تأثير أخطاء التصميم والتفصيل على الخرسانة

ماذا تعني أخطاء التصميم والتفصيل في الخرسانة؟

تتراوح تأثيرات التصميم والتفصيل غير المناسب من المظهر السيئ إلى نقص القدرة على الخدمة إلى الفشل الذريع. حيث لا يمكن التقليل من هذه المشاكل إلا من خلال الفهم الشامل للسلوك البنيوي. تشمل الأخطاء في التصميم والتفاصيل التي قد تؤدي إلى تشققات غير مقبولة استخدام زوايا عائدة مفصّلة بشكل سيئ في الجدران، أعضاء وألواح مسبقة الصب، الاختيار غير الصحيح أو تفصيل التعزيزات، ضبط الأعضاء المعرضين لتغيرات الحجم الناتجة عن الاختلافات في درجة الحرارة والرطوبة، عدم وجود مفاصل انكماش كافية، وتصميم غير لائق للأساسات، ممّا يؤدي إلى حركة تفاضلية داخل الهيكل.

تم تقديم أمثلة على هذه المشكلات بواسطة بعض المهندسين، كما قدم الوافدون العائدون موقعًا لتركيز الضغط، وبالتالي فهم مواقع رئيسية لبدء الشقوق. سواء كانت الضغوط العالية ناتجة عن تغيرات الحجم أو الأحمال الداخلية أو الانحناء، لذلك يجب على المصمم أن يدرك أن الضغوط مرتفعة دائمًا عند الزوايا المعاد دخولها. ويوجد العديد من الأمثلة المعروفة هي فتحات النوافذ والأبواب في الجدران الخرسانية وعوارض النهاية المرقطة.

مطلوب تعزيزات قُطرية إضافية مثبتة بشكل صحيح للحفاظ على الشقوق الحتمية ضيقة ومنعها من الانتشار. وقد يؤدي استخدام كمية غير كافية من التعزيز إلى التشقق المفرط. كما أن الخطأ المعتاد هو تقوية العضو بشكل طفيف لأنه عضو غير هيكلي.

مع ذلك، يمكن ربط العضو (مثل الجدار) ببقية الهيكل بطريقة تتطلب حمل جزء كبير من الحمل بمجرد أن يبدأ الهيكل في التشوه. ومن ثم، يبدأ العنصر غير الهيكلي في حمل الأحمال بما يتناسب مع صلابته. نظرًا لأن هذا العضو لم يتم تفصيله للعمل بشكل هيكلي، فقد ينتج عن ذلك تشقق قبيح على الرغم من أن سلامة الهيكل ليست موضع شك.

ما هو تأثير أخطاء التصميم والتفصيل على الخرسانة؟

يؤدي تقييد الأعضاء الخاضعين لِتغييرات الحجم في كثير من الأحيان إلى حدوث تشققات. ويمكن أن تكون الضغوط التي يمكن أن تحدث في الخرسانة بسبب الزحف المقيد وفرق درجات الحرارة وانكماش الجفاف مرات عديدة من الضغوط التي تحدث بسبب التحميل. كما يمكن للبلاطة أو الجدار أو العارضة المقيدة ضد التقصير، حتى في حالة الإجهاد المسبق، أن تتطور بسهولة إلى ضغوط شد كافية للتسبب في التصدع.

يجب أن تحتوي الجدران المصممة بشكل صحيح على فواصل انكماش متباعدة من واحد إلى ثلاثة أضعاف ارتفاع الجدار، ويجب السماح للحزم بالحركة. حيث أن البناء المصبوب في مكان ما بعد الشد الذي لا يسمح بتقصير العضو المسبق الإجهاد عرضة للتشقق في كل من العضو والهيكل الداعم. كما تعتبر مشكلة تقييد الأعضاء الهيكلية خطيرة بشكل خاص في الأعضاء مسبقة الشد والسابقة الصب والتي قد يتم لحامها بالدعامات في كلا الطرفين. وعند دمجها مع تفاصيل المشكلة الأخرى، قد تكون النتائج كارثية.

قد يؤدي تصميم الأساس غير المناسب إلى حركة تفاضلية مفرطة داخل الهيكل. وإذا كانت الحركة التفاضلية صغيرة نسبيًا، فقد تكون مشاكل التكسير ذات طبيعة مرئية فقط. ومع ذلك، إذا كانت هناك تسوية تفاضلية كبيرة، فقد لا يتمكن الهيكل من إعادة توزيع الأحمال بسرعة كافية، وقد يحدث فشل. كما تتمثل إحدى مزايا الخرسانة المسلحة في أنه إذا حدثت الحركة خلال فترة زمنية طويلة بما فيه الكفاية، فإنّ الزحف سيسمح على الأقل ببعض إعادة توزيع الحمولة.

سَتعتمد أهمية التصميم والتفصيل المناسبين على الهيكل والتحميل المعينين. ويجب توخي الحذر بشكل خاص في تصميم وتفاصيل الهياكل التي قد يتسبب فيها التشقق في مشكلة كبيرة في إمكانية الخدمة. كما تتطلب هذه الهياكل أيضًا فحصًا مستمرًا خلال جميع مراحل البناء لاستكمال التصميم والتفاصيل الدقيقة.

تأثير الأحمال المطبقة خارجيًا على الخرسانة:

من المعروف أن ضغوط الشد الناتجة عن الحمل تؤدي إلى تشققات في الأعضاء الخرسانية. ويتم الاعتراف بهذه النقطة وقبولها بسهولة في التصميم الملموس. كما تستخدم إجراءات التصميم الحالية والمواصفات القياسية لجسور الطرق السريعة، حديد التسليح، ليس فقط لحمل قوى الشد، ولكن للحصول على توزيع مناسب للشقوق وحد معقول لعرض الشقوق.

1- الاستنتاجات العامة لأعضاء الانحناء حول المتغيرات التي تتحكم في التكسير:

توفر المعرفة الحالية لأعضاء الانحناء الأساس للاستنتاجات العامة التالية حول المتغيرات التي تتحكم في التكسير:

• يزداد عرض التشقق مع زيادة إجهاد الفولاذ وسُمك الغطاء ومساحة الخرسانة المحيطة بكل قضيب تسليح. ومن بين هؤلاء، يُعد إجهاد الفولاذ أهم متغير. كما أن قُطر الشريط ليس من الاعتبارات الرئيسية.
  
• يزداد عرض الشق السفلي مع زيادة الانحدار بين الفولاذ ووجه الشد في العارضة.
  

إصلاح الخرسانة الناتجة عن أخطاء التصميم والتفصيل في المباني الخرسانية:

تم استخدام تعديل لهذه المعادلة في متطلبات كود البناء للخرسانة الإنشائية والتعليق، والذي يحد فعليًا من عرض الشقوق إلى 0.016 بوصة (0.41 ملم) للتعرض الداخلي و 0.013 بوصة (0.33 ملم) للتعرض الخارجي. ومع ذلك، هناك ارتباط ضئيل بين عرض الشقوق السطحية للشقوق المستعرضة للقضبان وتآكل التسليح، ولا يبدو أن هذه الحدود مبررة على أساس التحكم في التآكل.

كان هناك عدد من المعادلات التي تم تطويرها لأعضاء الخرسانة سابقة الإجهاد في دليل السيطرة على التشقق في الهياكل الخرسانية، ولكن لم تحقق أي طريقة واحدة قبولًا عامًا. عرض الشق الأقصى في أعضاء الشد أكبر من ذلك الذي تنبأ به التعبير عن أعضاء الانحناء. كما يُعد عدم وجود تدرج إجهاد ومنطقة ضغط في أعضاء التوتر هو السبب المحتمل لعرض الشق الأكبر.

يمكن توقع زيادة عرض الشقوق الانحناء والشد بمرور الوقت للأعضاء المعرضين إمّا للتحميل المستمر أو المتكرر. وعلى الرغم من وجود درجة كبيرة من التشتت في البيانات المتاحة، إلا أنه يمكن توقع مضاعفة عرض الشق مع الوقت. حيث أن العمل لا يزال يتعين القيام به، إلا أن المبادئ الأساسية للتحكم في الشقوق للشقوق الناجمة عن الحمل مفهومة جيدًا.

حيث يوفر التسليح الموزع جيدًا أفضل حماية ضد التشققات غير المرغوب فيها. كما أن الإجهاد الفولاذي المنخفض، الناتج عن استخدام كمية أكبر من الفولاذ، سيقلل أيضًا من كمية التكسير. في حين أن الغطاء المنخفض سيقلل من عرض الشقوق السطحية، لذلك يجب على المصممين أن يضعوا في اعتبارهم أن الشقوق (وبالتالي عرض الشقوق) المتعامدة مع حديد التسليح ليس لها تأثير كبير على تآكل الفولاذ، في حين أن تقليل الغطاء سيكون ضارًا الحماية من التآكل في التسليح.