أشهر ثلاث طرق تدعيم المنشآت الخرسانية
يتم تدعيم المنشآت الخرسانية في حال حدوث عيوب بالعناصر الإنشائية تؤدي إلى تقليل مقاومة هذه العناصر للإجهادات التي يتعرض لها المنشأ ، و في هذه الحالة يجب اتخاذ الإجراء المناسب لإعادة العناصر الإنشائية إلى حالتها الأصلية.
تتعرض المنشآت الخرسانية إلى أضرار نتيجة عدة عوامل أهمها :
– حدوث كوارث طبيعية كالزلازل.
-قصور التصميم الإنشائي و إهمال التفاصيل الإنشائية.
– أخطاء أو سوء في التنفيذ.
– تآكل و صدأ حديد التسليح.
-تغيير وظيفة المنشأة ، كتنفيذ طابق إضافي.
لذلك نلجأ لتدعيم أو إعادة تأهيل العناصر عوضاً عن هدم المنشأ وإعادة تنفيذه من جديد.
في الوقت الحاضر، هنالك أساليب مختلفة لتدعيم وتقوية المباني التي يمكن تنفيذها بشكل يكون مقبول من الناحية الاقتصادية، و سهل من الناحية التنفيذية ، حيث يمكن استخدامها لتقوية عنصر إنشائي واحد في المنشأة كتدعيم الجوائز أو الأعمدة ، كما يمكن استخدامها لتدعيم المنشأة بأكملها.
من أشهر طرق التدعيم حسب طريقة التنفيذ:
- التدعيم باستخدام قميص خرساني.
- التدعيم باستخدام قميص معدني.
- التدعيم باستخدام الألياف البوليميرية.
استخدامات التدعيم باستخدام القميص الخرساني:
وهي إحدى التقنيات المستخدمة لتحسين أو استعادة قدرة تحمل العنصر الخرساني المسلح، يعتمد حجم القميص وعدد وقطر أسياخ الحديد المستخدم في عملية التقوية على التحليل الإنشائي الذي تم إجراؤه على العنصر .
وله عدة أنواع حسب العنصر المراد تدعيمه وتوضعه في المنشأ أهمها:
1- الأعمدة:
تدعم الأعمدة بهذه الطريقة عندما يحصل انهراس في خرسانتها أو تساقط طبقة الخرسانة المحيطة، و يحدث نتيجة ضعف في مقاومة الخرسانة أو زيادة الأحمال المطبقة عن الأحمال التصميمية.
إن طريقة تنفيذ تدعيم الأعمدة بتغليفها بقميص من الخرسانة المسلحة تتم بالشكل التالي:
- يتم تدعيم مؤقت للجيزان المحمولة على العمود بمورينات خشبية.
- تنقير أوجه خرسانة العمود و تنظيفها.
- تركيب التسليح الطولي و الأساور للقميص الداعم.
- تركيب القالب ثم تجري عملية الصب.
2-الجوائز:
من أهم مظاهر الضعف عند الجوائز التي تدعم بهذه الطريقة وجود التشققات التي تحصل فيها نتيجة عدم قدرتها على مقاومة عزوم الانعطاف و كذلك حصول التشققات المائلة قرب المساند.
إن طريقة تنفيذ تدعيم الجيزان بتغليفها بقميص من الخرسانة المسلحة يتم بالشكل التالي:
- يتم تدعيم مؤقت للبلاطة المجاورة للجائز بمورينات خشبية.
- تنقير الأوجه الثلاثة للجائز و ينظف بالماء أو الهواء المضغوط.
- فتح الثقوب في البلاطة جوار وجهي الجائز الشاقوليين بتباعدات 40-60 سم و بقطر 15 سم.
- تركيب حديد التسليح الطولي و العرضي.
- تركيب القالب الخشبي .
- صب الخرسانة.
3-الأساسات:
يتم التدعيم بهذه الطريقة عندما يتأكد من وجود ضعف في تحمل التربة الفعلي عن التحمل المسموح التصميمي، أو بسبب وجود ضعف في جسم الأساس ذاته، أو وجود حاجة في زيادة الحمولة التصميمية للأساس ، كل هذه الأسباب مفردة أو مجتمعة تستدعي ضرورة المعالجة و التدعيم وما ينتج عن ذلك من تشققات قد تظهر في الجملة الإنشائية.
إن طريقة تنفيذ تدعيم الأساسات بتغليفها بقميص من الخرسانة المسلحة تتم بالشكل التالي:
١. تجرى حفريات للكشف على أطراف الأساس وحتى منسوب تربة التأسيس .
٢. يتم تنقير أوجه الأساس الجانبية وسطحه العلوي ثم تنظيفها بالهواء المضغوط أو بالماء ثم رشها بالروبة الإسمنتية .
٣. يتم الكشف عن وجود تعشيش في الأوجه المكشوفة وملئها بالمونة الإسمنتية إن وجدت .
٤. يركب التسليح الخاص بالقميص الخرساني مع القالب الخشبي على الجوانب .
٥. يتم صب الخرسانة .
– ميزات التدعيم باستخدام قميص خرساني:
- سهولة الصب والدمك وتسوية السطح.
- مقاومة العزوم السالبة المرتفعة.
- أفضل طريقة لتدعيم جدران القص والأساسات.
- عازلة للحرارة.
– عيوب التدعيم باستخدام قميص خرساني:
- تتطلب إزالة البلاط.
- إذا لم يتم ربط الخرسانة الجديدة بالقديمة ربطاً جيداً فإن الطبقة الجديدة ستشكل حمل إضافي.
- تقليل الارتفاع النظيف للطابق.
- عدم القدرة على استبدال الحديد المتآكل.
استخدامات التدعيم باستخدام القميص المعدني:
وهي إحدى التقنيات المستخدمة لتحسين أو استعادة قدرة تحمل العنصر الخرساني المسلح.
وله عدة أنواع حسب العنصر المراد تدعيمه وتوضعه في المنشأ أهمها:
1. الأعمدة:
تدعم الأعمدة بقفص معدني عندما لا يشاهد انهراس في خرسانة الأعمدة ولا يلحظ تحدب في تسليحها الطولي، حيث يظهر الضعف في وجود تعشيش واضح في خرسانة العمود أو وجود بعض التشققات في الطبقة الخارجية سببها ضعف في مقاومة الخرسانة أو زيادة الحمولات عن القيم التصميمية للعمود .
إن طريقة تنفيذ تدعيم الأعمدة بتغليفها بقميص معدني تتم بالشكل الآتي :
١. يتم عمل تدعيم مؤقت للجيزان المحمولة على العمود بمورينات خشبية .
٢. يتم تنقير أوجه العمود بعد إزالة الورقة الإسمنتية السوداء ، ثم تنظف الأوجه بالماء أو بالهواء المضغوط، ثم ترش الأوجه بالروبة الإسمنتية الغنية .
٣. تحضير القفص المعدني بزواياه المعدنية الأربعة مع البسطات المعدنية وفق الأبعاد والقياسات مع اللحامات في الأوجه الثلاثة ويثبت باللحام الوجه الرابع بعد التركيب في الموقع.
٤. تدهن كافة العناصر المعدنية قبل التركيب بدهان مانع للصدأ .
٥. تنفذ على أوجه العمود ورقة إسمنتية سوداء ويفضل استخدام شبك الدجاج المعدني خاصة إذا زادت سماكة الورقة عن ( ٣) سم .
2. الجوائز:
يستخدم التدعيم بالقفص المعدني في الجيزان عندما تكون الشقوق الشاقولية في مناطق عزوم الانعطاف الكبيرة وكذلك الشقوق المائلة قرب المساند أخف وأقل من الجيزان التي تستخدم فيها طريقة التدعيم بقفص من الخرسانة المسلحة .
إن طريقة تنفيذ تدعيم الجيزان بقميص معدني تتم بالشكل الآتي :
١. يتم عمل تدعيم مؤقت للبلاطة المجاورة للجائز بمورينات خشبية .
٢. يتم تنقير الأوجه الثلاثة للجائز المتدلي وإزالة البقايا و التنظيف بالماء أو بالهواء المضغوط .
٣.يتم تحضير القفص المعدني بزواياه المعدنية الأربعة والبسطات المعدنية بالأبعاد والقياسات مع اللحامات الزاوية و تحضير الثقوب في الزوايا العلوية الخاصة بالبراغي ، أما طول الزوايا الأربعة فهو الطول الظاهر للجائز .
٤. تدهن كافة العناصر المعدنية من زوايا وبسطات وغيرها بدهان مانع للصدأ .
٥. رفع القفص المعدني إلى موقعه محيطاً بالجائز المتدلي ليحمل على مورينات خشبية لحين تثبيته في البلاطة الخرسانية المسلحة بواسطة البراغي .
٦. تنفذ على الأوجه الثلاثة للجائز المتدلي ورقة إسمنتية سوداء ويفضل الاستعانة بشبك دجاج معدني خاصة إذا كانت سماكة هذه الورقة تزيد عن ( ٣) سم.
3.البلاطات :
مظاهر الضعف ودواعي التدعيم في البلاطات المصمتة :
1. وجود شقوق في أسفل ومنتصف البلاطة توازي استقامة الاستناد لنقص في التسليح الموجب أو تآكله أو نقص السماكة أو ضعف الخرسانة .
2.وجود شقوق علوية وخاصة قرب المساند في البلاطات المستمرة لنقص في تسليح العزم السالب أو عدم وجود التسليح العلوي في مكانه الصحيح .
3. سقوط طبقة التغطية السفلية من الخرسانة أسفل التسليح السفلي للبلاطة مما يؤدي إلى تأكسد و تآكل التسليح المكشوف للعوامل الطبيعية .
4.ضعف المقاومة المميزة للخرسانة أو نقص أو ضعف فولاذ التسليح المستعمل .
5. ضرورة زيادة كفاءة البلاطة بزيادة الأحمال المطبقة عليها عن الأحمال التصميمية .
6. التسهم الكبير في منتصف الفتحات.
من أساليب و طرائق تدعيم ومعالجة البلاطات المصمتة :
-التدعيم باستخدام شرائح تدعيمية من الخرسانة المسلحة:
تستخدم الشرائح التدعيمية من الخرسانة المسلحة في تقوية البلاطات المصمتة ذات الاتجاه الوحيد أو الاتجاهين ويكون ذلك بتكسير الخرسانة بعد التدعيم المؤقت، اعتماداً على أبعاد البلاطة الأساسية و سماكتها و تسليحها الأساسي وبعد الكشف الحسي بإجراء سبر أو سبور في البلاطة والتأكد من نوع و أقطار و أبعاد التساليح السفلية أو العلوية و مواقعها الفعلية، وبالتالي يتم حساب الكفاءة الفعلية للبلاطة في وضعها الحالي بعد قياس و معرفة مقاومة الخرسانة المميزة الفعلية.
إن طريقة تنفيذ تدعيم البلاطات بواسطة شرائح تدعيمية تتم بالشكل الآتي :
١. يتم عمل تدعيم مؤقت للبلاطة المراد تدعيمها بطريقة الشرائح الخرسانية المسلحة بمورينات خشبية على طرفي الشريحة.
٢. يتم تكسير الخرسانة وفق الأبعاد الخاصة بالشريحة التدعيمية، ثم تنظف الأطراف من البقايا والغبار، مع المحافظة على التساليح دون المساس بها و التي تظهر بعد تكسير الخرسانة .
٣. تثبيت تسليح الشريحة التدعيمية الطولي و العرضي وفق ما هو مبين في المخططات و يركب القالب الخشبي، و يستعمل في التسليح الفولاذ المحلزن عالي المقاومة .
٤. تصب الخرسانة وفق الأبعاد والسماكات و بعد رش الروبة الإسمنتية الغنية على الحواف و الأطراف ، تكون المواد البحصية والرمل نهرية نظيفة ولا تزيد أبعاد البحص عن (25 mm)،و عيار الإسمنت (400 Kg/m3).
– ميزات التدعيم باستعمال قميص الفولاذ:
- الحصول على مقاومة عالية للعنصر المُدعم.
- لا يتسبب في زيادة وزن المبنى.
- تكاليف قليلة بالنسبة لطرق التدعيم الأخرى.
- لا تتغير أبعاد العنصر، وبالتالي لن تتغير المساحات.
- السهولة في التنفيذ.
– عيوب التدعيم باستعمال قميص الفولاذ:
- يتطلب طلاء مقاوم للحريق على الهياكل الهامة مما يؤدي إلى زيادة التكلفة.
- يتطلب تقوية و لحام متعدد إذا لزم الأمر لزيادة مقاومة الانحناء والقص.
- يتطلب حجم كبير من عمليات الترويب و الحقن.
- غير قادر على تعديل الاتصالات في الإطارات.
- إمكانية التآكل وصدأ الفولاذ.
- عدم جماليته.
استخدامات التدعيم باستخدام الألياف البوليميرية(FRP):
بدأ استخدام الألياف البوليميرية (FRP: Fiber Reinforced Polymer) في تدعيم وتقوية العناصر الإنشائية منذ الستينيات من القرن الماضي عوضاً عن الأساليب التقليدية (القميص الخرساني – القميص المعدني) التي تعتمد على تكبير المقطع العرضي للعناصر المراد تدعيمها وما قد ينتج عن ذلك من تغيير في الأبعاد المعمارية للمنشأ غير مرغوبة في كثير من الأحيان.
هي عبارة عن شرائح مكونة من نسيج أسود يتكون من البوليميرات مدعم بألياف باتجاه أو اتجاهين متعامدين أو أربع اتجاهات، تختلف في السماكات و المقاسات، ويختلف عمل هذه الشرائح تبعاً لنوع مادة الألياف الموجودة فيها، كما يتم تدعيم واعادة تأهيل العناصر الخرسانية باستخدام رقائق المواد البوليمرية المسلحة بألياف الكربون سواء باستخدام طبقة واحدة أو عدة طبقات من هذه الرقائق.
أنواع الألياف في FRP:
- الألياف الكربونية (CFRP) يستخدم لزيادة مقاومة العنصر.
- الألياف الزجاجية (GFRP) يستخدم لزيادة مطاوعة العنصر.
- الألياف من مادة الآرميد (AFRP).
-مقاومة هذه الألياف بأنواعها أكبر بـ 10 مرات مقارنة مع حديد التسليح.
-توصي بعض الدراسات والأبحاث أن نسبة زيادة مقاومة العناصر المنعطفة المدعمة بالألياف الكربونية يجب أن لا تتعدى( ٧٠ %) من مقاومة العنصر المنعطف الأصلي.
إن من مميزات استخدام الألياف الكربونية ومثيلاتها من المواد هي :
١. لا تغير من أبعاد العناصر المدعمة بشكل عام نظراً لسماكة هذه الألياف والتي لا تتجاوز عدة مليمترات .
٢. عدم الحاجة إلى إخلاء المنشأ أو وقف استثماره .
٣. عدم إضافة أحمال جديدة و خاصة على الأعمدة و الأساسات نظراً لخفة وزن هذه الألياف .
٤. سهولة التنفيذ و عدم الحاجة لقالب أو ( كوفراج) كبير .
٥. إمكانية تغطيتها و إخفائها بالورقة الإسمنتية التي تلتصق معها بشكل جيد .
٦. عدم تأثرها بالحرارة والصدأ والمواد الكيميائية .
يتم تأمين تلاحم الألياف مع العناصر الإنشائية المدعمة ( خرسانية ، حجرية ،معدنية) باستخدام لاصق خاص تنتجه الشركة المصنعة للألياف وهو من مادة أيبوكسي خاص لكل نوع من الألياف .
استخدامات التدعيم باستخدام FRP:
1. الأعمدة:
إن تقوية الأعمدة الخرسانية المسلحة باستخدام الألياف الكربونية يعتمد على مبدأ العناصر الإنشائية المعرضة لضغط ثنائي المحاور، حيث يكون الضغط الأول ناجم عن تأثير القوة الناظمية ، والضغط الثاني ناجم عن تأثير التطويق، الأمر الذي ينتج عنه زيادة في طاقة تحميل العمود.
تستخدم في تدعيم الأعمدة لزيادة مقاومتها للأحمال الشاقولية ولزيادة تحملها للزلازل.
إن طريقة تنفيذ تدعيم الأعمدة بلفها بألياف(CFRP) تتم بالشكل الآتي :
١. يتم تنقير لأوجه العمود بعد إزالة الورقة الإسمنتية ، إن وجدت، ثم تنظيف الأوجه بالماء أو بالهواء المضغوط ويتم ذلك لإزالة طبقات التشطيب القديمة والطبقات الضعيفة أو المفككة من سطح الخرسانة حتى الوصول الى سطح خرسانى قوي، و يتم ذلك باستخدام الصواريخ أو السفح بالرمال.
و أيضاً يتم الكشف عن وجود تعشيش في أوجه العمود وإملائه بالمونة الإسمنتية الغنية إن وجد، ثم ترش الأوجه بالروبة الإسمنتية الغنية .
2.نقوم بلصق شرائح الألياف الكربونية على السطح الخرسانى مباشرة .
يجب التأكد من أن مقاومة الالتصاق للسطح الخرسانى لا تقل عن 1.5 نيوتن/مم2 و ذلك بإجراء اختبار مقاومة الالتصاق (Pull-off test) و في حال كانت القيمة أقل من ذلك ينبغى تكسير سطح الخرسانة حتى يتم الوصول إلى سطح قوي يمكن التنفيذ عليه.
2. الجوائز :
تستخدم الألياف البوليميرية (FRP)بشكل عام والألياف الكربونية (CFRP) بشكل خاص في تدعيم الجيزان على الانعطاف أو القص أو الاثنين معاً .
طريقة تنفيذ تدعيم الجيزان بتثبيت ألياف (CFRP) لمقاومة الانعطاف والقص تتم بالشكل الآتي :
1. فيما يخص تدعيم الجيزان الخرسانية المسلحة على الانعطاف تتم بتثبيت هذه الألياف على الوجه السفلي للجيزان في حال ضعف التسليح المشدود السفلي أو نقصه ، على اعتبار أن منطقة الضغط في القسم العلوي للمقطع العرضي المستطيل أو ذو المقطع بشكل (T) مع الاجهادات المؤثرة عليه تعطي قوة ضاغطة كافية لعزم الانعطاف الموجب المطبق، وبالتالي تتركز عملية تدعيم الجيزان المنعطفة بإضافة مركبة شد إضافية من الألياف الكربونية.
2.أما ما يخص تدعيم الجيزان لخرسانية المسلحة على القص باستخدام الألياف الكربونية فقد أجريت أبحاث عديدة على مدى مساهمة هذه الألياف في تحمل قوة القص في الجوائز المنعطفة وخاصة في المقاطع التي تكون فيها القوى القاصة كبيرة وبالقرب من المساند.
3. البلاطات :
بدأ استخدام الألياف الكربونية في تقوية و تدعيم العناصر الإنشائية منذ الستينيات من القرن الماضي بديلاً عن الطرائق التقليدية التي غالباً ما تعتمد على تكبير المقطع العرضي لهذه العناصر وما قد ينتج عن ذلك من تغير في الأبعاد المعمارية للمنشأ حيث تكون غير مرغوبة في كثير من الأحيان،وهي ذات ألياف باتجاه أو باتجاهين متعامدين أو بأربعة اتجاهات وتختلف في السماكات والمقاسات
إن طريقة تنفيذ التدعيم في البلاطات باستخدام الألياف الكربونية تتم بالشكل الآتي :
١. يتم تدعيم البلاطة بمورينات شاقولية مناسبة في منطقة منتصف مجازها.
٢. يتم تنقير و إزالة الورقة الإسمنتية و الطبقة السفلية الضعيفة في الوجه السفلي حتى ظهور التسليح السفلي المشدود .
٣. قياس مساحة ( أقطار وتباعدات ) التسليح السفلي بعد إزالة الأقسام المتأكسدة والصدئة،ثم طلاءه بمادة إيبوكسية مانعة للصدأ .
٤. يجب التأكد من عدم وجود أية رطوبة في البلاطة الخرسانية المسلحة بعزل وجهها العلوي وكذلك معالجة وجهها السفلي بمواد أو بطلاء مانع للرشح .
٥. تسوية وجه البلاطة السفلي بالمونة الإسمنتية الغنية.
٦. تثبيت الألياف الكربونية(CFRP) بحسب السماكات والأبعاد على الوجه السفلي للبلاطة باستخدام المادة الإيبوكسية الخاصة بالشركة الصانعة وذلك بين المسندين الحاملين للبلاطة دونما حاجة لمد هذه الألياف مجتازة مساند البلاطة.
٧. يمكن إعادة تنفيذ الورقة الإسمنتية مباشرة وفق المواصفات الفنية المعتمدة مباشرة بعد الإنتهاء من تثبيت الألياف الكربونية
– ميزات التدعيم باستخدام FRP:
- مقاومة عالية.
- الديمومة.
- خفيفة الوزن.
- سهلة وسريعة التركيب ولا تحتاج أيدي عاملة كثيرة وبالتالي تكاليف أقل.
- مرونة عالية و سهلة التركيب على الأسطح المنحنية.
- عدم قابلية التمغنط في الأنظمة التي تعمل بالطاقة الكهربائية، باستثناء ألياف الكربون.
- زيادة مطاوعة العنصر المدعم بتلك الألياف و بالتالي زيادة مقاومته للزلازل.
- لا داعي لتكبير أبعاد العنصر وبالتالي لا تشغل مساحة إضافية.
- المقاومة العالية لظروف الجوية والبيئية المختلفة.
– عيوب التدعيم باستخدام FRP:
- رقيقة جداً، لذلك يجب الانتباه لحواف الجوائز والأعمدة وجعلها دائرية لتجنب تكسر الألياف.
- ليس لها مقاومة للحريق، لذا يجب طلائها بـدهانات مقاومة للحريق وذلك سيزيد التكلفة.
- تكلفتها مرتفعة.
- تحتاج لمهارة في التركيب ودقة في النقل والتقطيع.
تعتبر سلامة العناصر الإنشائية الحاملة أساساً لضمان سلامة و استقرار الأبنية و المنشآت ،ولذلك يجب تنفيذها وفق الأصول الهندسية المعتمدة على الاشتراطات و المواصفات الفنية،و أيضاً من الضروري الحفاظ عليها من عوامل الطبيعة التي تؤثر سلباً على مقاومتها ، إضافة إلى منع أية زيادة في الأحمال المطبقة .
كثرت في الآونة الأخيرة مظاهر الضعف في سلامة العناصر الإنشائية الحاملة للأبنية والمنشآت، و أصبحت مهمة تدعيم الأبنية وتقويتها من مسؤولية المهندسين الإنشائيين حيث يتوجب عليهم إعطاء الحلول الصحيحة و الطرائق اللازمة لإصلاح وتلافي حالات الضعف المختلفة في العناصر الحاملة من أساسات وأعمدة وبلاطات وجسور وغيرها من العناصر الخرسانية المسلحة.