بتنهاي مقاوم در اجرا
گسترش زير بناي حمل و نقل ملتها ، برترين و اولين جزء جامعة حمل و نقا است . اما فراتر مي رويم ، زيرا توليدات ، اقتصاد محلي ، رقابت بين المللي اقتصادي هر ملت به حمل و نقل سريع و مورد اطمينان افراد و كالاها بستگي دارد . در اين ميان ساختار پل بزرگراه ها ‌، ارزنده ترين ، ضروري ترين و فني ترين جنبه هاي مورد نياز براي گسترش زير اساس حمل ونقل است . ما به پلهاي مقاومتر و با دوامتر نيازمنديم . بر اساس گزارشي از كنگرة سيستم حمل و نقل ملل ۱۹۹۵ دربارة موقعيت و اجرا ، بيش از ۵/۱۲ درصد از پلهاي جاده هاي ايال

۴۳۵۲۴ پل وجود دارند كه نياز به تعميرات اساسي نوسازي يا جايگزيني دارند با وجود آنكه يك پل ناكار آمد لزوماً ناامن نيست ، بعضي از اين پلها همواره تحت بار گذرانيد و براي عبور وسايل نقلية سنگين و اتوبوسها در مسير طولاني و متناوب قرار دارند . يكي از پيشرفت هاي فني كه توقع ما را در بدست آوردن مدت زمان طولاني و تأثير گذار بر هزينة سازة پل بزرگراه ها افزايش داده ، اجراي بتنهاي مقاوم است . موادي كه تحت عنوان اجزاء و فرآورده هاي مصرفي در ساختار بتنهاي مقاوم اجرايي طبقه بندي شده اند چند دهه در آمريكا و ديگر كشور ها در ساختمانها به كار مي رفته

است . ولي در سالهاي اخير ، نياز به گسترش زيربنايي ، مطالعات و اجراي HPC در پلها را شتاب بخشيد . افزايش شاخصه مقاومت و پايداري پلهايي كه HPC را در تيرها ، كف و پايه هاي خود شامل مي شوند نويد بخش كاهش هزينه نگهداري و زوال اين گونه سازه هاست . هم اكنون رقابت بر سر پيدا كردن راهي عملي جهت استفادة فراگير HPC و كاهش هزينه هاي ضروري و خطراتي كه ذاتاً در استفاده از هر نوع تكنولوژي جديد است ، مي باشد .

« سولين » مهندس پژوهش در پلها و نمايندة بزرگراه هاي دولتي ، اشاره كرد : اجزاي HPC ، نفذ ناپذيري و دوام بيشتري را سبب شده و دستيابي به مقاومتي را كه از بتن معمولي حاصل مي شود را سرعت مي بخشد « ماري لورانس » ، طراح پل بخش حمل و نقل تگزاس ( TXDOT ) و كسي كه در بيشتر پروژه هاي پلهاي پيشرفته اي كه از HPC استفاده مي كنند شركت داشته ، افزوده: استفاده از HPC بايد افزايش چشمگيري در ظرفيت زماني پلها را موجب شود . به علاوه ايالات و محلات بايد هزينة كمتري جهت تعمير پلهايي كه با HPC ساخته شده اند ، صرف كنند .
در كل اين دومورد اساسي ترين فايدة مواد ساختاري HPC را نتيجه مي دهند كه همان افزايش مقاومت و پايداري و كاهش هزينة تعميرات و نگهداري پل در دراز مدت است .

FHWA در حال ترويج ، آزمايش و استفاده از HPC در بسيار از راههايي است كه سرمايه گذاري شده اند . اطلاعات ارزشمندي نيز از ساختمان پلها از كشورهايي مانند كانادا ، فرانسه ، ژاپن و نروژ رسيده است . انتشار اين اطلاعات به طور گسترده و دقيق از مسئوليت هاي اولية FHWA مي باشد . در ماه مارس ۱۹۹۶ ، FHWA و TXDOT با مشاركت مركز تحقيقات حمل و نقل دانشگاه تگزاسي در « استين » ، از برنامة تحقيقاتي استراتژيك بزرگراه هاي منطقه اي در مورد HPC حمايت كردند و آن را به نمايش گذاشتند . هدف از اين نمايشگاه ها ، ترويج ومصرف HPC در پلها است. اين حمل به آژانس هاي دولتي ، محلي و ايالتي ، صنعت ساختمان و جامعة آكادميك اين امكان و اجازه را مي دهد كه در تمام زمينه ها ، اين تكنولوژي مفيد را مورد تبادل نظر قرار دهند .

نورافكن هايي روي دو پرو.ژه اخير پلهاي زير گذر در تگزاز و رو گذر هوستون كه اولين پروژه ساخت پل بزرگراه ها با استفاده از HPC در ايالات متحده آمريكا هستند ، قرار داده شده اند .
قبل از آنكه بحث بيشتري در مورد جزئيات نمايش و گزارش از HPC در پروژ هاي زير گذر انجام دهيم ، بايد نگاهي مختصر بر پيشرفت و كابريهاي گوناگون اين مواد ساختاري در چند دهه اخير بيندازيم .
معرفي HPC : اساساً HPC متشكل از همان مواد بتن مي باشد اما از نظر دستيابي به دوام يا مقاومت قابل توجه يا هر دو جهت رويارويي يا نيازهاي پروژه هاي ساختماني مورد كارشناسي و بررسي قرار گرفته است . اين نيازها و ويژگي هاي مورد نظر HPC اساساً با توجه به فاكتورهايي از قبيل دما ، موقعيت آب وهوايي و عضو مورد نظر مانند پل ، زيرسازه ها ، تيرها يا كف ، متفاوت است . به همان اندازه كه دوام و مقاومت مورد نظر مي باشد ، مهندسين به دنبال فوايد HPC در موارد عملي و هزينه ها و قابليت ساخت آن نيز مي باشند . هدف ، كشف وسايل و راههاي ساخت

پلهاي به صرفه اقتصادي و در عين حال مقاوم ، مي باشند . تعادل هزينه هاي ضروري ساخت در برابرصرفه جويي هاي آتي ، از مفاد اساسي در استفادة HPC در نظر گرفته مي شود . با ت.جه به تجربيات آموخته شده ، استاندارد هاي بنا نهاده شده و اينكه مصالح و مواتد بيشتر در دسترس مي باشند ، نقش اقتصادي در HPC بيشتر آشكار مي شود . در واقع استفاده از HPC ما را به سوي كاهش هزينه هاي ساخت با وجود كارايي بيشتر طراحي ها ، ساخت سريعتر ، كاهش مصرف منابع موجود در نتيجه استفاده از دهانه هاي طولاني تر و تيرهاي كمتر ، هدايت مي كند . با توجه به فراخوان FHWA براي تعيين و تعريف HPC كه بر ضوابط مقاومت بالا و طولاني بنا نهاده شده ،

تعريف ارزنده اي از سوي مؤسسه بتن آمريكا ( ACI ) با توجه به شوراي اعضايي چون « چارلز گودا سپيد » ، « سونيل وانيكار » و « ريموند كوك » صورت گرفت . اين تعريف در فوريه ۱۹۹۶ و در مجله Concrete international انتشار يافت كه شامل چهار پارامتر براي دوام و چهار پارامتر براي مقاومت است كه هر يك توسط ضوابط اجرايي ، آزمايشات عملي و اجرايي حمايت شده اند تا در اجرا آن را به موقعيت هاي ويژة ناسازگار ارتباط دهند . اين هشت ضابطة اجرايي عبارتند از : دوام در برابر ذوب و انجماد ، مقاومت مقايسه اي ، ستايش ، نفوذپذيري ، كلريد ها ، مقاومت ، الابسيتته، كاهش حجم و خزش .
مصرف كنندگان مي توانند هر يك از موارد ذكر شده را با توجه به موقعيت آب و هوايي و زمينة متناسب در خواست نمايند . شاخصة اجرايي HPC شامل دو بخش مقاومت و دوام مي باشد . كه اين دو پارامتر شرايط را به سه قسمت تقسيم مي كنند . شرايط جوي ، بار وارده ، عوامل تأثير گذاري كه در معرض آنها قرار دارد . شرايط جوي به طور گسترده اي در ايالات متحده با توجه به تغييرات قابل توجه درجه حرارت ، چرخة ذوب و انجماد و رطوبت متفاوت است . هيچ تركيب واحدي از HPC نمي تواند جوابگويي انتظارات ما از ايالات فلوريدا تا آلاسكا باشد .

تعريف FHWA ، تغييرات گستردة دمايي ، رطوبت ، سيكل ذوب و انجماد ، عوامل شيميايي مهاجم، فشارهاي بارگزاري و ديگر فاكتورها را جهت كمك به مهندسان براي شناسايي دوام مورد نظر و شاخصة مقاومت براي هر پروژه اي را لحاظ كرده است زماني كه پرسيده شد « آيا HPC استانداردي براي بتن مي باشد ؟ » ، « برسون پتون ، مهندس اجرايي كمپاني بتن تگزاس كه در پروژة رو گذر جادة لوتا نيز شركت داشت ، توضيح مي دهد « من فكر مي كنم اين چنين است . مخصوصاً در مورد مقاومت در مقابل عوامل محيطي ، به خاطر آنكه در بعضي جاها ما ا
نه تنها تركيب و تناسب محتويات مهمند بلكه توالي اختلاط و شرايط نگهداري در مراحل تهية HPC نيز مورد نقد و بررسي مي باشد . با در نظر گرفتن اثرات آب و هوايي ، ويژگي نشت پذيري از ديگر دغدغه ها در مواقعي كه بتن آغشته و مرطوب بايد در برابر ذوب و انجماد مقاومت كند، است

. فرآيند خوردگي از بتنهاي با نفوذپذيري كمتر ، آهسته تر مي باشد زيرا سرعت انتشاريونهاي كلريدي در بت نكاهش مي يابد . در اين مورد « لويد و كلر » از دفتر سازه هاي همندسي مي گويد : « من فكر مي كنم عموماً HPC آنچه را كه از آن انتظار داريم انجام مي دهد . ما سريعاً آزمايش كلريد را در زماني مشخص پس از ريختن بتن انجام مي دهيم و اين آزمايشها به طور قوي تعداد نفوذپذيري

كمي را نشان مي دهند . « در تعيين مقاومت در برابر زوالپذيري آب و هوايي ،تأثير تركيبي تمام ويژگي ها بيان شده است . اجراي غيرلايه اي و غير پوسته اي با توجه به محدودة وسيع حملة مواد شيميايي كه در بزرگراه ها استفاده مي شوند نيز بايد به عنوان يك اثر تركيبي كه خيلي از فاكتورهاي زير را در بر مي گيرد ، در نظر گرفته شود ، مثل تاريخچة نگهداري و ميزان رطوبت و

هسته هاي نمكي . طراح پل در بزرگراه مسئول آن است كه كلية تأثيرات پتانسيل شرايط محدود كننده را در نظر گيرد . همان گونه كه در مورد بارگذاري صدق مي كند ، جائكه طراحان سازه اي در مي يابند پارامتر استقامت در نتيجة دوام خواسته شده گسترش پيدا كرده و اين پارامتر ها به دليل انتظار بار ترافيكي در آينده ، بزرگتر از آنچه كه مورد نظر است ، مي باشد . در قمقاومت زوال پذيري پروژه ها ،شرايط سنجش هر يك از پارامتر هاي اجرايي بايد به دقت فهميده و بيان شود . با توجه به درجه شاخصه اجرايي به عنوان رهنما ، مهندسين مي توانند تعيين كنند كدام تركيب HPC براي پروژه اي كه مورد نظر است با توجه به زمان كارايي بتن ، نتيجه بخش است .

روش تست هاي اجرايي استاندارد كه براي هر يك ازپارامتر هاي تعريف شدة HPC تعيين گرديده است ، توسط نمونه ها و رويه نگهداري اثبات مي شود كه كمك مي كند از ازريابي رسمي اجرايي مطمئن شويم . درجاتي باري هر يك از پارامتر ذكر شده ‌، تعريف و برآوردهاي دقيقي انجام شده تا حدود كاملي از شرايط را در ميان عموم نشان دهد . به هر حال ، از آنجايي كه اظلاعات ناكافي در اختيار آزمايشگاههاي مربوطه در مقايسه با زمينه هاي اجرايي واقعي قرار دارد ،فاكتورهاي بيان شده توسط « گودا سپيد » « واينكار » و « كوك » به عنوان تعريف HPC تنها يك راهنمايي است كه به تدريج گسترش يافته و با توجه به تحقيقات و منابع و تشريحات FHWA ، جريدتر مي شوند.

قدمت HPC : از سال ۱۹۴۹ ، تيرهاي با مقاومت بيش از ۳۷ مگا پاسكال ( psi 5400 ) در پل « والنوت لين » در فلادلفيا استفاده شد . اين اولين پل بتني تقويت شده و تحت فشاري بود كه در آمريكاي شمالي ساخته مي شد . در آن زمان و چهر دهه پس از آن مهندسان كمي در مورد مقاومت ابراز نگراني كردند . مقاومت ويژة بتن براي ساختمانها به طور ثابتي از ۳۵ مگا پاسكال در سال ۱۹۵۰ به ۱۰۰ مگا پاسكال در اواخر سالهاي ۱۹۸۰ افزايش يافت و دورة « بتن با مقاومت بالا» نام گرفت . امروزه تعريف HPC با توجه به دوام ومقاومت گسترش يافته . هيچ فرد خاصي HPC را اختراع نكرد و هيچ كشور واحدي در استفادة آن پيشگام نيست . گسترش مصالح و مواد HPC مورد استفادة امروزي شامل تلاش فزاينة بسياري اشخاص ، شركتها ،‌ دولتها و كشورها خصوصاً در

كانادا ، اروپا ، ژاپن ، و ايالات متحده مي باشد . از آنجايي كه اولين پلهاي بتني با تيرهاي پيش تنيده تنها ۵۰ سال پيش ساخته شده اند ، زمان كافي نگذشته تا بتوان به راحتي بر دوام پلهاي بتني با تيرهاي پيش تنيده دلالت كرد . FHWA ميانگين طول عمر پلها با هر نوع ماده تشكيل دهنده را ۴۲ سال تخمين و برآورد كرده است . ولي مهدسين برآوردي كنند كه يك پل HPC خوب ۷۵ تا ۱۰۰ سال عمر دارد كه گذشت زمان نشانگر آن خواهد بود . سالها ، ساختمانهاي خيلي بلند

نيروي پيشران در گسترش بتنهاي مقاوم بود و هدف اقتصادي بودن بنا بود . به عنوان مثال استفاده از بتن با مقاومت ۶۹ مگا پاسكال در ساختمان « پلازا » در دالاس در سال ۱۹۸۳ بازاي هر دلار نسبت به اسكلت فلزي ، ۶ برابر سختي بيشتري داشت . سازندة «Two union squar » در سياتل در سال ۱۹۸۸ از بتن با مقاومت ۱۳۰ مگا پاسكال براي بدست آوردن ضريب الاستيستة ۴۹۶۰۰ مگا پاسكالي استفاده كرد . طراحان پلها از مصالح بتني مقاوم در مقياسهاي كوچكتر استفاده مي كردند كه شاما چندين قالب كوچك در محل مي باشد . پل تحت فشار ايالات

واشنگتن در سال هاي ۱۹۸۰ با استفاده از بتن با مقاومت ۴۸ مگا پاسكال ساخته شده است . پل غربي هانتيگون ، در سال ۱۹۸۴ روي رودخانه اوهايو ساخته شد كه پلي است معلق با دهانه ۲۷۵ متري و بتن با مقاومت ۵۵ مگا پاسكال باضافة مقاومت كششي و دوام اين سازة عظيم . بتن با مقاومتمشابه نيز در پلهايي ساخته شده در كانادا و فرانسه در سالهاي ۱۹۸۰ بكار رفته شد .

كه شامل « پل آناسيس » در بريتانيا با دهانه ۴۶۵ متر بود . بزرگترين كاربرد HPC تا كنون در پلهاي مربوط به آمريكاي شمالي ، « نورس آمبرلند استريت » است كه اخيراً در كانادا در دست ساخت است و در سازة تقريباً ۱۳ كيلومتري از بتن با مقاومت ۵۵ مگاپاسكال استفاده كرده است و اطراف پايه هاي آن از HPC با مقاومت يكنواخت ۹۷ مگاپاسكالي به جاي پوشش هاي فلزي استفاده كرده اند .

فراتر از بتنهاي مقاوم : تفاوت در اين جاست كه طراحان بزرگراه ها امروزه بر مقاومت اجرايي بتن تأكيد دارند نه مقاومت بالاي بتن بر حسب Mpa . دوام و هزينة مناسب نگهداري طولاني مدت جزء اهداف سازه هاي اقتصادي است . به عنوان مثال HPC قويتر اجازه مي دهد دهانه ها طويلتر و ستونها كمتر شوند . همچنين دوام و عمر مفيد را سازه افزايش و هزينه تعمير و نكهداري را كاهش مي دهند . اين دو عامل انگيزة FHWA را براي تحقيق استفاده HPC در پروژه ها افزايش مي دهد . فوايد استفاده از HPC به صورت مختصر در زير آمده است :

– دهانه هاي طولاني : براي فاصلة تيرها داده شده ، حداكثر طول دهانه با افزايش مقاومت شاهتيرها ، افزايش مي يابد و نياز به ستونهاي كمتري مي باشد .
– افزايش فواصل تيرها : براي طول دهانه داده شده ، فاصله شاهتيرها با افزايش مقاومت بتن افزايش مي يابد پس به تيرهاي كمتري احتياج مي شود در نتيجه در مواد مصرفي ‌، ميزان كار و هزينه حمل و نقل صرفه جويي مي شود .
– اعضاي كوچكتر : با توجه با افزايش مقاومت بتن ، تيرهاي كوتاه تري مي توا ن مصرف كرد.
– افزايش دوام : افزايش دوام بتن موجب طول اعضاي پل و تعميرا ت كمتر مي شود . ي براي استفاده تكنولوژي جديد است مهندس نكته سنج همچنين به نگراني هاي كنترل كيفيت براي روش هاي عملي آزمايش هاي مختلف و تعداد آزمايشات اشاره دارند و در مورد عدم استحكام حاصل از كاهش سختي نيز نگرانند . از فوايد آن افزايش فاصلة تير ها است اما افزايش فاصله ممكن است ضخامت كف را نتيجه دهد . همچنين بيشتر طراحان نسبت به اينكه اولين نفري باشند كه چيز جديدي را تجربه مي كنند ، ترديد دارند و ديگران شك دارند كه بتوان تمامي فوايد HPC را در عمل بدست آورند . جهت تشويق تحقيقات و پشتيباني از استفاده HPC ، FHWA در حال نشان دادن HPC در پروژه هاي منطقه اي است . بسياري از ايالات جهت شركت در اين برنامه اظهار تمايل

كردند و تا اين تاريخ ، هشت ايالت از اعضاي فعال مرتبط با FHWA در زمينه ساخت يا فراهم آوردن عوامل ساخت پلهاي شامل HPC هستند . خلاصه پيشرفت كار زير بيانگر نكاتي جالب از پنج پروژة نسبتاً طو لاني است .
تگزاس : درسهاي زيادي از پروژة عظيم پل ساخته شده از HPC به عنوان زير گذر در تگزاس آموخته خواهد شد .تحقيق ، طراحي ، ساخت و تبادل تكنولوژي همگي توسط FHWA و TXDOT در اين پروژه بنيان نهاده شد. براي پروژه «سن آنجلو » و ۹ ايالات ديگر – كاليفرنيا ، جورجيا ، لوا ، ماساچوس ت، سين هسوتا ، نيويورك ، اوهايو ، پنسيلوانيا و واشنگتن – از يك بنياد سرمايه گذاري HPC جهت همكاري در بنيان پروژه ، دعوت به عمل آمده است .

رو گذر لوتا ، دو پل مجاور در بزرگراه شماره ۲۴۹ ايالاتي در هوستون و اولين پلهاي كشور هستند كه چه در طراحي و چه در ساخت در تمام جزئيات از HPC استفاده مي كنند اين اولين پلي است كه از لايه هاي تقويت شدة پيش تنيده با قطر ۶/۰ اينچ ( ۲۴/۱۵ ميليمتر ) در بتن روي شبكه هايي با فاصله ۵۰ ميليمتر ، استفاده مي شود . در ساختار جاده لوتا از تيرهاي U شكل بتني پيش تنيده كه دو برابر نسبت به تيرهاي متعارف مقارن ترند ، استفاده شده است . بزرگراه ۲۴۹ همچنين با ۱۲ پل با تيرهاي U شكل و مقاومت نرمال است . واين شانس مقايسه اي مفيد بين قسمتهاي متعارف و HPC را در پروژه فراهم مي آورد . براي مثال حد تغيير هزينه ها براي پلهاي متعارف بين ۲۱- ۲۷ دلار براي هر فوت مربع است در حالي كه هزينة هر فوت مربع براي پلهاي HPC در ناحية شمال و جنوب جادة لوتا به طور رقابتي بين ۲۳ – ۲۵ دلار مي باشد . فاصله تيرهاي شاخص در

تيرها ۸۳/۱ متر و ۷۴/۲ متر است در حالي كه فاصله تيرهاي U شكل د رجاده لوتا ۵/۵ متر است . با توجه بكارگيري روية پيشهنادي و مزايده ، تفاوت هزينه ميان تيرهاي HPC و معمولي نمي توان شخصي شود اما انتظار مي رود كه هزينة طول عمر كاهش يابد . اگر HPC به صوت استاندارد درآيد در لئون رايت از شركت ساختماني برادران ويليامزو پيمانكار عمده روگذر لوتا ، هزينة استفاده از HPC را چنين تخمين مي زند : در چيزي حدود ۵۰ – ۷۰ درصد بيشتر ، بسته به نوع مقاومتي كه مي خواهيد مثلاً ۵۰ دلار براي بتن معمولي در مقابل ۹۰ دلار براي بتن HPC وي همچنيت افزود ، هزينة اولية بيشتر ، توسط سرعت در دوره ها و كاهش هزينه جهت بتن مازاد بر مصرف ، جبران مي شود . رايت درادامه اظهار داشت ما يك پروژه تحقيقاتي را با شركت A8M تگزاس روي سنگ فرشي بتني در اواخر يك هفته انجام داديم .