نویسنده: جیم آلن
مترجم: سعید محمودکلایه
https://www.buildingconservation.com/articles/cracking/cracking.htm
برای مطالعه مقاله اصلی به لینک فوق مراجعه کنید
هنگامی که در پی حفاظت از بناهای تاریخی یا حتی ساختمان‌های تجاری یا بناهایی ساده‌تر هستیم، ضروری است تا علل ترک‌های سازه‌ای به‌خوبی درک شود. شاید اصلی‌ترین تفاوت‌های مشهود هنگام کار روی ساختمان تاریخی و جدید این باشد که در بناهای تاریخی نمی‌توان عامل ریشه‌ای و مستقیم ترک را شناسایی کرد؛ اما این واقعیت به‌هیچ‌وجه ضرورت شناخت مناسب آسیب را مخدوش نمی‌کند، زیرا راهبرد درمان تنها زمانی تعیین می‌شود که علت مشکل شناسایی شود.
ترک‌ها متأثر از پویا بودن و غیرساکن بودن زمین هستند؛ در مقاطع کلان و خرد، مصالح در پاسخ به تغییرات محیطی، میل به حرکت دارند. بخشی از دلایل عمومی این جابه‌جایی به شرح زیر است (فهرست‌کردن آن به‌صورت کامل نیازمند چندین صفحه خواهد بود):
- جابه‌جایی زمین (پایین‌تر از پی) از جمله انقباض در خاک رس لایه‌های زیرین (بعضاً ناشی از درختان)، ازدست‌رفتن ذرات ریز از دانه‌بندی مصالح (ناشی از ناکارآمدی زهکش و یا جابه‌جایی سطح آب زیرزمینی)، لغزش زمین و حتی فعالیت‌های برخی جانوران در نقب‌زدن؛
- ازدست‌رفتن استحکام پی که می‌تواند ناشی از استقرار بر روی آوار پی‌های پیشین، پوسیدگی در مصالح خشتی و آجری، ضعف ساختاری پی‌های ساخته شده از قلوه‌سنگ و حتی عوامل مهاجم شیمیایی در پی‌های سیمانی باشد.
- فروپاشی روبنا؛ اغلب سازه‌ها ترکیبی اجرا می‌شوند که هر یک از مواد آن طول عمری متفاوت خواهد داشت و همچنین میزان قرارگیری در معرض عوامل محیطی را نیز به‌عنوان یک عامل مؤثر باید بدان افزود. هنگامی که یک ماده قبل از ماده‌ای دیگر دچار مشکل یا پوسیدگی شود، جابه‌جایی و ترک مشاهده خواهد شد. نمونه کلاسیک آن را می‌توان در چوب‌های به‌کاررفته در دیوار یا پوسیدگی بست‌های فلزی به‌کاررفته در دیوارهای سنگی مشاهده کرد.
- جابه‌جایی رطوبت؛ مواد بر اثر جذب یا ازدست‌دادن رطوبت، منقبض یا منبسط می‌شوند. در بعضی موارد (به طور مثال انبساط آجرهای رسی جدید) جابه‌جایی برگشت‌ناپذیر است اما اگر چنانچه این مسئله از ابتدا پیش‌بینی شده باشد، ساختار را می‌توان به‌گونه‌ای طراحی کرد که انطباق با این حرکت حاصل آید. در سایر موارد، جابه‌جایی متأثر از تغییرات رطوبت موجود در مواد، برگشت‌پذیر بوده و به‌واسطه طبیعت ادواری آن صورت می‌گیرد و عموماً بی‌ضرر است، اما این امر می‌تواند منجر به جابه‌جایی تصاعدی گردد که خارج از صفحه زمین است. تغییرات فصلی در چوب، نمونه خوبی از این امر است و ازآنجاکه چوب یک مصالح طبیعی به شمار می‌رود، جابه‌جایی یکسان نخواهد بود.
- جابه‌جایی ناشی از حرارت: افزایش و کاهش دما منجر به انقباض و انبساط مصالح می‌شود. اگر از این جابه‌جایی جلوگیری به عمل آید، فشار زیادی به وجود خواهد آمد. این شکل از جابه‌جایی به‌صورت ادواری بوده و اغلب منجر به فرسودگی و تخریب تصاعدی یا تدریجی سازه می‌شود.
- نواقص ذاتی: سازه‌ها، بخصوص سازه‌های تاریخی، اغلب در قیاس با استانداردهای امروزی، در استقامت جانبی عناصر عمودی نواقصی دارند که منجر به جابه‌جایی‌های جنبی می‌شود. اغلب، تغییرات تدریجی سازه می‌تواند باعث ایجاد تمرکز بار روی بخش‌هایی گردد که برای حمل آن نامناسب‌اند. جابه‌جایی ناشی از این نواقص معمولاً تدریجی و با روندی روبه‌رشد عمل کرده و چنانچه از آن جلوگیری نشود، منجر به تخریب سازه خواهد شد.
- مشخصات نامناسب: شیوه‌های جدید تعمیر برای مرمت سازه‌هایی که با ملات‌های منعطف و بعضاً پایه آهکی ساخته شده‌اند، عموماً بسیار قوی یا صلب محسوب می‌شود. ازاین‌قبیل موارد می‌توان به سیمان پرتلند اشاره کرد که به‌عنوان ترکیبی قوی از الاستیسیته کافی برخوردار نبوده و در فشارهای بالا، مصالح جدید دچار گسست شده یا در بیشتر موارد، مصالح پیرامونی آن دچار گسست خواهد شد.
- خمش زیر بار: سازه‌های معلق نظیر طبقات در زیر بار خم شده و هر عضو عمودی مرتبط باربر به مقدار کمی متراکم خواهد شد. عناصر غیرسازه‌ای پرکننده باید قابل‌انطباق با این جابه‌جایی باشند و در غیر این صورت ترک روی می‌دهد.
با وجود عدم کامل بودن، این فهرست می‌تواند برهم‌کنش پیچیده‌ای که ممکن است روی دهد را مجسم سازد و دشواری تشخیص صحیح از علل نشست را روشن سازد.
دلایل بروز ترک
ترک خوردن واکنشی اجتناب‌ناپذیر به عدم توانایی سازه در همراهی با جابه‌جایی‌هایی است که در معرض آن قرار می‌گیرد. در اینجا، دو مسئله برای ارزیابی دلایل ترک وجود دارد: نخست ماهیت و اهمیت دلایل جابه‌جایی (مطابق با آنچه در بالا ذکر آن رفت)؛ دوم توانایی سازه برای انطباق با حرکت که وابسته به طبیعت مصالح بوده و در مورد مصالح ترکیبی بنایی به ماهیت ترکیب مصالح به‌کاررفته در سازه مربوط خواهد بود.
برای ساختمان‌های جدید، طراحان می‌توانند بسیاری از این عوامل را حذف کنند و برای باقی عوامل بازمانده نیز از طریق تعریف اتصالات و یا استفاده از مصالح با امکان جابه‌جایی، ظرفیت و تحمل ایجاد کنند. استفاده از مصالح با این قابلیت از شیوه‌های سنتی محسوب می‌شود که موادی چون آهک بتونه و آهک هیدرولیک می‌توانند در جذب حرکت و جابه‌جایی به‌صورت قابل‌ملاحظه‌ای در سازه مؤثر واقع شوند.
ساختمان‌های موجود را باید به آن صورت که هستند پذیرفت و بر اساس عملکرد مورد انتظار، ارزیابی باید از دلایل احتمالی جابه‌جایی و درجه آستان تحمل جابه‌جایی طبیعی هر ساختار مشخص صورت گیرد. بخش عمده‌ای از ترک‌ها ممکن است که متأثر از یک عامل خارجی (مواردی نظیر نشست زمین) و یا متأثر از خود مواد و مصالح روی دهد.
راهبردهای ارزیابی
زمانی که بناهای تاریخی موردنظرند، ضروری است تا فردی مجرب و متخصص در تشخیص الگوی جابه‌جایی صورت‌گرفته به‌عنوان کارشناس به خدمت گرفته شود و توان تدوین برنامه تحقیق برای دستیابی به ارزیابی صحیح را داشته باشد. تحقیق ضروری بوده و می‌تواند در صرفه‌جویی زمان گران‌بها، مؤثر واقع شود و نیاز برای انقطاع کاری را که تحقیقات ضروری بعدی سبب می‌شود، به حداقل می‌رساند.
مهندس متخصص سازه می‌تواند نظریات اولیه را بر پایه مشاهدات بصری ارائه دهد، اما حتی زمانی که اطلاعات آرشیوی خوبی نیز در دست داریم (از مطالعات سازه‌ای پیشین) برخی بررسی‌های میدانی موردنیاز است تا عوامل متنوع مربوط به آن نیز شناسایی شود و مهم‌ترین عوامل را مشخص سازد. تکرار فرایندهایی چون بررسی، می‌تواند سؤالات بیشتر و پاسخ‌های آن را در ذهن متبادر سازد.
راهبرد تعمیرات
تهیه یک خلاصه توضیحات پیش از آغاز کار ضروری است. بر اساس فرضیات، هر دو عامل جابه‌جایی و درجه آستانه تحمل جابه‌جایی مشخص شوند تا تعدادی گزینه در دسترس باشد. اینها می‌توانند شامل مداخلات اصلی از یک سو (و پیش‌بینی مناسبی برای اجتناب از مشکلات اصلی آتی) باشد. مهم‌ترین مسئله، پاسخ به این پرسش است که آیا جابه‌جایی به‌صورت مداوم و تدریجی است یا خیر. چنانچه وضعیت سازه روبه‌خرابی است، برای حفظ آن، مداخله ضروری خواهد بود.
جهت داشتن رویکرد قابل‌قبول برای رفع مشکلات، نتایج مداخلات باید ارزیابی شود؛ برای مثال، برای حل مشکل امتداد نیروها در زیر لایه‌های زیرین در قالب استحکام‌بخشی زمین زیرین، می‌توان پی جدید پیش‌بینی و اجرا کرد. این کار به‌ویژه در مواردی که لایه‌های زیرین از خاک رس تشکیل شده باشد، توصیه می‌شود. تعمیرات اشتباه و نامناسب ترک‌ها، می‌تواند به اشتباه بسیار پرخرجی منجر شود.
در واقع به‌خاطر احتمال و ماهیت جابه‌جایی‌ها و نشست‌های آتی، باید وضعیت جدید متأثر از مداخله ارزیابی شود. جزئیات، به نوع نشست احتمالی آتی بستگی دارد. در اغلب موارد، سازه‌ها کماکان در معرض تغییرات رطوبت و دما خواهند بود زیرا تغییرات کوتاه‌مدت و بلندمدت در محیط رخ می‌دهد.
جزئیات تعمیر
ترک‌خوردگی موجب تضعیف ذاتی سازه‌ها می‌شوند. از این روست که تعمیرات سطحی نظیر پرکردن و یا اقدامات تزیینی اغلب با شکست مواجه می‌شود. بعضاً کوچک‌ترین جابه‌جایی منجر به ترک‌های بعدی می‌شود.
از لحاظ فنی و مهندسی، این موضوع از طریق ابعاد ترک در ارتباط با بقیه سازه تعریف می‌شود. ترک‌ها عموماً باریک هستند و اگر جابه‌جایی بر این مواضع ضعیف متمرکز شود، کرنش بالا خواهد رفت. تنش ناشی از جابه‌جایی، تابعی از کرنش و متأثر از فاکتوری است که ضریب یانگ یا ضریب کشسانی نامیده می‌شود که در واقع اندازه صلابت و سختی مصالح را توصیف می‌کند.
به این دلیل، برای تعمیر ترک‌های موجود در دیوار بنایی نباید مصالح با ضریب بالای یانگ نظیر ترکیب پرمایه سیمان پرتلند به کار رود، زیرا که تنش ایجاد شده منجر به شکست تعمیرات می‌شود. مصالح با ضریب پایین یا با قابلیت تغییر فرم به شکل پلاستیسیته، پیشنهاد بهتری برای حصول نتیجه موفقیت‌آمیز خواهند بود.
افزایش پهنای تعمیرات باعث کاهش فشار و متعاقباً تنش خواهد بود. در عمل، این امر از طریق انقطاع ترک و جایگزینی با مفصلی شکل یافته به دست می‌آید اما این کار مداخله‌ای کلان بوده و ممکن است از نظر هزینه و یا اصالت بصری مورد قبول نباشد. اتصال مجدد مصالح بنایی با استفاده از مصالح پایه آهکی قابل پیشنهاد بوده و پلاستیسیته مورد نظر را نیز تامین می‌کند و مکانیسم تحمل فشار را نیز میسر می‌سازد.
یک گزینه، تعبیه فولاد تقویتی مقاوم در برابر خوردگی (اغلب استیل ضد زنگ) در بستر اتصالات به منظور توزیع فشار و نهایتا تنش در محیط بزرگتری است که در نتیجه احتمال شکست را کاهش می‌دهد. باید دقت شود که عرض آرماتور در سراسر ترک تغییر کند، زیرا قطع ناگهانی میله در دیوار یا شبکه کش‌بندی در لایه اندود موازی با ترک در سوی دیگر دیوار نیز می‌تواند باعث تمرکز تنش شود که منجر به ترک‌های بیشتری خواهد شد.
چنین تکنیک‌هایی منوط به این است که پایه اولیه ساختمان قدرتمند بوده و در وضعیت نسبتا خوبی باشد. این امر اغلب تحقق نمی‌پذیرد و بعضاً لازم است تا کارهای درمانی به منظور تثبیت سازه پیش از اقدامات تعمیرات صورت گیرد. به منظور ارزیابی این نیاز، شکل اولیه ساختار باید شناخته شود و میزان انحراف از معیارهای اصلی تخمین زده شود. تهیه سطوح مقطع برای نمایش انحراف و تغییر شکل می‌تواند سودمند باشد و تخمین و اندازه گیری حفره‌ها و دیگر نواقص را میسر سازد.
در جاهایی که حفره‌ها مشکوک به نظر می‌رسند، استفاده از ابزاری نظیر بورواسکوپ برای دیدن داخل سازه و تعیین میزان مشکلات، فوق العاده ارزشمند خواهد بود. شیوه‌های پیچیده دیگری به منظور آزمون‌های غیر مخرب وجود دارد که می‌توان آن‌ها را نیز به کار بست نظیر استفاده از رادار و حرارت سنجی، اما این شیوه‌ها عموماً پر هزینه بوده و تفسیر نتایج آن پیچیده خواهد بود.
در درمان حفره‌ها، عموماً از طریق بازسازی (در اکثر موارد اجتناب‌ناپذیر) یا تزریق دوغاب با مواد ترکیباتی سیمانی پر خواهد شد. تزریق دوغاب نیازمند ایجاد دسترسی به حفره‌ها از طریق سوراخکاری داخل سازه خواهد بود تا دوغاب بتواند در آن ریخته شود. نمی‌توان گفت که یک بهترین راه و روش برای تزریق وجود دارد، بلکه برخی شیوه‌ها از روشهای دیگر بهتر هستند.
به طور خاص:
- انجام آزمایش به منظور دستیابی به بهترین ترکیب دوغاب
- استفاده از سنگ دانه‌های گرد گوشه به جای ماسه شکسته
- ایجاد سوراخ‌های متعدد برای دسترسی به حفره ها
- شروع از پایین و کار رو به بالا؛ پیدایش دوغاب در حفره‌های بعدی نشان از موفقیت آمیز بودن کار دارد.
- مرطوب‌سازی اولیه بستر، مانع از دست رفتن رطوبت دوغاب شده و انسداد مسیر گروت توسط گرد و خاک را کاهش می‌دهد.
- دوغاب را می‌توان با فشار بالای هیدرواستاتیکی اجرا کرد و سپس ارتفاع پر شدن و میزان بار فشار را کنترل کرد.
- در دیوارهای ضعیف بهتر است سرعت تزریق گروت کاهش یابد و به این منظور از آبخورهای فنجانی شکل که با حاک ری در محل تزریق ایجاد می‌شوند، استفاده شود؛
- ممکن است نفوذ دوغاب در دیوار زمان‌بر باشد؛
- ترکیبی از دوغاب متناسب و سازگار با کالبدی دیوار استفاده شود.
- هنگام تعیین روش اجرای ترمیم، کارکرد آتی دیوار باید در نظر گرفته شود.
- این نظرات از منظر مهندسی است. عوامل دیگری نیز بر مشخصات تعمیر تأثیر می‌گذارند، و شاید بهتر باشد کمی از راه‌حل «ایده‌آل» مهندسی فاصله بگیریم.
