اقرأ في هذا المقال
ما هي إخفاقات مواد البناء في الهياكل الإنشائية؟
تتأثر أنواع الإخفاقات التي حدثت في الهياكل المختلفة بشكل كبير بنوع مواد البناء المستخدمة. حيث أن قدرة المقاومة للهيكل الفولاذي لحمل معين لا تشبه تلك الموجودة في الهيكل الخرساني لنفس ظروف التحميل. كما سيتم مناقشة أنواع الإخفاقات التي تتعرض لها مواد البناء المختلفة في الهيكل وأسبابها وتفاصيلها في هذه المقالة.
أنواع الإخفاقات التي تعاني منها مواد البناء المختلفة:
1. العطل الذي يسببه الحديد كمادة إنشائية:
تتحكم الخصائص المختلفة للمواد الفولاذية، مثل التركيب الكيميائي والمعالجات الحرارية وعمليات الدرفلة وتقنيات التصنيع الأخرى المستخدمة في الخصائص الميكانيكية للفولاذ. وقد يُظهر الفولاذ من نفس الدرجة قيمًا أو نتائج مختلفة تعتمد على معدل تحميل عينة الفولاذ ودرجة الحرارة التي يتم فيها إجراء الاختبار وهندسة العينة وحالة العينة.
يمكن إجراء دراسة سهلة للإخفاقات المختلفة التي لوحظت في المواد الفولاذية عن طريق تصنيفها إلى:
- الفولاذ عالي القوة.
- سبائك الفولاذ عالية القوة منخفضة.
- سبائك الفولاذ المقسى.
- سبائك الفولاذ المخمدة.
يتم توفير تسميات الجمعية الأمريكية لاختبار المواد لكل نوع من أنواع الفولاذ المذكورة أعلاه. كما يتم توفير هذه التعيينات لأعضاء الشكل البارد للمقاييس الخفيفة والمسامير ومواد حشو اللحام والأسلاك والحبال والكابلات والمطروقات والمسبوكات والمسامير. حيث أن الفشل الشائع الذي لوحظ في الأشكال المدلفنة بالفولاذ أو المقاطع المصنعة هي:
- سبب الفشل في المناطق الملحومة.
- التواء أو شلل الأقسام.
- لا توجد اعتبارات تصميمية لتأثيرات الالتواء تؤدي إلى مشكلات كبيرة.
- تفتقر نقاط الدعم إلى قيود الدوران.
- الأعمدة تفتقر إلى الدعامات الجانبية.
- حواف الانضغاط للحزم التي تفتقر إلى الدعامات الجانبية ستؤدي إلى فشل الهيكل.
- تجاهل تأثير استقرار الأعضاء للنظر في الاستقرار العام للهيكل.
الكسر الهش هو فشل مفاجئ يحدث في الهياكل الفولاذية ممّا يؤدي إلى انهيار مفاجئ للنظام بأكمله. حيث أن الأسباب الرئيسية للكسر الهش الموجود في الهياكل الفولاذية هي:
- معدل التحميل على الهيكل سريع جدًا بطبيعته.
- تآكل المواد الفولاذية (غالبًا في الأقسام والمفاصل والأركان الحرجة حيث تكون الضغوط أعلى).
- تقدم التحميل في دورات متكررة.
- الوصلات الملحومة للهيكل الفولاذي مقيدة للغاية.
- قد يكون إجهاد الشد أعلى.
- نسبة عالية من الكربون في الهيكل الفولاذي.
- وجود عيوب أو شقوق.
2. الأعطال التي تسببها الخرسانة كمادة بناء:
تكتسب الخرسانة الخواص الميكانيكية التي تعتمد على:
- التركيب الكيميائي للأسمنت.
- تدريج الأسمنت والركام.
- طريقة الخلط والجودة.
- شروط المعالجة المناسبة.
- أنواع الركام عالي ومنخفض الجودة.
- الظروف البيئية التي تتعرض لها الخرسانة.
تربط عملية الترطيب المكونات المختلفة معًا. وهذا يساعد في زيادة الخواص الميكانيكية للخرسانة. عندما تصبح النفاذية للخرسانة أكبر فهي تجذب الرطوبة والمواد الكيميائية الأخرى. كما يؤثر على الهيكل الداخلي للخرسانة وتتأثر المتانة بشدة. حيث تحدث التشققات في الخرسانة للأسباب التالية:
- تعرض الخرسانة لِدورات متكررة من التجميد والذوبان.
- تتعرّض المكونات الخرسانية لِانكماش وتمدد شديدين.
- يؤدي الهجوم الكيميائي للكلوريدات والكبريتات إلى تغيير الحجم.
- يؤدي وجود نسبة عالية من الألومينا إلى تدهور القوة.
- تخترق الكلوريدات الخرسانة مما يؤدي إلى تآكل التسليح الخرساني.
- قد تحتوي الفراغات الخرسانية على تخمر جرثومي مما يؤدي إلى انفجار وتفكك.
3. الإخفاقات التي يسببها الطوب من مواد البناء:
الزيادة في محتوى الرطوبة تجعل هيكل البناء يتوسع ويقلل محتوى الرطوبة. وهذا هو الحال مع البناء بالطوب وهذا التشوه لا يمكن عكسه في الطبيعة. كما في حالة وحدات البناء الخرسانية، يعتبر الانكماش مشكلة رئيسية. حيث تنجم حالات الفشل التي لوحظت في وحدات البناء عن المشاكل التالية:
- ينتج عن تجمد الماء الموجود في المفاصل حدوث تشقق.
- الروابط المعدنية وأعضاء الفولاذ الإنشائي عرضة للتآكل.
- التصدع بسبب قضايا التسوية.
- تؤدي عملية الانكماش والانحناء إلى تجعد الأرضية الخرسانية.
- حركة وحدات البناء تسبب تشققات شديدة.
- سيؤدي التمدد الحراري لوحدات البناء إلى حدوث توتر في البناء. سيؤدي ذلك إلى حدوث تصدعات.
- قد يتعرض الجدار الذي يعمل في نفس الاتجاه للقصر ممّا يؤدي إلى تشقق الجدران.
4. الفشل في استخدام الخشب كمادة بناء:
الخشب مادة بناء فريدة تتكون أساسًا من هيكل حبيبي خلوي عضوي. ومن ثم، فإنّ الخشب مادة متباينة الخواص. لكن يُفترض أن المواد الخشبية هي مادة تقويمية، على طول ثلاثة اتجاهات مرونة رئيسية على طول الاتجاهات الشعاعية والماسية والطولية للمادة.
وهكذا يتم دراسة الخصائص المرنة لهذه المادة من خلال إيجاد معامل يونغ. حيث أن نسبة بواسون ومعاملات القص من أهم خصائص المرونة المستخدمة في التصميم. كما ترتبط معظم حالات الفشل الموجودة في هذه المادة بما يلي:
- محتوى الرطوبة.
- الكثافة.
- الانشقاقات.
- كثافة.
- الفحوصات.
