تصدع المباني
| أنماط الانهيار الميكانيكي |
|---|
تصدع المباني Structural failure هو التدهور الذي يحصل في وضع البناء من تشقق أو تكسر أو اهتراء أو تآكل أو انخفاض في المتانة أو أي مظاهر ضعف أخرى تهدد سلامته الإنشائية أو تهدد صلاحيته للاستثمار.
والتدعيم هو مجموعة الإجراءات التي تنفذ في البناء لمعالجة التصدع وجعل البناء صالحاً للاستثمار بأمان.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ظواهر التصدع في البناء
يمكن تلخيص ظواهر التصدع في البناء بالنقاط الآتية:
1ـ التشققات: وهي ناتجة عن قوى شادة مطبقة على العنصر الإنشائي تفوق قدرته على المقاومة.
2ـ التشظي أو الانفلاع: وهو تكسر يحصل في جزء من العنصر الإنشائي نتيجة تعرضه لقوى ضاغطة تفوق قدرته على المقاومة.
3ـ التحلل الكيميائي أو التآكل: وهو تفتت يحصل في مادة العنصر الإنشائي نتيجة تفاعلها مع مواد كيمياوية موجودة في الوسط المحيط بها.
4ـ ترخيم كبير في العناصر الأفقية يجعل استعمالها غير ممكن، وينتج ذلك عن نقص في قساوة هذه العناصر.
5ـ ميلان (انزياح أفقي) كبير في البناء يمنع استثماره بالشكل الأمثل، وينتج هذا الميلان عن انضغاط التربة تحت جهة من البناء أكثر من الجهة الأخرى بسبب عدم تجانس تربة التأسيس تحت البناء، أو بسبب عدم انتظام الإجهادات المطبقة على تربة التأسيس.
6ـ اهتزازات كبيرة أثناء الاستعمال، وهذه الاهتزازات تجعل الاستعمال غير مريح من الناحية النفسية على الأقل، كما يمكن أن يكون مزعجاً أو عائقاً للاستثمار.
ومن الجدير بالذكر أن البناء يستطيع تحمل ظواهر التصدع هذه لدرجة معينة، أي إنه ليس بالضرورة أن تكون ظواهر التصدع هذه خطيرة وتهدد سلامة البناء، إلا أنها مؤشرات خطر تستوجب دراسة البناء للتحقق من سلامته الإنشائية، وتشير إلى ضرورة مراقبة تطور التصدعات، لتقوية البناء قبل وصوله لمرحلة خطرة.
أسباب تصدع البناء
هناك أربعة عناصر رئيسة لمشروع البناء هي: الفكرة والتصميم والتنفيذ والاستعمال. ومن أجل أن يكون مشروع البناء ناجحاً يجب أن تشتمل هذه العناصر: المعرفة والخبرة والعناية. وإذا كان هناك نقص في أي منها، فلن يعوض هذا النقص ويمنع الانهيار التفوق في أي من الأخيرتين أو في كليهما.
يمكن تصنيف أسباب تصدع البناء وفقاً للعناصر السابقة بالعوامل الآتية:
ـ أسباب ناتجة عن خطأ في الفكرة: المقصود بفكرة البناء هي فكرة الجملة الإنشائية التي ستقوم بنقل الأحمال التي سيتعرض لها البناء من نقطة تطبيقها حتى تربة التأسيس. يجب أن تكون هذه الجملة سليمة هندسياً ومستقرة. وإن وجود الخطأ في هذه الجملة يجعل البناء معرضاً للتصدع. ومن الجدير بالذكر أن التصدع الناتج عن هذا النوع من الأخطاء يظهر سريعاً في البناء، وغالباً ما يظهر أثناء فترة تنفيذ البناء وقبل الاستثمار. ومن أشهر أخطاء الفكرة هي استعمال جملة إنشائية غير مستقرة.
ـ أسباب ناتجة عن الخطأ في التصميم: تصميم البناء هو وضع تفصيلاته ضمن إطار الفكرة. وحصول خطأ في تصميم البناء قد يؤدي لتصدعه. ومن أشهر أخطاء التصميم يمكن ذكر عدم التقدير السليم للأحمال والقوى، وسوء تصميم مقاطع العناصر أو وصلاتها، وتفصيلات التصميم الضعيفة، وعدم توافق التصميم مع طبيعة تربة التأسيس، وعدم معالجة التغيرات الفجائية في المقاطع بصورة سليمة، واختيار عرض غير كاف لفاصل التمدد.
ـ أسباب ناتجة عن خطأ في التنفيذ: قد يظهر تصدع البناء بالفترة الأولى من بنائه أو بالفترة الأولى من استثماره، أو قد يظهر بعد بضع سنوات من استثماره. ويعجل في حصول التصدع الناتج عن خطأ التنفيذ، ترافقه مع أخطاء أخرى مثل خطأ في التصميم أو غيره. ومن أشهر أخطاء التنفيذ هي ضعف مقاومة مواد البناء المستعملة، وسوء تنفيذ الوصلات وعدم تصريف الماء بصورة مناسبة، والفك المبكر لدعامات القالب واهتزاز الخرسانة بعد بداية تصلبها، والهبوط الموضعي لتربة التأسيس.
ـ أسباب ناتجة عن خطأ في الاستثمار: هناك كثير من الأخطاء التي يمكن أن يرتكبها مستثمرو البناء، وتسهم في تصدعه منها: أ ـ تعريض البناء لأحمال تفوق الأحمال المصمم عليها كثيراً.
ب ـ تعريض البناء لمواد كيمياوية تتفاعل مع المواد المستعملة في البناء، وإجراء تعديلات غير مدروسة في البناء تؤثر في سلامته، وعدم تنفيذ صيانة دورية للبناء وترك التسربات في التمديدات المائية تفعل فعلها في البناء.
ـ أسباب ناتجة عن تأثير مرور الزمن على مواد البناء المجهدة: نتيجة لتعرض المواد المستعملة في تشييد البناء لإجهادات كبيرة لفترة طويلة من الزمن، فإن مقاومة هذه المواد للإجهادات المطبقة عليها تنخفض مع مرور الزمن، نتيجة لظاهرة التعب الذي يحصل بهذه المواد. وتزيد نسبة انخفاض مقاومة المواد طرداً مع الزمن ومع شدة الإجهادات المطبقة عليها، إضافة إلى احتمال حصول حوادث طبيعية غير عادية مع مرور الزمن، كالأعاصير والزلازل والفيضانات وغيرها.
طريقة كشف أسباب التصدع
تعد هذه الخطوة عملياً أهم خطوة، إذ إنه من غير الممكن عملياً تقدير مدى الحاجة للإصلاح إلا إذا عرف سبب أو أسباب التصدع، وقد تكون المعطيات غير كافية لتحديد السبب، لذا توضع جميع الأسباب التي تؤدي عادة إلى التصدعات ثم تحذف الأسباب غير المحتملة واحداً إثر واحد، إلى أن يبقى عدد محدود من الأسباب يؤخذ بالحسبان.
لا توجد قواعد محددة يمكن اتباعها لكشف سبب أو أسباب التصدع، فكل حالة هي مسألة قائمة بذاتها، ويجب أن يجري التشخيص لها بشكل فردي. ويمكن للمهندس الذي يقوم بالتشخيص اتباع الخطوات الآتية: فحص البناء ودراسته جيداً، ومقارنة البناء مع الأبنية المجاورة ومع الأبنية المشابهة بأمكنة أخرى، واستفسار من العناصر الفنية التي قامت بالدراسة أو بالإنشاء عن أسباب محتملة للتصدع، وتحليل الأمور غير العادية في المسألة المطروحة، والتفكير بالمسألة على نحو علمي هادئ وبصبر، ودراسة المسألة بعمق.
طريقة مراقبة تطور تصدعات البناء
قبل تقرير السلامة الإنشائية للبناء المتصدع من عدمها، يلزم مراقبة ظواهر التصدع، وأول خطوة في عملية المراقبة هي تحديد جميع التصدعات (سواء منها التشققات أو مناطق التشظي أو مناطق التحلل أو الترخيم الكبير أو الميلان الكبير) على مخططات خاصة مع تسجيل تاريخ التحديد.
تراقب التشققات كما يأتي: ـ يسجل في المخططات طول الشق وثخانته واتجاهه ومكانه. أما على الموقع فتحدد نهايتا الشق بإشارة X ويعطى رقم لكل شق. ـ وضع لصائق جصية بشكل 8 متعامدة مع الشق، مع كتابة التاريخ عليها. ـ تراقب الشقوق بالكشف عليها مرة عدة أيام أو عدة أسابيع حسب سرعة تطور ظهور الشقوق واتساعها. ـ تراقب ظاهرة التشظي باستخدام اللصائق الجصية كما في حالة مراقبة الشقوق. كما يمكن مراقبة ظاهرة التشظي بوضع طبقة من مواد هشة وقابلة للتقصف (ويعد الجص أحدها). أما ظاهرة التحلل الكيمياوي للخرسانة (البيتون) فتراقب بإزالة الحصويات (التي تحللت المادة الرابطة بينها) في موقع معين حتى الوصول للخرسانة السليمة وتعليم الموقع. ثم إعادة الفحص بعد مدة من الزمن. وتراقب ظاهرة الترخيم الكبير والميلان بالقياس وبالرصد المساحي.
الحالات التي تستدعي تدعيم البناء
يمكن تعداد هذه الحالات بالآتي: ـ وجود ظاهرة أو أكثر من ظواهر تصدع البناء ناتجة عن أي سبب كان، ومتطورة لدرجة تهدد سلامته الإنشائية، أو تجعله غير صالح للاستعمال. ـ الحاجة لإكساب البناء مقاومة للقوى الأفقية، كالزلازل إذا لم يكن مصمماً عليها. ـ الحاجة إلى إضافة طابق أو أكثر للبناء. ـ الحاجة لتعديل وظيفة استثمار البناء، وما ينتج عن ذلك من زيادة أحمال أو تعديل في الجملة الإنشائية.
ويجب تقرير ضرورة تدعيم البناء وكشف التصدع ومراقبة تطوره وتحديد أسبابه، وتقويم مقاومة البناء للأحمال المعرض لها، وتقرير الحاجة للتدعيم واختيار الطريقة المناسبة لها.
مواد البناء المستعملة في إنشاء المباني
هناك مواد كثيرة مستعملة كمواد إنشائية حاملة في المباني، ويمكن تعداد المواد الآتية منها: حجر (طبيعي أو صناعي كالبلوك الإسمنتي أو الآجر المضغوط المشوي بالنار) ـ فولاذ (أو صلب) ـ خرسانة (أو بيتون) ـ خشب ـ طين مجفف بالشمس ـ ألمنيوم ـ لدائن مسلحة. وتعد مادة الحجر من أقدم المواد التي كانت مستعملة بكثرة في أسقف المباني السكنية وغيرها من الأبنية الحجرية. أما مادة الخرسانة بنوعيها العادية والمسلحة فهي اليوم من أكثر المواد استعمالاً في المباني، بل إنها المادة الأكثر استعمالاً في إنشاء الأبنية في الوطن العربي وفي العالم.
طرائق تدعيم الأبنية الحجرية
يمكن أن يتم ذلك بطرق عدة منها: ـ حقن الفراغات بين الأحجار بمواد رابطة، يتم في هذه الطريقة استعمال مواد رابطة من النوع الذي كان يستعمل سابقاً، ويمكن أن يضاف لها نسبة من الإسمنت وتحقن بالفراغات بضغط عادي أو بضغط عالٍ إن لزم. ـ إضافة شدادات معدنية طولية أو عرضية، ويتم تطبيق قوى شد في هذه الشدادات لتضغط على أحجار الجدران وتزيد الترابط بينها. ـ إضافة لمعات أو شيناجات خرسانية مسلحة. تكون اللمعات الخرسانية المضافة بمثابة أعمدة تقوية على جوانب الفتحات أو نهايات الجدران، أي في مناطق تركز الإجهادات في الجدران. ـ استعمال قمصان خرسانية مسلحة للجدران من الخرسانة المصبوبة أو المقذوفة. ـ استعمال قمصان معدنية للجدران مع الشدادات والحقن بينها وبين الجدران. ـ استبدال الأحجار التالفة بأحجار جديدة، تطبق هذه الطريقة عندما يكون الصدع أو التآكل قد حصل بالأحجار ذاتها، وفي عدد محدود منها فقط. أما إذا كانت الأحجار ذاتها سليمة والتآكل قد حصل بالمونة الرابطة، فإن الطرائق السابقة تكون هي الأنسب. ـ استبدال الأسقف الخشبية المهترئة أو المتآكلة. ـ تقوية الأسقف ذات الجوائز المعدنية مع أقواس آجرية أو تغطية خرسانية. كانت المقاطع الفولاذية بشكل حرف I تستخدم أيضاً لتغطية الفراغات بين الجدران الحجرية الحاملة. وكانت الفراغات بين المقاطع المتتالية تملأ بأقواس آجرية، ومن ثمّ يتم تشكيل الأسقف، ثمّ جرى لاحقاً استعمال الخرسانة لملء هذا الفراغ. في حال تعرض الجوائز المعدنية المكونة من مقاطع I للتآكل وثبوت حاجتها للتقوية، فيمكن أن يتم ذلك بلحام صفائح فولاذية على المقاطع من الأسفل بما يعوض عن الأجزاء الصدئة ويزيد مقاومة الجوائز للأحمال المطبقة عليها.
طرائق تدعيم الأبنية الفولاذية
ويتم ذلك باستخدام الطرق الرئيسية التالية: استبدال العناصر المتآكلة (الصدئة)، تصفيح العناصر الضعيفة، إضافة عناصر جديدة، إضافة روابط معدنية لتكتيف البناء، أو إضافة جدران قص جديدة من الخرسانة المسلحة وهي بديلة للطريقة السابقة. ويراعى في جميع الأحوال تأمين حماية لسطوح الفولاذ بطلائه بالدهانات المناسبة (سيراقون أو إيبوكسي أو دهان زياتي مقاوم للرطوبة).
طرائق تدعيم الأبنية من الخرسانة المسلحة
ـ تنفيذ قمصان معدنية، تستعمل هذه الطريقة بصورة خاصة لتقوية الأعمدة والجوائز، يتم إحاطة العمود أو الجائز بزوايا مع صفائح فولاذية، بقصد حصر الخرسانة، ومن ثمّ زيادة مقاومتها، مع الاستفادة من مقاومة الزوايا الفولاذية التي توضع حول أركان العمود أو الجائز.
أما في البلاطات فيمكن استعمالها بوضع صفائح فولاذية، مع ربط هذه الصفائح الفولاذية بعضها ببعض بشدادات فولاذية أو إضافة عناصر فولاذية حاملة.
ـ تنفيذ قمصان خرسانية مسلحة، تستعمل هذه الطريقة كبديل للطريقة السابقة، وتستعمل بصور خاصة للأعمدة الخرسانية، حيث يجري صب أو قذف طبقة من الخرسانة حول المحيط العمود (بعد إحاطته بالتسليح الشاقولي والأفقي المناسبين) تعمل قميصاً له، ويمكن أن تستعمل الطريقة ذاتها في الجوائز (الكمرات).
ـ تنفيذ جدران قص خرسانية مسلحة، تستعمل هذه الطريقة في التقوية بصورة خاصة عند الرغبة بتقوية البناء ضد القوى الأفقية كالزلازل وغيرها. يمكن لهذه الجدران المضافة الإسهام في مقاومة الأحمال الشاقولية إضافة لإسهامها في مقاومة القوى الأفقية.
ـ تنفيذ روابط معدنية لتكتيف البناء. هذه الطريقة بديلة للطريقة السابقة، في زيادة متانة البناء لمقاومة القوى الأفقية، ويتم فيها إضافة روابط معدنية بشكل جوائز شبكية.
ـ إضافة عناصر إنشائية جديدة من الخرسانة المسلحة أو من الفولاذ. يتم في هذه الطريقة تقوية العناصر الإنشائية الضعيفة بإضافة عناصر جديدة من الخرسانة المسلحة أو من الفولاذ. يتم مثلاً تقوية الجوائز بإضافة أعمدة جديدة لسندها. ويمكن تقوية البلاطات بإضافة جوائز جديدة أو إضافة أعمدة جديدة وجوائز. ومن البديهي إضافة أساسات جديدة للأعمدة الجديدة. ويجدر التنويه إلى أن تنفيذ أعمال التقوية يتطلب تفاصيل دقيقة وخبرة كافية للحصول على النتائج المرجوة.
طرائق تدعيم أساسات البناء
ثمة طرائق متنوعة لتدعيم أساسات الأبنية، ويتم اختيار المناسب منها بما يتوافق مع موقع البناء ونوعية تربة التأسيس وطبيعة البناء. أهم هذه الطرائق: حصر تربة تأسيس البناء بأوتاد محيطية مصبوبة بالمكان، أو حتى تربة التأسيس بمادة مناسبة مثل الروبة الإسمنتية أو مثل المواد الكيمياوية الرابطة، أو تنفيذ أوتاد دقيقة معدنية ومحمية بروبة إسمنتية ومواد عازلة. يتم غرز الأوتاد الدقيقة micro piles ضمن التربة تحت الأساسات مباشرة للأعماق المناسبة، ويتم ربط هذه الأوتاد مع الأساسات القديمة من أجل نقل الأحمال إليها.
وهناك طرائق أخرى مثل: تنفيذ أوتاد بالحقن المنفوث أو رصّ تربة التأسيس عن طريق مناطق حقن أو تنفيذ أوتاد تحت الأساسات من الخرسانة العادية أو المغموسة، أو يمكن في بعض الأحيان تنفيذ أوتاد خرسانية مسلحة مصبوبة بالمكان، بأقطار صغيرة لا تتجاوز عادة 45سم، حيث تدخل آلية حفر صغيرة إلى منسوب تأسيس البناء، وتقوم بحفر الأوتاد مع استعمال قمصان حماية معدنية لمنع انهيار التربة ضمن فراغ الحفرية. تكون هذه الأوتاد مجاورة للأساسات القديمة، ثمّ تُنقل حمولة هذه الأساسات إليها عن طريق استعمال عناصر معدنية تحتها، يتم حمايتها من الصدأ بالدهانات وتغليفها بطبقة حماية من الخرسانة المسلحة بشبك، ومن ثمّ طلاؤها بالإسفلت.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
عوامل اختيار طريقة التدعيم المناسبة
عند اختيار طريقة التدعيم المناسبة، يجب أخذ العوامل الآتية بالحسبان: ـ كلفة التدعيم وكلفة الصيانة بما يؤمن حل اقتصادي للتقوية. ـ إذا كانت التصدعات قليلة ومتفرقة، فتتم التقوية لكل تصدع وحده، أما إذا كانت كثيرة وعامة فيتطلب الأمر إعادة نظر أساسية في التصميم. ـ يجب أن ينفذ التدعيم بحيث يمنع حدوث تطورات جديدة في علامات التصدع. ـ يجب الاهتمام بالمظهر المعماري بعد التدعيم ودراسة الوظائف المعمارية بحيث تبقى محققة لغايات استثمار البناء، واتخاذ الإجراءات المناسبة لتحقيق ذلك. ـ عند إضافة عناصر التدعيم في أثناء عملية التقوية، يجب التأكد حسابياً قبل التدعيم من أن إعادة توزيع الأحمال الحية لن تسبب زيادة القوى الداخلية على العناصر الأخرى بما يفوق قدرتها على التحمل.
Notable failures
الكباري
Dee bridge
First Tay Rail Bridge
First Tacoma Narrows Bridge
I-35W Bridge
المباني
Ronan Point
Oklahoma City bombing
9/11
Aircraft
Other
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Warsaw Radio Mast
Hyatt Regency walkway
انظر أيضاً
- Catastrophic failure
- Earthquake engineering
- Porch collapse
- Forensic engineering
- Progressive collapse
- Seismic performance
- Structural Fracture Mechanics
- Collapse zone
المصادر
- Feld, Jacob; Carper, Kenneth L. (1997). Construction Failure. John Wiley & Sons. ISBN 0471574775.
- Lewis, Peter R. (2007). Disaster on the Dee. Tempus.
- Petroski, Henry (1994). Design Paradigms: Case Histories of Error and Judgment in Engineering. Cambridge University Press. ISBN 0521466490.
- Scott, Richard (2001). In the Wake of Tacoma: Suspension Bridges and the Quest for Aerodynamic Stability. ASCE Publications. ISBN 0784405425.
- [1]
- أحمد سليمان الحسن، محمد كرامة بدورة. "تصدع المباني". الموسوعة العربية.