تست‌های آسیب شناسی سازه جهت مقاوم‌سازی

آسیب شناسی سازه

در زمان حاضر به دلیل سنگین بودن هزینه‌های تخریب و ساخت مجدد سازه‌ها، گرایش به مقاوم سازی، ترمیم و بهسازی سازه‌ها روزافزون می‌باشد. در واقع با صرف هزینه‌ای کمتر می‌توان به کارایی، مقاومت و ایمنی لازم یا حتی بالاتر دست یافت. البته این امر بدون شناسایی و درک درست از آسیب‌ها و نارسایی‌های موجود امکان‌پذیر نیست. برای دستیابی به این منظور ضمن بازدید حضوری از سازه، تست‌های آسیب شناسی سازه شامل آزمایش‌های غیر مخرب، نیمه مخرب و مخرب بر روی سازه انجام خواهد شد که منجر به تعیین علت یا علل آسیب‌ها و صدمات (چه در مرحله طراحی و چه در اجزا) و دست یافتن به روش‌های مناسب جهت ترمیم و بهسازی سازه‌ها می‌شود.

بازدید چشمی (Visual test)

اولین و شایع‌ترین روش آسیب‌شناسی قبل از تست‌های آسیب شناسی سازه، بازدید چشمی از داخل و خارج سازه می‌باشد. هنگامی که وارد یک ساختمان می شویم و از مشکلات سازه اطلاعی نداریم؛ در مرحله اول بازدید چشمی انجام می دهیم.

اولین نشانه در و پنجره ها هستند که باید بررسی شوند. یعنی اگر در باز و بسته کردن آنها مشکلی وجود داشت یا تغییر شکلی در چهارچوب درها مشاهده شود، اولین نشانه‌ی نشست ساختمان می‌باشد. از سایر موارد می توان به ایجاد ترک بدون دلیل در شیشه پنجره ها و کتیبه درها و تبله کردن کاشی های کف سازی در طبقه تحتانی اشاره کرد.

بهتر است بازدید چشمی پس از بررسی در و پنجره ها از طبقات پایین آغاز شود. در طبقات تحتانی ترک های موجود را بررسی کرده و محل آنها را مشخص می کنیم.

ترک های با زاویه 45 درجه نشانه نشست ساختمان و زیاد بودن نیروی برشی در محل اتصال تیر به ستون بوده که منجر به ترک شده است. اگر این مشکل را در یک تیر مشاهده کردیم یعنی فقط همان اتصال مشکل دارد اما اگر نشست در چهار طرف یا در یک راستا تمام گوشه ها ترک 45 درجه داشت یعنی دهانه بطور کامل و از زیر دچار نشست شده است. مورد بعدی مشاهده ترک در وسط سقف است. این اتفاق بدین علت است که بار وارد بر سقف بیشتر از ظرفیت خمشی آن است. ترک در ستون نیز نشان دهنده نیروی فشاری بیشر از حد مجاز بر ستون مورد نظر می باشد.

موارد نام برده شده ترک های سازه ای می باشند، اما وجود ترک در المان های غیر سازه ای نیز که به دلیل اشتباهات اجرایی و کیفیت پایین مصالح استفاده شده بوجود آمده‌اند، قابل بررسی می‌باشد.

اما اگر به وجود مشکل در فنداسیون پی بردیم مشخصات ژئوتکنیکی خاک را بررسی می کنیم. مقاومت فشاری خاک را به سطح مقطح خاک تقسیم کرده، تنش موجود را محاسبه می کنیم که اگر از تنش مجاز خاک بیشتر باشد یعنی ساختمان دچار مشکل شده است.

از دیگر موارد بازدید چشمی، بررسی ظاهر بتن است. سطح بتن را مشاهده می کنیم، اگر سنگدانه های بتن مخصوصأ ریزدانه ها خیلی مشهود و دارای رگه بود یا رنگش در بعضی مناطق کمرنگ تر از رنگ سیمان بود نشان دهنده ایجاد segregation (جداشدگی) است که به دلیل زیاد بودن نسبت آب ایجاد شده است. اما اگر رنگ بتن همرنگ خاک بود یعنی ارزش ماسه ای مصالح مصرفی کم بوده و خاک زیادی در بتن وجود دارد و در نهایت اگر از لحاظ ظاهری بتن مانند لانه زنبور شده باشد، بتن یا بسیار سفت یا بسیار شل بوده است.

آزمایشات آسیب‌شناسی

مرحله پس از بازدید چشمی انجام آزمایش های آسیب شناسی است. این آزمایش ها به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند.

1. آزمایش های غیر مخرب (NDT)
2. آزمایش های مخرب (DT)

آزمایش های غیر مخرب

چکش اشمیت

با استفاده از چکش اشمیت کیفیت، یکنواختی و مقاومت فشاری بتن بدست می آید. این وسیله بی دقت ترین تست موجود است، به همین دلیل چند بار  تکرار می شود تا رنجی که سازه در آن قرار دارد بدست آید. در چکش اشمیت جرمی متصل شده به فنر وجود دارد که با کشیدن فنر تا نقطه مشخصی، مقدار انرژی ثابتی به آن داده می شود. وسیله در نزدیک سطح نگه داشته شده و رها می کنند که با ضربه به دیوار برخورد می کند. جرم تحت اثر بازتاب میله چکش (که هنوز در تماس با سطح بتن است) قرار می گیرد و مسافتی که توسط جرم طی می‌شود و برحسب درصدی از انبساط اولیه فنر بیان می شود، عدد بازتاب نامیده می شود، این مقدار مقاومت فشاری بتن را نمایش می دهد.

آزمایش التراسونیک

در این روش دستگاه در فاصله معینی از سطح قرار گرفته و زمان عبور امواج مورد نظر اندازه گیری شده سپس سرعت موج محاسبه می شود. سرعت موج در بتن بین   تا  می باشد، اگر عدد بدست آمده از آزمایش خارج این دامنه باشد نشان دهنده وجود مشکل در بتن می باشد.

ما با استفاده از V و ضریب پوآسون به مدول الاستیسسته دینامیکی می‌رسیم که از روی آن می توانیم مقاومت فشاری و کیفیت بتن را بدست آوریم. در این روش هرچه سرعت موج بیشتر باشد، کیفیت بتن بهتر می باشد. در نواحی که دستگاه التراسونیک ارور می دهد، میفهمیم ترک حساسی وجود دارد که باید در ترمیم دقت شود.

کاور متری

در این روش به اسکن آرماتورهای مدفون در بتن می پردازیم که در نهایت محل و قطر میلگردها را نشان می‌دهد.

آزمایش های مخرب

تست Pull off یا بیرون کشیدگی

زائده ای روی سطح بتن چسبانده و دستگاهی به آن متصل می شود، سپس کشیده شده و بار کششی عمودی و بدون خروج از محوریت ایجاد می کند که مقاومت کششی بتن را نشان می دهد. تنش کششی در این آزمون، محل گسیختگی و مقدار تنش گسیختگی را نیز مشخص می کند. نکته موجود این است که این آزمایش نیمه مخرب بوده و در واقع تخریب سطحی ایجاد می کند.

تست مغزه گیری یا کرگیری

این آزمایش بوسیله انکل بلت انجام می شود که مانند مته سطح را سوراخ کرده و داخل می رود که معمولأ تا عمق 50 cm در کارهای ساختمانی جوابگو می باشد.

در بیشتر سازه ها 15% مقاومت مشخصه بتن، حد مجاز می باشد یعنی اگر مقاومت فشاری از این مقدار کمتر باشد، سازه مشکل داشته و به مقاوم سازی نیاز است.

مرحله اول از این تست را برای مدل سازی استفاده می کنیم، میخواهیم بدانیم سازه در حال سالم چه مقاومتی دارد، از سه قسمت کرگیری کرده و عددهای بدست آمده را با نرم افزار های sap یا Etabs  مدل سازی می‌کنیم. دوم اینکه در کار ترمیم، نمونه کوچیکتری ساخته ترمیم را رویش انجام داده و تست می کنیم. پس این تست هم برای آنالیز اولیه و هم کنترل نهایی قابل استفاده است.

در نهایت بوسیله بازدید و آزمایشات که هر کدام باید توسط متخصص مربوطه انجام شود، مشکل سازه مشخص شده و بهترین روش برای ترمیم و مقاوم سازی سازه مورد نظر تعیین و اعلام می‌شود.