار النواة من فراغرات طبلرة الردرع توضرع برين الطبلترين أحجرار طبيعيرة ذات أوزان متوسرطة تارمى

طبلة المرشح. ويكون الحاجز ذو ميل خفيف ناحية البحر كي تتكار ااموا على هرذا الميرل وتفلرد مع رم

احية الميناء ميل شديد حيث ال توجد أي أموا . و لهذا النوع من الحرواجز طا تها بينما يكون ميل الحاجز ن

مميزات وعيوب ومنها:

مميزات حواجز األمواج الكومية: 3-1

.سهل اإلنشاء

.ينشأ على تربة ذات درة تحمل متوسطة

.ينشا على اع غير ماتوي

.الصيانة سهلة

اء.نحصل على مااحة مائية هادئة داخل وخار المين

عيوب حواجز األمواج الكومية: 3-2

.يحتا إلى كم كبير من الحجارة

.صعب اإلنشاء في حالة ااموا العالية

.يللل من المااحة المائية للميناء

.رسو المراكب صعب على هذا النوع

.الصيانة مكلفة

اإلنشاء كبير. و ت

تصميم حواجز األمواج الكومية: 3-3

يلزم معرفة اآلتي: لتصميم هذه الحواجز

ميل جوانب الحاجز ناحية البحر وكذلك ناحية المااحة المائية للميناء. -1

أوزان وأنواع وعدد طبلات الحجارة المكونة لكل طبلة. -2

سمك كل طبلة طبلة الدرع وطبلة المرشح(. -3

منارروب –مناروب الطريري –احيرة البحرر والمينراء المناسريب المختلفرة للحاجز مناروب الارطح ن -4

مناوب سطح المرشح(. –سطح النواة

اتااع سطح الحاجز وتحديد عر الطريي على الحاجز. -5

التحلي من سالمة اإلجهادات على تربة اللاع اسفل الحاجز. -6

التحلي من اتزان اللطاع ضد االنهيار باالنزالق. -7

Side Slope 3-3-1 الحاجز بميل جوان

( طاعين مختلفين في حاجز15يوضح الشكل

ااموا أحدهما في رأس الحاجز واآلخر في جذع الحاجز

حيث يوضح الشكل الميول الجانبية المفضلة للحاجز.

9

موا اللطاعات المختلفة في حاجز اا -15شكل

أوزان وسمك الطبقات: 3-3-2

Armor Layer طبقة الدرع -أ

cot)1( 3

3

rD

armourSK

HW

3/1nVKtarmour

V = Warm / s

Filter Layer طبقة المرشح -ب

Wfilter = Warmour ÷ (5 - 10) , Warmour : Natural 3/1nVKtarmour

V = Wfilter / s , Wfilter المتوسطة

s = 2.2t/m3 Natural Blocks

= 2.4 t/m3 Artificial Blocks

Sr = s / w , w = 1.03 t/m3

cot = 2.0

H = Wave Height

n = 2 Two Layers

KD and K : From Tables (1) and (2)

10

Core Layer طبقة القلب -ج

Wc = Warmour ÷ (200 - 6000) , Warmour : Natural

Core Surface Level = +H/2 For End Method طريلة اللواري

= -H/2 For Floating Method طريلة المراكب

Crest Level and Width 3-3-3 منسوب واتساع سطح الحاجز

Level of armor layer = M.S.L. + H/2 + tfilter + tarmour

Maximum Run up = 1.5 H + TR

(Over Topping)اه البحر إلى الطريي لمنع وصول مي يؤخذ أيهما أكبر

Take the Road Width over the breakwater = 18.0 m at Head

= 8.0 m at Trunk

Table (1) The Layer Coefficient, K Armor Units n Placement Layer Coeff.

(K)

Porosity

(P) %

Quarry Stone (Smooth) 2 Random 1.02 38

Quarry Stone (Rough) 2 Random 1.15 31

Quarry Stone (Rough) 3 Random 1.10 40

Cube (Modified) 2 Random 1.10 47

Tetrapod 2 Random 1.04 50

Quadripod 2 Random 0.95 49

Hexapod 2 Random 1.15 47

Tribar 2 Random 1.02 54

Dolos 2 Random 1.00 63

Tribar 1 Uniform 1.13 47

11

Table (5-2) The Equilibrium Coefficient, KD

Armor Units n Placement Structure Trunk Structure Head cot

KD KD

Breaking

Waves

Non-

Breaking

Waves

Breaking

Waves

Non

Breaking

Waves

Quarry Stone

(Smooth)

2 Random 2.1 2.4 1.7 1.9 1.5 to 3.0

Quarry Stone

(Rough)

2 Random 3.5 4.0 2.9 3.2 1.5

2.5 2.8 2.0

2.0 2.3 3.0

Quarry Stone

(Rough) 3 Random 3.9 4.5 3.7 4.2 1.5 to 3.0

Cube (Modified) 2 Random 6.8 7.3 - 5.0 1.5 to 3.0

Tetrapod and

Quadripod

2 Random 7.2 8.3 5.9 6.5 1.5

5.5 5.1 2.0

4.9 4.1 3.0

Hexapod 2 Random 3.2 9.5 5.0 7.0 1.5 to 3.0

Tribar 2 Random 9.0 10.4 8.3 9.0 1.5

7.8 8.5 2.0

7.0 7.7 3.0

Tribar 2 Uniform 12.0 15.0 - 9.5 1.5 to 3.0

Dolos 2 Random 22.0 25.0 15.0 16.5 2 to 3

13.5 16.0 3

12

حجار الصناعية الشائعة االستخدامبعض أشكال اا -16شكل

13

Breakwater Design Examples

Example (1)

Design and sketch a suitable section at the head for the breakwater of rubble

mound where both the sea side and harbor side water depth equal 4.0 m and the

sea side slope is 2:1. The deep wave characteristics are H0=5 m. and T=8 sec.

Take Kr=0.6 and TR = 0.5 m.

Solution

L0 = 1.56 * T² = 1.56 * 8² = 100 m.

d/L0 = 0.04 from table Ks = 1.064

H = H0 Ks Kr = 5 * 1.064 * 0.6 = 3.2m.

H/d = 3.2 /4.0 = 0.8 < 1 non-breaking zone

KD = 2.8 and K = 1.15 ( Rough Angular, n = 2 and Random )

Cot = 2

Armor Layer

2*)103.1

2.2(*8.2

)2.3(2.2

cot)1( 3

3

3

3

rD

armourSK

HW = 8.5 ton

3/1

3/1

.2.2

5.8*2*15.1

nVKtarm = 3.6 m

Filter Layer

Wfilter = Warmour / (5 - 10) = 8.5 / (5-10) = 0.85 to 2.1 ton

Take Wf = 1.5 ton

3/1nVKt f = 1.15* 2 * (1.5 / 2.2)

1/3 = 2.0 m

Core

Wc = Warm / (200 - 6000) = 8.5 * 1000 / (200-6000) = ( 8.5 - 21 ) kg

Level of Core = H / 2 = 3.2 / 2 = 1.6 m ( For end method )

Level and Width of the Breakwater Crest

Level of armor layer = M.S.L. + H/2 + t f + t arm. = 0.00 + 3.2/2 + 2.0 + 3.6

= 7.2

Run up = 1.5 H + TR/2 = 1.5* 3.2 + 0.5/2 = 5.3m

Crest Level of the Breakwater = (7.20)

Take the Road Width on the Breakwater = 18.0 m

14

Example (2)

Design and sketch a suitable section at the trunk of rubble mound breakwater

constructed at water depth of 3.0 m. The breakwater subject to waves with

H=2.5 m, T=8 sec and TR = 0.5 m.

Solution

H/d = 2.5 /3.0 = 0.83 < 1 non- breaking zone

KD = 4.0 (Rough Angular, n = 2 and Random )

Cot = 2

Armor Layer:

Sea Side

2*)103.1

2.2(*0.4

)5.2(2.2

cot)1( 3

3

3

3

.

rD

armSK

HW = 2.9 ton

3/1

3/1

.2.2

9.2*2*15.1

nVKtarm = 2.5 m

Harbor Side

Take (Warm.)harbor= (2/3 Warm.)sea

W =0 .67*2.9 = 1.9 t

t = 1.15*2*(1.9/2.2)1/3

= 2.2 m

Filter Layer:

Wf = Warm. / (4 to 10) = 2.9 / (4-10) = 0.29 to 0.73 ton Take Wf = 0.5 ton

3/1nVKt f = 1.15* 2 * (0.5/2.2)

1/3 = 1.4 m

Core:

Wc = Warm./(400 - 1000) = 2.9 * 1000 / (400 - 1000) = ( 2.9 - 7.3 ) kg

Level of Core = H / 2 = 2.5 / 2 = 1.25 m (For end method )

Level and Width of the Breakwater Crest

Level of armor layer = M.S.L. + H/2 + t f + t arm.

= 0.00 + 1.25 + 1.4 + 2.5 = 5.15 m

Run up = 1.5 H + TR = 1.5* 2.5 + 0.5 = 4.25 m

Crest level of the Breakwater = (5.20)

Take the Road Width on the breakwater = 8.0 m

15

Example (3)

Design and sketch a suitable section at the head of rubble mound breakwater for

the following data:

d = 6.0 m, H = 4.0 m, TR = 1.0 m, the natural blokes available up to 10 tons

and breakwater side slope is 2:1.

Solution

H/d = 4.0 / 6.0 = 0.67 < 1 non-breaking

KD = 2.8 and K = 1.15 ( Rough Angular, n = 2 and Random )

Cot = 2

Armor Layer:

2*)103.1

2.2(*8.2

)0.4(2.2

cot)1( 3

3

3

3

.

rD

armSK

HW

Warm. = 17.2 t > 10 t Then use artificial blocks

Two layers of Random Dolos

KD = 16.5 , K = 1.0 , s = 2.4 t/m3 , n = 2 and cot = 2

2*)103.1

4.2(*5.16

)0.4(4.2

3

3

.

armW = 2.0 ton

3/1

. nVKtarm 3/1)4.2/2(*2*0.1 = 1.9 m

Filter Layer:

Wf = Warm. / (4 - 10) = 17.2 / (4 -10) = 1.72 to 4.3 ton Take Wf = 2.5 ton 3/1nVKt f = 1.15 * 2 * (2.5 / 2.2)

1/3 = 2.4 m

Core:

Wc = Warm. / (400 - 1000) = 17.2 * 1000 / (400 - 1000) = (17.2 - 43) kg

Level of Core = H / 2 = 4.0 / 2 = 2.0 m ( For end method )

Level and Width of the Breakwater Crest

Level of armor layer = M.S.L. + H/2 + t f + t arm.

= 0.00 + 2.0 + 2.4 + 1.9 = 6.3 m

Run up = 1.5 H + TR = 1.5* 4.0 + 1.0 = 7.0m

Use supper structure of 1.0 m height up to (7.30)

Take the Road Width on the breakwater = 18.0 m

16

Up Right Breakwaters 4 لرأسيةمواج ااألحواجز

يلوم هذا النوع من الحواجز على انعكاس ااموا دون تشرتيت طا تهرا وبرذلك تصرل الموجرة إلرى الحراجز

دم بالحرراجز فترتفررع الميرراه بجرروار الحرراجز بملرردار ارتفرراع سررطح التمرراو وترتررد بكامررل ارتفاعهررا فتصررط

تكرون بارتفراع Standing Wavesالموجة وتلابل الموجة الاا طة علرى الحراجز مكونرة موجرة وا فرة

تلريبا ضرعف الموجرة الارا طة علرى الحراجز وبرذلك يجرب أن يكرون مناروب سرطح الحراجز ناحيرة البحرر

أعلى مد بملدار ارتفاع الموجة الاا طة على الحاجز مضافا إلية ارتفاع سطح التماو . أعلى من مناوب

مميزات حواجز األمواج الرأسية: 4-1

عند عدم توفر الحجارة الصالة يمكن استخدام هذا النوع

و ت اإلنشاء صغير

يعطي مااحة مائية كبيرة للميناء

ات الخدمةمن المكن أن ترسو علية الافن الصغيرة و وحد

يمكن عمل تصميم د يي لجميع أجزائة

تكاليف الصيانة ليلة

يمكن أن يشيد في ظروف بحرية صعبة

عيوب حواجز األمواج الرأسية: 4-2

يحتا تربة ذات درة تحمل عالية

يحتا لتاوية اللاع اسفل المنشأ بل اإلنشاء

احمال العاليةانهيار المنشأ يرجع إلى هبوط اللاع اسفل المنشأ نتيجة ا

الترميم و الصيانة صعبة

عالية في اإلنشاء يحتا لمهارات

تصميم حواجز األمواج الرأسية: 4-3

لتصميم مثل هذه الحواجز يجب تحديد اللوى المؤثرة علية و هي:

.(Submerged)+ وزن الجزء المغمور (Dry)وزن الحائط = وزن الجزء الجاف -1

ز ااوناش و العربات و اللوريات و ....(.ااحمال الحية على سطح الحاج -2

اللوى اافلية الناتجة عن صدمات ااموا . -3

اللوى الناتجة عن تراكي الوحدات المالحية على الحاجز إذا استخدم كرصيف. -4