بتن پیش تنیده چیست؟
پیش تنیدگی در بتن به روش هایی گفته می شود که طی آن یک تنش اولیه، از پیش تعیین شده و دائمی به سازه یا عضو بتنی وارد شده و در نهایت مقاومت باربری بتن و کارایی سازه ها را افزایش می دهد.
بتن پیش تنیده، یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی و عمرانی که به برطرف کردن ضعف بتن در برابر کشش می پردازد. پیش تنیدگی در بتن به روش هایی گفته می شود که طی آن یک تنش اولیه، از پیش تعیین شده و دائمی به سازه یا عضو بتنی وارد شده و در نهایت مقاومت باربری بتن و کارایی سازه ها را افزایش می دهد. بتن پیش تنیده به دو روش، پیش تنیده پیش کشیده و پیش تنیده پس کشیده اجرا می شود که هر کدام تکنیک های مخصوص به خود را دارند.
سازه های بتنی پیش تنیده دارای کاربردهای بسیاری هستند که می‌توان به استفاده در ساخت دال ها، تیرها، دیوارهای حائل و ستون ها، ساخت لوله ها و مخازن آب و احداث ساختمان های اداری، آپارتمانی، مسکونی و تجاری و ساخت پل های با طول دهانه زیاد، اسکله ها، استادیوم های ورزشی و مراکز خرید و...اشاره کرد.
از مهم ترین مزایایی این بتن می توان کاهش مصرف مصالح، تحمل بیشتر تنش، ارتعاش و ضربه، به صرفه و ارزان بودن، نداشتن ترک های دائمی، کاهش وزن سازه بتنی، تست سازه قبل از بارگذاری، قابلیت انعطاف پذیری و نداشتن خیز به سمت پایین اشاره کرد.
از معایب آن نیز می توان به مواردی مانند، پرهزینه بودن (از جهت نیاز به نیروی متخصص و دانش فنی بالا، ماشین آلات و مواد و مصالح متعدد)، افت و وادادگی کابل ها و تخریب سیستم سقف های پیش تنیده اشاره کرد.
بتن پیش تنیده چیست؟
بتن پیش تنیده، یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی و عمرانی است و به روشی گفته می شود که به برطرف کردن ضعف بتن در برابر کشش می پردازد. بتن یکی از متریال های بسیار مقاوم در برابر فشار، برای اعضای سازه ای به شمار می رود اما نمی توان آن را به تنهایی برای تحمل بارهای ساختمانی به کار برد و يك تنش كششي بسیار کم مي تواند باعث ترك خوردگي مقطع بتني شود.
برای حل این مشکل معماران و مهندسان از نوعی بتن به نام پیش تنیده استفاده می کنند که بتواند این ضعف را پوشش دهد. پیش تنیدگی در بتن به تکنیک هایی گفته می شود که در طی آن یک تنش اولیه، از پیش تعین شده و دائمی به سازه یا عضو بتنی وارد می شود. این تنش که ترکیبی از بالاترین مقاومت فشاری بتن و بیشترین مقاومت کششی فولاد است، برخی از تنش های زنده و مرده را در سازه خنثی می کند و تنش های کششی و ترک های ناشی از لنگر خمشی را کنترل می کند و به این ترتیب مقاومت باربری بتن و کارایی سازه ها را افزایش می دهد.
به سازه به وجود آمده از این روش بتن پیش تنیده می گویند که به نسل سوم بتن نیز معروف است. بتن های پیش تنیده با دوام ترین، مطمئن ترین و قوی‌ترین بتن هایی هستند که به طور گسترده برای ساخت سازه های عمرانی بزرگ و پل‌ها استفاده می‌شود. آن چه در ساخت و تولید این بتن حائز اهمیت است استفاده از مصالح با کیفیت است که باید به آن توجه کرد.
اجرای بتن پیش تنیده به دو روش، پیش تنیده پیش کشیده و پیش تنیده پس کشیده انجام می شود که در زیر به معرفی آن ها به اختصار می پردازیم:
1- بتن پیش تنیده پیش کشیده
در این سیستم ابتدا کابل های پیش تنیده، قبل از ریختن بتن تحت کشش قرار می گیرند و در واقع کابل بدون غلاف داخل بتن جای می گیرد و پس از اینکه بتن به مقاومت مورد نظر رسید کابل ها را از دو تکیه گاه های دو طرف آزاد می کنند و قسمت اضافی بیرون مانده از بتن را قطع کنند.
یکی از مزیت های این روش مقرون به صرفه بودن آن است، زیرا می توان چندین عضو یک شکل را همزمان بین دو تکیه گاه ریخت و بعد از گرفتن بتن، کابل های مشترک آن ها را از هم جدا کرد. بنابراین عمل کشیدن کابل ها برای تمام عضوهای پیش تنیده پیش کشیده تنها یک بار انجام می شود. در کارخانه و کارگاه های تولید قطعات بتنی برای ساخت محصولات پیش ساخته، تولید شمع ها و تیرهای پیش ساخته، از این روش استفاده می شود.
2- پیش تنیده پس کشیده
اگر فولاد را، بعد از گرفتن و سفت شدن بتن تحت کشش قرار دهند، آن را اصطلاحا بتن پس کشیده می نامند. این روش همانند روش پیش تنیدگی است با این تفاوت که در ابتدا بتن ریخته می شود و سپس میلگرد‌ها کشیده می‌شوند، آرماتورها را در مکان‌های مناسب عضو قرار داده می شوند و پس از آن بتن ریزی انجام می‌گیرد. بعد از سفت شدن بتن، میلگرد‌ها به وسیله جک‌های هیدرولیکی مورد کشش قرار می گیرند.
زمانی که جک‌ها را برمی دارند، کشش به وجود آمده فشار را به بتن منتقل می‌کند. در آخر، انتهای اضافی کابل ها بریده می شود و برای جلوگیری از زنگ زدگی مجرا، این محل با دوغابی از بتن پوشانده می شود. این روش بر خلاف روش پیش کشیدگی معمولا در محل پروژه انجام می شود و برای ساخت پل ها و پروژه‌های بزرگ ساختمانی کاربرد دارد.
بیشتر بخوانید؛ بتن چیست؟
تاریخچه بتن پیش تنیده
در سال ۱۸۸۶ میلادی یک فرد آمریکایی به نام جکسون، در ایالت سان فرانسیسکو روش بتن پیش تنیده را مطرح کرد و موفق شد در بتن، تنش فشاری ایجاد کند و مقاومت آن را در برابر لنگر خمشی بهبود ببخشد. اگرچه این بتن تا ۵۰ سال بعد همچنان به عنوان یک مصالح ساختمانی مورد قبول و پذیرش بسیاری قرار نگرفت اما با وقوع جنگ جهانی و کمبود مصالح ساختمانی مانند فولاد، استفاده از این فناوری جدید روز به روز بیشتر شد و بعد از جنگ این بتن به یکی از مواد اصلی بازسازی در اروپا تبدیل شد.
اولین بار در آمریکای شمالی در سال 1951 میلادی برای ساخت پل خاطره انگیز، از ساختار بتن های پیش تنیده استفاده شد. امروزه با توسعه سازه های بتنی پیش تنیده پل ها با دهانه های طویل، برج ها و ساختمان های بلند از این نوع بتن ساخته می شود.
در حال حاضر، در اسپانیا پل هایی با دهانه اصلی 440 متر به وسیله بتن پیش تنیده ساخته می شوند و در تورنتو کانادا نیز، برج هایی به ارتفاع 553 متر با این بتن ساخته می شود که در نوع خود بی نظیرند.
ویژگی های بتن پیش تنیده
بتن از نوع پیش تنیده همانند انواع دیگر بتن، دارای ویژگی ها و خصوصیات منحصر فردی است که در زیر پاره ای از آن ها را بیان می کنیم:
- طول اعضای پیش تنیده نسبت به اعضای بتن مسلح معمولی طولانی‌تر است.
- این بتن به دلیل این که عاری از ترک است، احتمال خوردگی فولاد و خرابی بتن نیز در آن کم است.
- طول دهانه بیشتر در سازه های پیش تنیده، باعث افزایش فضا می‌شود و یکی از مهم ترین ویژگی های این بتن به شمار می رود، که بسیار مورد توجه کارفرمایان، طراحان و مهندسان پروژه های انبوه سازی است.
- عضوهای بتنی پیش تنیده به دلیل عدم وجود ترک قادرند تنش، ارتعاش و ضربه را تحمل کنند و عملکرد لرزه ای سازه را بهبود ببخشند.
- خنثی بودن بارهای مرده در یک تیر بتنی پیش تنیده، سبب می شود وزن بار مرده سازه کاهش یابد که این ویژگی کاهش مصرف مصالح را به دنبال دارد.
- در این نوع بتن، اسلب‌های نازکی که برای ساختمان‌های بلند ساخته می‌شوند ضخامت کمتری دارند.
- استفاده از میلگردهای پیش تنیده، مقاومت بتن را در برابر برش بالا می برد.
- در واقع یکی از اهداف اجرای بتن پیش تنیده، از بین بردن ضعف بتن در برابر نیروهای کششی است.
- تیرهای بتنی پیش تنیده معمولا انحراف و تغییر شکل کمی دارند، از این رو برای استفاده در مناطق با لرزه خیزی بالا بسیار مفید هستند.
لزوم استفاده و کاربرد بتن پیش تنیده
پیش تنیدگی به معنای کشش آرماتور است و سازه بتنی پیش تنیده، به دلایل مختلفی مانند: کاهش ترک‌ها در ناحیه کششی، عدم خوردگی آرماتورها در اثر ترک، افزایش مقاومت فشاری بتن، کاهش سطح مقطع عضو بتنی و افزایش مدت زمان تخریب سازه تولید و اجرا می شود. همچنین برای احداث و ساخت سازه‌های بدون ترک و مقابله با اثرات انقباض و تغییرات دما بسیار مفید است.
کاربرد بتن پیش تنیده
این بتن به علت خاصیت الاستیک و امکان ساخت فضاهای طویل و باز، کاربردهای ویژه ای در حوزه های عمرانی و ساختمانی دارد که به برخی از آن ها، اشاره می کنیم.
- سازه پیش تنیده در عضوهایی که تحت تاثیر خمش قرار می گیرند مانند دال ها، دیوارهای حائل و ستون ها به کار می رود.
- همچنین در عضوهایی که تحت تاثیر کشش هستند مانند لوله ها و مخازن آب استفاده می شود.
- برای ساخت تیرها، کف طبقات
- احداث ساختمان های اداری، آپارتمانی، مسکونی و تجاری
- ساخت اسکله ها و پل‌هایی با طول دهانه زیاد که در عمل با بتن مسلح معمولی قابل ساخت نیستند.
- ساخت استادیوم های ورزشی و سالن های بدن سازی
- تکیه‌گاه‌های خاک و مهار سنگی
- ساخت مراکز خرید، کافه تریاها
- تولید سقف‌های دال تخت با دهانه‌های بلند خصوصا سقف پارکینگ‌های طبقاتی
مزایای بتن پیش تنیده
بتن های پیش تنیده نسبت به سایر انواع بتن دارای مزیت های متعددی است که در ادامه به آن ها اشاره می کنیم:
- نداشتن ترک های دائمی
یکی از مهم ترین مزیت سازه های بتنی پیش تنیده، نداشتن ترک های دائمی است که باعث دوام بیشتر و کاهش خوردگی فولاد و خرابی بتن در این نوع سازه ها نسبت به سازه های بتنی و بتن آرمه می شود.
این امر به خصوص در محیط هایی با گازها و زمین های خورنده و همچنین سازه های دریایی بسیار حائز اهمیت است. برتری بتن های پیش تنیده نسبت به بتن آرمه در ساختمان تانکرهای آب و مخازن به علت نداشتن ترک واضح و مشخص است.
- قابلیت انعطاف پذیری
با تغییر مقداری نیروی پیش تنیدگی، بدون اینکه مقاومت نهایی آن تغییری بکند می توان سازه را صلب یا انعطاف پذیر کرد.
- به صرفه و ارزان
معمولا برای دهانه های بزرگ و بارهای سنگین از سازه های بتن پیش تنیده که اقتصادی تر از سازه های بتن آرمه هستند، استفاده می کنند.
- تست سازه قبل از بارگذاری
در سازه های بتن پیش تنیده، قبل از وارد آمدن بارهای سرویس، سازه به وسیله نیروی پیش تنیدگی به شدت بارگذاری می شود و بتن و فولاد تحت تاثیر تنش های زیادی قرار می گیرد، که این خود یک نوع امتحان برای مطمئن بودن بتن و فولاد است.
- نداشتن خیز به سمت پایین
تیرهای بتنی پیش تنیده تحت اثر بارهای سرویس، معمولا دارای خیز به طرف پایین بسیار کمی است زیرا قبل از وارد آمدن بارهای سرویس، تحت تاثیر نیروهای پیش تنیدگی مقداری خیز به طرف بالا در تیر به وجود می آید که از شدت خیز به طرف پایین کم می کند.
- کاهش وزن سازه بتنی
از آن جایی که در هنگام اجرای بتن پیش تنیده، مقاومت تمام سطح مقطع به طور کامل به کار گرفته می شود میزان مصرف بتن کاهش می یابد و چون فولادهایی که در این بتن استفاده می شود بسیار مقاوم است، نیاز به فولاد را کاهش می دهد و تمام این مسائل کاهش وزن سازه بتنی را در پی دارد و یکی از مزیت هایی است که بسیار مورد توجه معماران و مهندسان حوزه ساختمان به شمار می رود.
معایب بتن پیش تنیده
استفاده از این بتن مانند هر محصول دیگری، در کنار مزایای زیادی که دارد دارای معایبی نیز هست که در زیر به پاره ای از آنها می پردازیم:
تخریب سیستم سقف پیش تنیده
تخریب و خراب شدن این نوع سیستم سقف بسیار خطرناک است و تخریب آن باید توسط تیم فنی آموزش دیده انجام شود، زیرا برای ساخت این بتن میلگردهای بسیار زیادی به کار می رود که این خود ایمنی و تخصص بالایی را می طلبد.
پرهزینه بودن
برای ساخت و تولید این نوع بتن به مواد و مصالح متعدد، نیروی متخصص و دانش فنی بالا نیاز است و معمولا برای جا به جایی قطعات آن ها نیز از باید از جرثقیل و ماشین آلات و تجهیزات پیچیده استفاده کرد، به همین دلیل مراحل ساخت، تولید و اجرای بتن پیش تنیده کمی دشوار و هزینه بر هستند.
افت و وادادگی کابل ها
یکی دیگر از معایب این بتن، احتمال افت و وادادگی کابل ها است که به دلائلی مختلفی مانند، کم شدن اصطکاک بین کابل و غلاف، لغزش مهار انتهایی و فرو رفتن در ابتداو انتهای کابل، کهولت کرنش و شل شدگی فولاد، خزش یا جمع شدگی بتن و انقباض و آب رفتگی بتن به مرور زمان رخ می دهد.
سقف های پیش تنیده
سقف های پیش تنیده، یکی از روش های اجرای بتن پیش تنیده به شمار می رود که در سال های اخیر پروژه‌های زیادی با استفاده از این تکنیک طراحی و ساخته شدند. در ایران در سال 1381 برای اولین بار، سقف‌های بتن پیش‌تنیده به روش پس‌کشیده طراحی و اجرا شد.
در اجرای این سقف ها، بعد از این که نیروی اضافی فشاری در بتن به وجود می آید، قسمتی از تنش های کششی آن آزاد می شود و در نتیجه مقطع فشاری بتن افزایش پیدا می کند.
