گودبرداری و سازه نگهبان یکی از مهم ترین بخش های طراحی و اجرای ساختمان می باشد. عدم آشنایی با با ضوابط و دستورالعمل های اصولی و علمی در زمینه اجرای انواع سازه نگهبان موجب بروز حوادث و صدمات جانی و مالی بسیاری می شود. عوامل زیادی در یک گود برداری و اجرای سازه نگهبان اصولی موثر هستند؛ تمام این عوامل باید کار خود را به نحو احسن انجام دهند تا این هدف محقق گردد.

از این رو در این مقاله سعی کرده ایم که روش اجرا و نکات لازم در هنگام اجرای انواع سازه نگهبان­ رایج را بیان کنیم. سازه نگهبان­ هایی که در کشور ما به صورت متداول از آن ها استفاده می­شود عبارت اند از: سازه نگهبان خرپایی (Truss Guard Structure)، مهار متقابل (Braced Cuts)، مهار گذاری (Soil Anchorage)، دوخت به پشت (Soil Nailing)، دیوار دیافراگمی (Diaphragm Pile Wall)، سپرکوبی (Sheet Pile)، اجرای شمع درجا (Pile) که در ادامه با هرکدام از آن ها آشنا خواهیم شد.

سازه نگهبان چیست؟

در بسیاری از پروژه های ساختمانی لازم است تا خاک برداری در زمین انجام شود. در نتیجه این خاک برداری دیواره ها یا جداره های خاکی قائم و یا مایل به وجود می آید. به منظور جلوگیری از ریزش دیواره های گودها و ترانشه ها و مقابله با تبعات منفی احتمالی ناشی از گودبرداری سازه های موقتی را برای مهار دیواره های گود یا ترانشه اجرا می کنند که به آن سازه نگهبان می گویند.

مطابق بند 7-1-3-3 از مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان سازه نگهبان به سازه ای اطلاق می شود که برای نگهداری خاک به کار برده می شوند. این سازه ها شامل انواع دیوارها و سیستم های نگهبان هستند،  که در آن ها عناصر سازه ای ممکن است با خاک  یا سنگ ترکیب شده و یا در آن ها از تسلیح خاک استفاده شود.

سازه نگهبان خرپایی

سازه نگهبان خرپایی یکی از اولین روش ­های ابداع شده برای پایدارسازی گود می­باشد؛ که ساده و انعطاف­ پذیر است و در گود­های متداول شهری بسیار استفاده می­شود. این روش نیازمند بکار گیری نیرو متخصص و دستگاه خاص نیست. در این قسمت روش اجرای سازه نگهبان خرپایی به صورت گام به گام آورده شده­ است. در اجرای سازه نگهبان خرپایی خاکبرداری و نصب المان‌ها به صورت مرحله‌ ای صورت می­گیرد.

حفاری چاه در مسیر گودبرداری

بعد از اتمام عملیات تخریب ساختمان و رسیدن به تراز سطح زمین محل قرارگیری عضوهاي قائم خرپا در لبه دیواره گود مشخص می­گردد. در این محل ­ها چاه­ هایی حفر می­شوند که عمق این چاه­ ها برابر با عمق گود به اضافه طول شمع (H+L_P) می­باشد.

• طول شمع از ۲۵% ارتفاع گود نباید کمتر باشد.
• قطر چاه بایستی به گونه­ای باشد که کارگر برای حفاری به راحتی بتواند داخل آن شود. لذا توصیه می شود حداقل ۸۰ سانتی متر باشد. (در اکثر پروژه ها قطر 1 متر را حفاری می کنند)

 

 

ویدئو تکمیلی: آموزش تخریب ساختمان

اجرای عضو قائم و شمع انتهای آن

پس از حفر چاه ­ها قفسه آرماتور­های شمع را مطابق با طراحی می­بندیم و آن را در انتهای چاه ­ها قرار می­دهیم. سپس عضو قائم خرپا در چاه‌ها قرار می‌گیرد. چند ردیف برش ‌گیر از نبشی یا ناودانی روی عضو قائم خرپا جهت درگیری بیشتر فولاد با بتن نصب می‌گردد. مقداری از طول عضو قائم در شمع قرار می گیرد. به این ترتیب پس از سخت شدن بتن، انتهای عضو قائم در زمین به صورت گیردار عمل خواهد نمود. قسمت انتهایی چاه تا تراز کف گود با بتن پر می شود.

⇐ هرگونه فاصله بین سازه نگهبان خرپایی و دیوار گود موجب بی فایده بودن و عدم کارایی آن می‌گردد. در صورت وجود فاصله باید با مصالح مناسب پر شود.

گودبرداری با شیب پایدار

در این مرحله خاکبرداری با شیب پایدار شروع می­شود. شیب پایدار یک شیب ایمن است که بر اساس مطالعات ژئوتکنیک و تئوری­ های مکانیک ­خاک به دست می­ آید. خاکبرداری به صورت مرحله­ ای برای اجرای عضو مایل مطابق شکل زیر صورت می­گیرد. این خاکبرداری در خاک هایی که احتمال ریزش آن­ها بسیار زیاد است فقط در محل قرار گیری عضو مایل انجام می­شود و سرتاسری نیست.

اجرای فونداسیون برای عضو مایل سازه نگهبان

پس از گود­برداری با شیب پایدار محل اجرای فونداسیون عضو مایل خاک­برداری می­شود. قفسه آرماتور­های فونداسیون و قالب­های کف فونداسیون بسته می­شود. صفحه ستون برای عضو مایل نصب می­شود و سپس بتن فونداسیون ریخته می­شود. معمولا برای پایداری سازه نگهبان در مقابل لغزش پی­های منفرد را با شناژ به هم متصل می کنند.

• رقوم ارتفاعی بالای فونداسیون و بالای شمع بر تراز گودبرداری منطبق است.
• تراز کف گود منطبق با تراز کف فونداسیون سازه اصلی است.

 

عضو مایل سازه نگهبان خرپایی چگونه نصب می شود؟

پس از اجرای فونداسیون عضو مایل، عضو مایل مطابق با نقشه از یک سمت به صفحه ­ستون و از سمت دیگر به ابتدای عضو قائم متصل می­شود. به دلیل آسانی اجرای اتصال مفصلی نسبت به اتصال گیردار معمولا اتصال عضو مایل به صفحه ستون مفصلی اجرا می­شود.

نصب اولین عضو افقی سازه نگهبان

در این مرحله مطابق شکل زیر خاک به صورت مثلثی در سر­تا­سر گود تا تراز کف اولین عضو افقی برداشته می­شود. سپس اولین عضو افقی پس از قرار گیری در جای خود از یک طرف به عضو قائم و از طرف دیگر به عضو مایل متصل می­شود. اتصال این عضو در هر دو سمت مفصلی می­باشد.

نصب سایر اعضای افقی و قطری

در این مرحله اعضای افقی و قطری برای صلبیت بیشتر خرپا نصب می­شود. مانند قسمت قبلی برای نصب سایر اعضای افقی و قطری تا تراز کفِ عضو افقی بعدی خاکبرداری در طول دیوار صورت می­گیرد و عضو افقی و قطری مایل بعدی نصب می­شود (شکل 9). این مرحله تا رسیدن به تراز کف گود تکرار می­شود.

• در این سازه فقط نیروی محوری وجود داشته و به علت عدم وجود نیروی برشی و لنگر خمشی در اعضا متشکله خرپا، اتصالات باید به صورت مفصلی اجرا شوند.
• اگر خاک ریزشی و سست باشد خاک بین خرپاها پس از تکمیل سازه نگهبان برداشته می­شود. در این دسته از خاک ها برای مهار خاک در فضای بین دو خرپا و جلوگیری از ریزش آن می­توان از تخته ‌گذاری، مهاربندهای قطری یا از بتن شاتکریت استفاده کرد.

مهار متقابل

یکی دیگر از روش های پایداری گود، مهار متقابل است. در این روش که برای گود برداری ها با عرض کم (10 تا 15متر) و طول زیاد کاربرد دارد برای نگهداری وجه های عمودی گود از المان هایی به نام مهار متقابل (استرات) استفاده می شود. استرات ها اعضای فشاری هستند که به المان های عمودی به نام Soldier Beam که در مجاور دیوار گود وجود دارد متصل می شوند. این اعضای فشاری باعث کنترل تغییر شکل دیوار های گود می شود، شکل پایین نمونه از یک اجرای مهار متقابل است که اجزای آن در شکل معرفی شده است. برای جلوگیری از ریزش خاک هایی که چسبندگی زیادی ندارند یا ورود آب به داخل گود برای تزار آب زیرزمینی بالا؛ دیوار های گود با بتن شاتکریت، دیوار دیافراگمی، سپرکوبی، شمع و … پوشانده می شود.

حفاری چاه در مسیر گودبرداری

همانند حفاری چاه در اجرای سازه نگهبان خرپایی محل Soldier Beam ها در مجاور دو طرف طول گود حفاری می­شود. عمق این چاه برابر با عمق گود به اضافه طول گیرداری تیر نگهبان است. این چاه ها باید دقیقا مجاور دیوار عمودی گود باشد. طول گیرداری از ۲۵% ارتفاع گود نباید کمتر باشد.

اجرای المان قائم Soldier Beam

پس از حفر چاه ­­ها المان­ های قائم را مطابق با نقشه در چاه قرار می­دهیم. معمولا پروفیل ­های فولادی H و I شکل استفاده می­شوند. انتهای چاه تا تراز کف گود (تراز کف فونداسیون سازه) با بتن پر می­شود. به این ترتیب پس از سخت شدن بتن، انتهای عضو قائم در زمین به صورت گیردار عمل خواهد نمود. معمولا برای درگیری بیشتر المان قائم با بتن از برشگیر در انتهای المان استفاده می­شود.

هرگونه فاصله بین سازه نگهبان خرپایی و دیوار گود موجب بی فایده بودن و عدم کارایی آن می‌گردد. در صورت وجود فاصله باید با مصالح مناسب پر شود.

اجرای مهارهای متقابل Strut

پس از اجرای المان های قائم نوبت به مهار های متقابل می رسد. همان طور که پیش تر گفته شد این اعضای فشاری باید به المان های قائم متصل شوند. برای این کار تا تراز اولین مهار متقابل خاکبرداری می کنیم. اولین عضو مهار متقابل به صورت گیردار به اعضای قائم متصل می شود. اتصال استرات ها به المان قائم با ورق فولادی و جوش معمولا اجرا می شود اما گاها از اتصال پیچی نیز استفاده میگردد. اگر در اجرای مهار متقابل امکان ریزش موضعی باشد پس از هر مرحله خاکبرداری دیواره گود با مصالح مناسب پوشانده می شوند.

پس از نصب اولین عضو مهار متقابل به ترتیب برای نصب سایر استرات ها خاکبرداری را تراز اجرای آن ادامه می دهیم و آن را نصب می کنیم. اتصال مهار متقابل به جز اولین و آخرین آن ها مفصلی است مطابق شکل زیر.

همانطور که در ابتدای این قسمت هم گفتیم مهار های متقابل اعضای فشاری هستند که به پایداری دو عضو قائمی که در ابتدا و انتهای آن قرار دارد کمک می کند. مسئله مهم برای اعضای فشاری رخ دادن پدیده کمانش است. یکی از عوامل موثر در افزایش خطر کمانش، طول موثر زیاد عضو فشاری است.

روش دیگری برای جلوگیری از کمانش عضو فشاری وجود دارد آن این است که به جای استفاده از پروفیل فولادی برای این عضو از خرپا استفاده کنیم. خطر کمانش از مهمترین مواردی است که باید در اجرا و طراحی این نوع سازه نگهبان به آن توجه کرد چرا که شکستن یکی از اعضا باعث افزایش نیروی فشاری عضو دیگر شده و آن عضو را هم دچار کمانش میکند، این عمل ادامه پیدا می کند تا کل سیستم از بین برود.

گاها در اجرای این سازه نگهبان نیاز است که در راستای طولی بین المان های قائم مهاربند های نصب شوند. اگر تراز فونداسیون دو همسایه‌ مجاور یکی باشد، توصیه می شود در این تراز یک استرات یا مهار متقابل اجرا شود.

بیشتر بخوانید: کمانش موضعی چیست؟

روش اجرا مهار گذاری (Soil Anchorage)

مهار یک المان تزریق شده است که به صورت پیش تنیده در خاک یا سنگ نصب می شود. هدف این عضو انتقال بار کششی اعمال شده به زمین است. مهاری های خاک تزریق شده ی پیش تنیده را به صورت خلاصه مهاری های خاک می نامند. نام دیگر این روش دوخت به پشت نیز می باشد. استفاده از این مهار ها مانند سایر روش ها برای جلوگیری از تغییر شکل های دیوار های گود می باشد. تفاوت المان های مهار با میخکوبی در خاک وجود نیروی بزرگ پیش تنیدگی در مهار است. حرکت توده خاک موجب نیرو در اجزای دیوار می گردد ولی در دیوار های مهار اصطکاکی قبل از هر گونه حرکت توده، نیروی پیش تنیدگی بزرگی وجود دارد که باعث کاهش تغییر شکل می گردد. مهار ها متشکل از میلگرد های منفرد یا کابل های مخصوص با مقاومت بالا هستند که در یک گمانه جای می گیرند. اجرای این روش چون مهار ها در دیوار همسایه وارد می شود نیازمند کسب اجازه قانونی از همسایگان دارد. این روش نسبت به روش های قبلی پیشرفته تر است و برای اجرا نیازمند تجهیزات و نیروی خاص هستیم.

دیوار های مهار اصطحکاکی به دو دسته اساسی تقسسیم بندی می شود:

• دیوار با مهارگذاری و پایه نگهبان و پوشش محافظ
• دیوار با مهارگذاری و بلوک

 

مهم ترین عضو این روش پایدارسازی گود، مهاری های خاک هستند. اجزای اصلی یک مهاری خاک شامل: 1- مهارساز، طول عاری از تنش (طول آزاد) و طول گیردار می باشد. این موارد و دیگر اجزای مهاری خاک در تصویر زیر نشان داده شده است.

مراحل اجرای دیوار با پایه نگهبان و پوشش محافظ

این نوع دیوار متشکل از المانهای قائم مجزا هست که این المان ها توسط پوشش محافظ که از مصالح مختلف تشکیل می شود، پوشانده می شود و یا می توان آن را توسط شاتکریت مسلح کرد. هنگام کاربرد در خاک های غیر چسبنده و رس های نرم باید دقت نمود زیرا امکان دارد زمان پایداریشان برای نصب پوشش محافظ محدود باشد. مراحل ساخت یک دیوار با پایه نگهبان و پوشش محافظ عبارتند از:

نصب پایه نگهبان

این مرحله شامل حفاری چاه در محل مجاور دیوار گود به عمق مناسب و قرار دادن عضو قائم در آن و تزریق بتن به انتهای چاه برای ایجاد گیرداری عضو می باشد. نکات مهم در این مرحله به شرح زیر است:

• عمق چاه به اندازه 25-35 درصد عمق گود بیشتر از عمق گود می باشد.
• فاصله ی افقی بین پایه نگهبان ها بین 1 متر تا 3 متر متغیر است.
• پایه نگهبان می تواند پروفیل های فولادی یا شمع های بتنی درجا باشند.
• شمع هاي بتنی درجا به ندرت در ترکیب با پوشش محافظ چوبی استفاده می شوند.

گاها می توان پروفیل های فولادی را با کوبش تا عمق مورد نظر نصب کرد و نیازی به حفاری چاه در این حالت وجود ندارد.

گودبرداری و نصب پوشش محافظ

پس از نصب پایه های نگهبان، خاک جلوی دیوار به صورت مرحله به مرحله برداشته شده و در صورت نیاز (وجود خاك هاي بسیار سست) پوشش محافظ اجرا می شود. خاکبرداری اولیه حداکثر تا عمق پایدار گود انجام می­گیرد. تا خاک بتواند به صورت موقت پایداری بماند تا دوغاب سیمان تزریق شده در گمانه خود را بگیرد و کشش در مهار ایجاد شود. عمق گودبرداری در هر مرحله معمولا بین 1.2-1.5 متر است.

معمولا هر مرحله از خاکبرداری تا به تراز حدود 0.6 متر پایین تر از ارتفاع طراحی یک مهاری ادامه می یابد. به این دلیل که امکان اجرای مهار یا دسترسی به تجهیزات میسرشود.

حفر چال و نصب و تزریق مهاری های خاک

مهمترین مرحله اجرا در روش مهارگذاری، گمانه زنی یا حفاری می­باشد. پارامتر های زیادی وجود دارد که در طول اجرای این مرحله باید به آن ها توجه شود مثل طول و زاویه گمانه، جنس خاک، توان و سرعت دوران دستگاه حفاری، قدرت حرکت دستگاه حفاری، اندازه چکش و سرمته.

در این مرحله ماشین آلات مناسب پس از تعیین محل دقیق گمانه شروع به حفاری می کنند. قطر این گمانه ها بین 10-15 سانتی متر، طول آن ها بین 10-30 متر، زاویه آن ها نسبت به افق 0-20 درجه و فاصله بین آن ها در هر دو جهت افقی و عمودی 2.5-3.5 متر است.

پس از حفر چال نوبت به قراردادن مهاری ها همراه لوله های تزریق پلی اتیلنی می باشد. مهاری ها در طول گیردار خود لخت و کاملا تمیز هستند. مهاري در طول آزاد گریس کاری شده و درون یک روکش پلاستیکی قرار داده می شود تا از پیوستگی آن با دوغاب اطراف جلوگیری شود و بتواند آزادانه کشیده شود. در نهایت مهاری با استفاده از روش مناسب تزریق می­شوند.

کشش مهاری ها

پس از ایجاد تکیه گاه و گیرش دوغاب، مهاری توسط جک¬های مخصوص به اندازه 1.2 برابر بار طراحی منظور کنترل کامل کشیده می¬شوند، سپس مهاری های کشیده شده تا میزان بار طراحی آزاد شده و در این بار قفل می گردند تا نیروی کشش به خاک انتقال داده شود. حداقل زمان مورد نیاز جهت کشش مهار 3-6 روز می باشد.

جهت تسریع در گیرش دوغاب، می توان از افزودنی های مناسب استفاده نمود.

مراحل تکمیلی

سپس گودبرداري و نصب پوشش محافظ تا رسیدن به ارتفاع مهار بعدي ادامه می یابد و نصب آن انجام می شود. این روند گودبرداري، نصب پوشش محافظ و نصب مهاري خاك تا رسیدن به عمق نهایی گود ادامه می یابد.

وقتی گودبرداري به عمق نهایی رسید، عناصر پیش ساخته زهکشی در فضاهاي طراحی شده قرار گرفته و به زهکش اصلی در پایین دیوار متصل می شوند.

براي دیوارهاي دائمی معمولا یک نماي بتنی اجرا می شود که می تواند از نوع بتن پیش ساخته یا درجا باشد.

مراحل اجرای دیوار با مهارگذاری و بلوک

در این دیوارها به جای استفاده از پایه های نگهبان، در محل هر یک از مهاری ها در سطح دیوار از یک بلوك بتنی یا فلزی یا ترکیب آنها استفاده می گردد. با اینکه استفاده از پایه های نگهبان به جای بلوک های بتنی سرعت بالاتری دارد اما به دلیل هزین ی بالاتر آن و همچنین ساخته نشدن پروفیل های مورد نیاز براي این شمع ها در ایران فقط در مواردی که اجبار باشد از پایه های نگهبان استفاده می-شود. این بلوی ها ضخامتی در حدود 40 تا 50 سانتیمتر و ابعادی در حدود 1 تا 1.5 متر را دارند.

در این حالت مراحل ساخت به این صورت می باشد:

خاک برداری کم عمق

خاکبرداری اولیه حداکثر تا عمق پایدار گود انجام می­گیرد. تا خاک بتواند به صورت موقت پایداری بماند تا دوغاب سیمان تزریق شده در گمانه خود را بگیرد و کشش در مهار ایجاد شود. بعد از فعال شدن کشش در مهاری که اجرا شده، مرحله بعدی خاکبرداری به همین ترتیب انجام می پذیرد تا به انتهای تراز گودبرداری برسیم.

• برای افزایش پایداری و کاهش تغییرشکل دیوار، خاکبرداری هر مرحله به صورت یک در میان یا دندان موشی انجام می گردد. عرض هر قسمت باید برای عبور ماشین آلات و اجرای مهار مناسب باشد.

 

اجرای بلوک بتنی و شاتکریت سطح دیواره

ابتدا محل بلوک های بتنی حفاری می شود به گونه ای که گمانه در وسط آن قرار بگیرد. (شکل الف در پایین) سپس شبکه آرماتوری که از پیش ساخته شده درون آن قرار داده می شود. بعد از قرار گیری شبکه آرماتور فنرهایی که آنها نیز از آرماتور ساخته شده با زاویه ای به اندازه زاویه ی گمانه دور سوراخ گمانه بر روی این شبکه ی آرماتوری جوش می شود و یک صفحه 250*250*15 میلی متر در سر فنر نصب می شود. کاربرد این فنر آن است که وقتی قالب روی محفظه قرار می گیرد از خم شدن صفحه به یک طرف جلوگیری کند و آنرا کاملاً قائم نگه دارد تا در موقع کشش استرند ها موجب پارگی استرند نشود. ضمنا یک لوله پلیکا روی کابل ها را که در درون این فنر آرماتوری بمنظور جلوگیری از تماس بتن و کاب لها در این محدوده قرار می گیرد. (شکل ب در پایین)

سپس توری سیمی که از آماتورهای ϕ6 ساخته شده و دارای شبکه بندی (مش) 10*10 سانتی متر می باشد روی سطح دیوار که قبلاً رگلاژ شده قرار داده می شود. سپس قالب هایی روی مکعب های حفاری شده در خروجی گمانه قرار داده می شود و داخل آن را با بتن پر می کنند و سطح دیوار نیز بتن پاشی می شود سپس درون قالب ها ویبره می شود و در صورت نیاز قالب دوباره پر می شود. (شکل پ در پایین) پس از 12 ساعت مجددا دیواره بتن پاشی می شود و سطح آن کاملا با بتن پوشیده می شود. در نهایت ضخامت بتن باید حداقل 10 سانتیمتر باشد. پس از زمان کافی (حدوداً 1 روز) قالب ها را بر می دارند. برای گیرش بلوک ها 7 روز زمان احتیاج است.

مراحل تکمیل گودبرداری

پس از اجرای بلوک بتنی مهاری خاک تحت کشش قرار می گیرند. (مشابه قسمت قبل) و پس از آن تمامی مراحل برای تراز بعدی مهاری ها اجرا می شوند.

انواع آزمایش مهاری ها

در هنگام اجرای مهاری ها در مراحل مختلف آزمایش های بر روی آن ها صورت می گیرد تا از رسیدن میزان باربری آنها به حد موردنظر اطمینان حاصل شود. اطمینان حاصل کردن از رفتار مهاری ها در کوتاه مدت (بلافاصله پس از اجرا) نمی تواند ایمنی پایداری گود را تضمین کند چرا که برخی از مهاری ها به باربری موردنظر می رسند اما پس از مدتی باربری خود را از دست می دهند. لذا برای کنترل کارایی مهاری ها در طول مدت استفاده از آن ها باید آزمایش هایی  مبنی بر عملکرد آن ها در طولانی مدت نیز انجام شود.

بنا بر بند 7-5-6-3 مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1392 پس از نصب مهار ها باید از رسیدن میزان باربری آن ها به حد مورد نظر اطمینان حاصل شود.  برخی از مهار ها به باربری موردنظر می رسند اما پس از مدتی باربری خود را از دست می دهند. لذا برای کنترل کارایی مهار ها باید آزمایش های عملکرد، باربری و خزش بر روی آن ها انجام شود.

انواع آزمایش انجام شده بر روی مهاری ها عبارت اند از:

1. آزمایش عملکرد (Performance test)
2. آزمایش گواهی یا باربری (Proof test)
3. آزمایش خزش طولانی مدت (Creep test)

 

آزمایش عملکرد

وقتی که دوغاب به مقاومت حداقل موردنیاز برسد آزمایش بار مهاری انجام شده و سپس روی بار مناسب قفل می شود. آزمایش عملکرد شامل بارگذاری و باربرداری مرحله ای یک مهار می باشد. آزمایش عملکرد، برای بررسی ظرفیت مهار، بررسی رفتار بار-تغییرشکل، شناسایی عوامل تغییرمکان مهار و بررسی اینکه طول آزاد، برابر و یا بزرگتر از مقدار در نظر گرفته شده در طراحی مهار می باشد، استفاده می شود. معمولا این آزمایش ابتدا بر روی دو یا سه تا از مهاری های نصب شده انجام شده و سپس برروی حداقل دو درصد از مهاری های باقیمانده انجام می شوند. زمان بندی بار برای یک آزمایش عملکرد، در سه ستون ابتدایی جدول زیر نشان داده شده است.

بار آزمایش به شکل ثابت ثابت به مدت ده دقیقه، نگه داشته می شود. در طی این مدت نگهداری بار تغییر شکل دقایق 1، 2، 3، 4، 5، 6 و 10  اندازه گیری و ثبت می شوند. هدف از این نگهداری بار، اندازه گیری تغییرمکان های وابسته به زمان (خزش) مهار می باشد. اگر تغییرمکان کل بین دقایق 1 تا 10 از تغییرمکان خزشی ماکزیمم تعیین شده (1 میلیمتر) فراتر رود، بار آزمایش به مدت 50 دقیقه دیگر باقی مانده و تغییرمکان کل در دقایق 10، 20، 30، 40، 50 و 60 ثبت می شود که اگر تغیر مکان بین دقایق 6 تا 60 از 2 میلی متر کمتر باشد مهاري پذیرفته می شود.

آزمایش گواهی یا باربری

آزمایش باربری شامل یک سیکل بار و حفظ بار نهایی به مدت معین می باشد. در جایی که داده های آزمایش باربری، انحرافات قابل توجهی از داده های آزمایش عملکرد را نشان می دهد، انجام یک آزمایش عملکرد اضافی بروی مهار مجاور توصیه می شود. آزمایش باربری برطبق دستورالعمل ارائه شده در جدول زیر انجام می شود.

آزمایش خزش طولانی مدت

این آزمایش، یک آزمایش طولانی مدت (تقریبا 8 ساعت) می باشد که براي ارزیابی تغییرشکل های خزشی مهارها استفاده می شود. این آزمایش ها برای مهارهای نصب شده در خاک چسبنده دارای یک شاخص خمیری (PI) بزرگتر از 20 یا حد روانی (LL) بزرگتر از 50 ضروری می باشند. برای این شرایط خاک، حداقل دو تا از مهاری ها باید تحت آزمایش خزش طولانی مدت قرار بگیرند.

بازه های افزایش بار برای یک آزمایش خزش طولانی مدت، مشابه آزمایش عملکرد می باشند. در هر سیکل بارگذاری، بار برای یک دوره زمانی مشخصی نگه داشته شده و تغییرمکان ثبت می شود. در طول این زمان بررسی، بار باید ثابت نگه داشته شود. زمان بندی بارگذاری و دوره های زمانی مشاهده برای هر سیکل بار در یک آزمایش خزش طولانی مدت برای یک مهار دائمی، در جدول زیر ارائه شده است.

تغییرمکان خزشی در هر زمان برابر است با اختلاف بین تغییرمکان کل و تغییرمکان اندازه گیری شده در دقیقه اول. در این آزمایش نرخ خزش برای هر حفظ بار نباید از 2 میلی متر فراتر رود.

بند های آیین نامه مربوط به آزمایش باربری و خزش:

روش اجرا میخ کوبی (Soil Nailing)

میخ کوبی دیواره ها به معنای تسلیح برجای خاک با نصب میلگردهای فولادی نزدیک به هم در جداره ی گود، بدون اعمال پیش تنیدگی و با اجرای از بالا به پایین می باشد. این روش یکی از روش های متداول پایدارسازی گود های موقت به شمار می رود که اجرای آن نیازمند نیروی متخصص و دستگاه های خاص می باشد. معمولا این روش به صورت ترکیبی با مهار گذاری اجرا می شود به طوری که ردیف های بالایی مهار و مابقی دریف ها میخ (Nail) کار گذاشته می شود. این روش چون در زمین همسایه اجرا می گردد برای اجرا نیازمند کسب اجازه از آن ها هستیم.

در این روش میخ ها چون بدون نیرو هستند جزو المان های مقاوم شمرده می شوند و هنگام رانش گوه گسیختگی نیروی کششی در این میلگرد ها فعال می شود و گوه گسیختگی را در جای خود نگه می دارد. تجربه نشان می دهد که اگر شرایط خاک مناسب باشد این روش نسبت به سایر روش های دیگر اقتصادی تر است. از شرایط نا مناسب برای این روش می توان به خاک های بدون چسبندگی، وجود آب زیر زمینی زیاد، خاک های ریزدانه نرم تا خیلی نرم، خاك های دارای تخته سنگ و قلوه سنگ، خاك های آلی، خاک های خورنده (روباره، سرباره ) یا آب زیرزمینی اسیدی و سنگ های هوازده و دارای صفحات ضعیف و آهکی اشاره کرد. خاك های ریزدانه سفت تا سخت، خاك های دانه ای متراکم تا خیلی متراکم با چسبندگی کم و سنگ هاي خرد شده بدون داشتن سطح شکست برای این روش مناسب هستند.

اجزای یک دیوار میخکوبی شده

دیوار میخکوبی شده شامل اجزای زیر می باشد:
1-میلگرد فولادی: عنصر اصلی دیوار است که در ایران از آرماتور AIII در ابعاد 14-20-28-32-40 استفاده می شود.
2- دوغاب : کار اصلی دوغاب انتقال تنش از میلگرد به خاک است و جلوگیری از خوردگی میلگرد ها. نسبت آب به سیمان آن 0.4-0.5 و سنگدانه های آن کوچک است.
3-مرکزی سازها (Centralizers): قطعاتی از جنس پی وی سی که میلگرد را در وسط چال حفر شده نگه می دارد تا هنگام تزریق دوغاب تمامی سطوح میلگرد با دوغاب پوشانده شود.
4-اجزای حفاظت از خوردگی: غلاف های محافظ میلگرد از جنس pvc و HDPE هستند که برای محافطت بیشتر میلگرد در برابر خوردگی اطراف آن قرار می گیرد.
5- سر میلگرد: انتهای آرماتور به صورت رزوه شده می باشد که کمی بالاتر از سطح دیوار قرار می گیرد.
6- مهره شش گوش، واشر و صفحه تکیه گاه
7- سیستم زهکشی

مراحل اجرای نیلینگ

خاکبرداری کم عمق: خاکبرداری اولیه تا عمقی صورت می گیرد که بدون نیاز به تدابیر خاصی برای کوتاه مدت، معمولا بین 1 الی 2 روز، پایداری گود حفظ شود. این عمق حفاری معمولا 1 الی 2 متر و کمی پایین تر از محل نصب اولین ردیف آرماتور می باشد.

حفر چال برای ورود میلگرد ها: در این مرحله چال هایی با طول و قطر بین 100-300 میلی متر، زاویه 10-20 درجه و فواصل مشخص بین 1 تا 3 متر از یکدیگر با استفاده از دستگاه حفاري ویژه (دریل واگن) حفر می شود. روش های مختلفی مثل دورانی، ضربه ای و دورانی ضربه ای برای حفاری وجود دارد.

نصب و تزریق میخ همراه با نصب نوار زهکش: در این مرحله آرماتورها در چال های حفر شده جای می گیرند. میله ها به صورت توپر یا لوله های توخالی نیز می تواند استفاده شود.

مرکزی سازها نیز جهت حفظ صحیح آرماتور در داخل چال در فواصل مشخصی بین 2.5 تا 5 متر روی آرماتور نصب می شود. شلنگ تزریق دوغاب به همراه آرماتور در داخل چال جای می گیرد. برای حفاظت بیشتر میلگرد در برابر فرسودگی می¬توان از غلاف های پلاستیکی موجدار استفاده کرد.

پس از قرار دادن آرماتور به همراه شلنگ تزریق، چال حفاری شده با تزریق دوغاب سیمان پر می شود. معمولا تزریق دوغاب به صورت ثقلی و یا تحت فشار کم صورت می گیرد. روش تزریق ثقلی کاملا اجرایی و مقرون به صرفه در حالی که روش تحت فشار استحکام بهتری به میلگرد درون چال می دهد.

برای متوجه شدن زمانی که چال از دوغاب پر شده است دو لوله همراه با آرماتور قرار داده می شود که تزریق توسط یک لوله صورت گرفته و پس از پر شدن چال مشاهده می¬کنیم که دوغاب از لوله دوم خارج می شود و فرایند تزریق پایان می یابد.

میان هر دسته از آرماتورها به صورت هم جوار نوار ژئوکامپوزیتی مخصوص زهکشی بر روی وجهه کار حفاری نصب می کنیم. رول های نواری به سمت انتهای حفاری باز می شوند تا آب هاي وارد شده را تا انتهای دیواره هدایت کنند و از دیواره خارج کنند.

اجرای پوشش موقت (شامل شاتکریت مسلح، نصب صفحه تکیه گاه، مهره و واشرها): برای محافظت خاك از هوازدگی پوششی موقتی قبل از شروع حفاری مرحله بعد بر روی وجهه کار اجرا می گردد که این پوشش معمولا یک لایه شاتکریت مسلح سبک و به ضخامت متوسط 10 سانتی متر است. روی سر آرماتور که بیرون از چال قرار گرفته صفحه تکیه گاه فولادی به همراه مهره و واشر که پشت صفحه تکیه گاه بسته می شود، نصب می گردد. مهره پس از گیرش شاتکریت جهت به دست آوردن حداقل گشتاور مورد نیاز پیچانده می شود. این مرحله حداقل 24 ساعت طول می کشد.

اجراي ترازهاي بعدی: تا رسیدن به تراز نهایی گود مراحل قبلی تکرار می شوند. در هر تراز از حفاری، نوار زهکشی رو به پایین گود و در جهت بخش حفاری باز می شود. لایه شاتکریت با اتصال مناسب نسبت به شاتکریت تراز بالایی ادامه می یابد. در انتها کار نوارهای زهکشی باید به سیستم زهکشی پاشنه دیوار وصل شوند.

اجرای پوشش دائمی (همراه با اجراي زهکش پنجه): پس از رسیدن به تراز کف گود نوبت به  اجرای سطح نگهدارنده دائم می رسد. نمای دائم ضروری نیست و در صورت تمایل اجرا می-شود. برای اجرای پوشش دائم می توان از قالب بندی و بتن ریزی درجا، شاتکریت مسلح ویا قطعات پیش ساخته استفاده کرد.

روش اجرا دیوار دیافراگمی (Diaphragm Pile Wall)

دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی، دیواری بتنی است که با آرماتور مسلح شده است. این روش برای کاربرد های موقت و دائم استفاده می شود. دیوار ها هم به صورت پیش ساخته و هم پس کشیده اجرا می شوند. نمونه از دیوار دیافراگمی اجرا شده را در شکل زیر می بینید. ضخامت این دیوار ها بین 60 تا 100 سانتی متر است. اشکال متفاوتی بسته به کاربرد می تواند داشته باشد؛ دیوار تخت، T شکل و L شکل. این دیوار ها از نفوذ آب جلوگیری می کنند.

مراحل اجرای دیوار دیافراگمی

برای اجرای دیوار دیافراگمی ابتدا محل قرار گیری آن را در سطح زمین مشخص می کنند. یک دیوار هادی در مرز اجرای دیوار قرار می دهند. سپس با دستگاه حفاری ویژه به نام گراب یا هیدروفرز محل دیوار را مطابق شکل زیر حفاری می کنند. همان طور که مشاهده می کنید حفاری انجام شده به همراه مخلوط گِل بنتونیت و آب در چاه حفاری برای جلوگیری ریزش خاک و نفوذ آب است. حفاری دیوار به جهت حفظ پایداری گود به صورت کامل انجام نمی شود و پنل هایی با طول 2.5 تا 6 متر حفاری می شود. طول های کوتاه تر برای خاک های سست انتخاب می شود.

پس از حفاری محل مورد نظر قفسه های آرماتور در محل دیوار قرار داده می شود. قفسه آرماتور در چاه های حفاری شده زمین با فضاساز های که معمولا از جنس پلاستیک هستند قرار می گیرد تا فاصله آرماتور با مرز های دیوار حفظ شود و این فاصله در حین اجرای مراحل بعدی دستخوش تغییر نشود. پس از قرار دادن قفسه آرماتور نوبت به بتن ریزی می رسد. بتن مورد استفاده روان با کارآیی زیاد است که به وسیله لوله ترمی مخصوص در فضا به صورت پیوسته ریخته می شود. به دلیل زیاد بودن چگالی زیاد بتن نسبت به بنتونیت، با ریختن بتن بنتونیت بالا آمده و آن را به وسیله پمپ جمع آوری می کنند.

پس از گیرش بتن، خاک بین پنل­ های اجرا شده با دستگاه برداشته می­شود و مراحل بالا برای پنل های میانی اجرا می­شود تا دیوار پیوسته اجرا گردد.

روش اجرا سپرکوبی (Sheet Pile)

سپر ها المان های پیوسته یا نیمه پیوسته هستند که ضخامت آن ها نسبت به طول و عرض آن ها کم است. این المان ها در بنادر و سکو ها کاربرد بسیار زیادی دارد.ا ز کاربرد گسترده آن ها می توان به دریچه های دریایی، حوضچه خشک، انواع دیوار حائل و پایدارسازی دائم خاکریز و کانال اشاره کرد.

انواع سپر در اجرای سپرکوبی

سپرها از مصالح مختلفی مثل فولاد، بتن، چوب و … ساخته می شوند. انتخاب جنس سپر ها بسته به مقاومت و شرایط محیطی و مدت استفاده از آن ها بستگی دارد. در جدول زیر انواع سپر ها به همراه مزایا و معایب آن ها آورده شده است.

• انواع سپر ها به صورت ترکیبی نیز استفاده می شوند.
• سپرهای بتنی به صورت پیش ساخته معمولا تهیه می شوند.
• سپرهای چوبی برای استفاده های موقت که حساسیت زیادی به نشت آب وجود نداشته باشد مناسب است.
• از سپر های فلزی موقت می توان مجدد استفاده شود.
• امکان افزایش طول سپر فلزی وجود دارد.
• پروفیل های فلزی اشکال مختلفی دارند که هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود هستند.

 

انواع سپر های فلزی در جدول زیر به همراه مزایا و معایب هر کدام آورده شده است.

روش ساخت سپر

اجرای سپر ها بسیار سریع است. برای گود ها با طول زیاد و عمق کم بسیار مناسب است. این روش بهترین روش برای گودبرداری در خاک های اشباع است و استفاده از آن نیاز به پایین آوردن تراز آب زیرزمینی ندارد. در ادامه مراحل اجرای سازه نگهبان سپرکوبی را بیان می کنیم.

مراحل اجرای سپرکوبی عبارت است از:
1) کوبیدن سپر ها: در اجرای این نوع از سازه نگهبان در ابتدا سپرها در محل خود کوبیده میشوند. این عمل به وسیله دستگاه های کوبنده یا دستگاه های ارتعاش دهنده انجام می شود. بعد از آن سپر ها را دریکدیگر قفل می شوند.

2) خاکبرداری: پس از کوبیدن سپر ها گودبرداری شروع می شود. اگر سپرکوبی مهار نشده باشد، خاکبرداری تا تراز کف گود صورت می گیرد و حین رسیدن به تراز های مشخص المان هایی تحت عنوان تیر های پشتبند افقی برای جلوگیری از کمانش سپر ها نصب می شوند. اما اگر سپر کوبی مهار شده باشد و با روش های دیگر مثل مهارگذاری یا مهار متقابل ترکیب شود خاکبرداری اولیه برای اجرای اولین ردیف این اعضا صورت می گیرد.

گاهی ممکن است سپر ها برای ایجاد خاکریز استفاده می شوند در این حالت مانند حالت قبل ابتدا سپر در زمین کوبیده می شود سپس پشت آن از خاک پر می شود.

روش اجرا شمع درجا (pile)

شمع ها عناصر ستونی هستند که به وسیله نیروی اططکاک و وزن و ظرفیت باربری نوک شمع با نیروی هایی که به آن وارد می شود مقابله می کند. شمع ها می توانند از مصالح مختلف ساخته شوند که متداول ترین آن ها فولادی و بتنی یا ترکیبی از هر دو می باشد. شمع ها علاوه بر مقابله بر فشار جانبی خاک، می توانند از ورود آب نیز جلوگیری کنند.

آرایش گروه شمع ها در کنار هم به صورت تیر گیردارهای عمل می کنند و با فشار جانبی خاک مقابله می کنند. عمق گیرداری شمع ها حدودا 0.3 ارتفاع گود اتخاذ می شود. انواع آرایش شمع ها در شکل زیر آورده شده است. اگر خاک پشت شمع سست باشد و امکان ریزش آن وجود داشته باشد یا سطح تراز آب زیرزمینی در پشت شمع ها بالا باشد از آرایش هایی استفاده می شود که فضای خالی بین شمع ها نباشد و یا هم پوشانی داشته باشند.منظور از شمع های بتن پلاستیک شمع هایی هستند که فاقد قفسه آرماتور و خاموت اسپیرال هستند.

روش ساخت شمع

برای اجرای شمع ها ابتدا محل آن ها در زمین مشخص می گردد، برای مشخص کردن آن محل مرکز شمع توسط نقشه بردار معیین می شود. سپس بسته به نوع شمع و نوع خاک از انواع روش حفاری¬ها استفاده می¬کنند. اگر شمع ها در کنار هم یا فاصله بین آن ها کم باشد آن ها را به صورت یکی در میان اجرا میکنند.

شمع ها می توانند به صورت پیش ساخته یا درجا ریز باشند. در شمع های پیش ساخته اگر خاک زمین نرم باشد می توانیم آن ها را به صورت کوبشی در خاک فرو ببریم مانند سپرکوبی، اما برای شمع های درجا ریز باید حفاری کنیم. روش های حفاری بسیار مختلفی وجود دارد که هر کدوم مزایا و معایبی دارند و با توجه به شرایط پروژه باید انتخاب شوند. اگر خاک ریزشی باشد یا سطح آب زیرزمینی بالا باشد در هنگام حفاری از مخلوط آب و گِل بنتونیت یا حفاظ فلزی در اطراف چاه حفر شده استفاده می کنند.

اگر شمع ها بتنی و درجا ریز باشند که معمولا از این نوع شمع استفاده می شود پس از حفاری قفسه آرماتور در داخل چاه قرار داده می شود و سپس بتن ریزی صورت می گیرد. پس از گیرش بتن خاکبرداری برای رسیدن به تراز کف گود صورت می گیرد.

بتن شمع یا به عبارت دیگر بتن هایی که در اعماق زمین ریخته می شوند ضوابط اجرای خاص خود را دارند؛ ترکیبات مخصوص و کارآیی خوبی باید داشته باشند که اجزای مخلوط بتن هنگام اجرا از هم جدا نشوند و همه قسمت های چاه حفر شده از بتن پر شود تا در نهایت مقاومت مورد نیاز تامین شود. بتن ریزی برای این شرایط توسط لوله ترمی و به صورت پیوسته صورت می گیرد. درصورت نیاز برای شمع ها می توان انواع مهار هارا نصب کرد.

برای برقراری رفتار مشترک شمع ها با یکدیگر معمولا تیر رابط در قسمت فوقانی شمع ها طراحی و اجرا می گردد. این کار رفتار شمع هارا مناسب تر و طراحی مارا اقتصادی تر می کند.

منابع

مبحث هفتم مقرات ملی ساختمان، ویرایش سال 1392
اصول و مبانی گود برداری و سازه نگهبان تالیف دکتر حمید رضا اشرفی
شنایی با برخی نکات موثر در اجرای ایمن تر سازه های نگهبان خرپایی تالیف سازمان نظام مهندسی ساختمان استان تهران
پایدارسازی گودها تالیف دکتر محمدحسن بازیار،علیرضا قدمگاهی، علی نبی زاده
روش های اجرا گود و سازه نگهبان تالیف مهندس سرمدی و مهندس کاردان

آجرهای خنک‌کننده از خلاقانه ترین کشفیات به عنوان یکی از مصالح نوین ساختمانی 2022 می باشند. آجر خنک‌کننده در لیست مصالح ساختمانی جدید برای دیوار قرار دارد. آجرهای خنک‌کننده که به آجرهای هیدرو سرامیکی نیز معروفند از ترکیب خشت با هیدروژل ساخته شده اند. آجرهای هیدرو سرامیکی مناسب دیوارهای پیرامونی ساختمان ها می باشند.

مکانیسم عملکرد آجرهای خنک‌کننده بدین صورت است که با ورود هوا، مواد هیدروژل، آب را جذب و درون آجر ذخیره می کنند. این آب برای خنک کردن ساختمان ها در روزهای گرم معجزه خواهد کرد. آجرهای هیدروسرامیکی مناسب ترین مصالح جدید ساختمانی برای دیوار ساختمان های تجاری به خاطر کاهش مصرف انرژی می باشند.

هیدرو سرامیک به گفته کارشناسان از جمله مصالح ساختمانی جدید است که می تواند به طور موثری جایگزین سیستم تهویه مطبوع ساختمانی شود. این مواد که از حباب های هیدروژل تشکیل شده است که می تواند به طور موثری ۴۰۰ برابر حجمش آب را در خود ذخیره کند.

بنابراین متخصصان می گویند که در روزهای گرم تابستانی این حباب های آب ذخیره شده در هیدرو ژلها می توانند تبخیر شده و به طور برجسته ای باعث کاهش دمای فضای داخل اتاق شوند. بنابراین استفاده از این مصالح ساختمانی در داخل دیوارها و یا سایر اجزای ساختمان می تواند باعث صرفه جویی از لحاظ مصرف انرژی شود و از لحاظ اقتصادی بسیار به صرفه است.

هیدروژل ها شبکه های پلیمری سه بعدی هستند كه قابليت جذب بسیار زیاد آب یا سیالات زيستي را حتي زير فشار دارند. این ترکیبات بدون انحلال می توانند مقدار زیادی آب جذب کنند. هیدروژل ها به روش شیمیایی یا فیزیکی شبکه ای می شوند. توجه روزافزون به هیدروژل هاي فيزكيي به دلیل راحتي نسبي فرايند و نبود شبکه ساز در سنتز آن هاست، در حالي که انواع شيميايي آن به دلیل استحکام مکانیکی خوب مورد توجه هستند. همچنين، هيدروژل هاي طبيعي به دليل تنوع، فراواني، ارزاني، تجديدپذيري، سمي نبودن و نيز زيست تخريب پذيري و زيست سازگاري نسبت به هيدروژل هاي سنتزي بسيار جالب توجه هستند. در چند دهه گذشته، هيدروژل ها به دلیل خواص منحصر به فرد در صنایع مختلف نظير غذایی، بسته بندی، داروسازي، کشاورزی، کاربردهای زیست پزشکی و زیست مهندسی و در ساخت دستگاه های فنی و الکترونیکی و نيز به عنوان جاذب برای حذف آلاینده ها در کاربردهای زیست محیطی به کار گرفته شده اند. با توجه به اهميت و قابليت هاي متنوع اين تركيبات به عنوان مواد اميدبخش در كاربردهاي مختلف، در مقاله حاضر، دست هبندی هیدروژل ها براساس ویژگی های مختلف، روش های تهیه و برخی از خواص و کاربردهای مهم آن ها در زمینه های مختلف مرور شده است.

نسخه نهایی، هیدروسرامیک، به عنوان یک دستگاه خنک کننده تبخیری عمل می کند که گرما را کاهش می دهد و رطوبت را افزایش می دهد، بنابراین هوای محیط داخلی را بین پنج تا شش درجه کاهش می دهد . هوش تعبیه شده آن عملکرد آن را مستقیماً با گرمای باد در فضای باز متناسب می کند. به عبارت دیگر، وقتی بیرون گرمتر است، فضای داخلی با کاهش طبیعی دمای آن واکنش نشان می دهد. در همین حال، هنگامی که تبخیر رخ نمی دهد، سیستم فضای بسته را خنک نمی کند. این نتایج با آزمایشی که برای آزمایش اثر هیدروژل و تعیین بهترین ماده برای نگهداری این ماده تنظیم شده بود، تعیین شد. خاک رس، آلومینیوم و اکریلیک در برابر یک متغیر کنترل شده آزمایش شدند، که به تعیین اینکه ماهیت متخلخل خاک رس آن را به کارآمدترین ابزار تبدیل می کند، کمک کرد.  این پروژه می‌تواند به صرفه‌جویی 28 درصدی در مصرف کلی برق ناشی از تهویه مطبوع سنتی کمک کند و می‌تواند به عنوان یک فناوری جایگزین کم‌هزینه برای ساختمان‌ها و خانه هوشمند استفاده شود، زیرا هم خاک رس و هم هیدروژل ارزان هستند.

تهیه کننده : محمدرضا زرکش

منبع ۱ 

منبع ۲ 

منبع ۳

سیمان ساطع کننده نور

تصور کنید در هنگام رانندگی طولانی با تاریک شدن هوا، زمین بزرگراه شروع به درخشیدن رنگ های سبز و  آبی کند و بر خلاف همیشه که شب ها دید برای رانندگان سخت می شود رانندگی امن تری را داشته باشید.

پس از تولید سیمان ساطع کننده نور توسط خوزه کارلوس روبیو در دانشگاه سن نیکولاس هیدالگو در مکزیک این رویا ها به واقعیت تبدیل شدند.

این ماده جدید می تواند مسیر های روشن برای اتومبیل ها ، کامیون ها ، دوچرخه ها و عابران پیاده بدون استفاده از برق را فراهم کند.

در حال حاضر تقریبا همه ی کشور ها برای حمل و نقل آسان به شبکه گسترده ای از جاده ها متکی هستند.

از آنجایی که تغییرات آب و هوایی زمین، جامعه را به سمت تولید مواد تجدید پذیر تحت فشار قرار می دهد. یافتن روشی کم کربن و کم مصرف برای روشن شدن جاده ها می تواند کمک شایانی به میزان مصرف انرژی و گرم شدن کره زمین بکند.

در حال حاضر در بازار جهانی تولید سیمان نزدیک به ۴ میلیارد تن است.

۱۴ سال پیش پروفسور روییو در پی مشکلات گرم شدن زمین به این فکر افتاد که سیمانی تولید کند که در طول روز انرژی خورشید را جذب کرده و شب آن را ساطع کند در واقع هدف او ایجاد یک سیستم روشنایی جاده است.

سیمان به صورت مخلوطی از شن و ماسه است که وقتی با آب مخلوط می شود حالت ژلی شکل پیدا می کند که وقتی سفت می شود باعث ایجاد کریستال هایی می شود که اجازه عبور نور خورشید را نمی دهد.

پروفسور روبیو طی ۹ سال آزمایش و تحقیق سر انجام به یک ماده ای رسید که این دانه های کریستال را از بین می برد و نور می تواند به عمیق ترین بخش های سیمان نفوذ کند همچنین در عین حال می تواند انرژی نور خورشید را جذب کرده و بعدا به صورت نور آزاد کند.

در واقع سیمان به عنوان یک وسیله ذخیره انرژی عمل می کند  و تمام نور خورشید را جذب کرده و در هنگام شب می تواند تا ۱۲ ساعت بدون استفاده از برق نور جاده ها را تامین کند.

مزایای بتن ساطع کننده نور

مزایای بتن ساطع کننده نور فراتر از طبیعت استقلال الکتریکی آن است.ماهیت ماده فسفر که از مواد آلی تشکیل شده است بعد از حدود سه سال بر اثر نور فرا بنفش از بین می رود اما ماهیت سیمان که دارای شن و ماسه است آن را به قدری محکم می کند که می تواند عمری حدود یک قرن را داشته باشد

مزایای دیگر سیمان

ترکیب ساده سیمان که از شن و ماسه ساخته شده است آن را با محیط زیست سازگار می کند. و همچنین شن و ماسه موادی است که به راحتی در دسترس است و تنها ضایعات تولیدی آن بخار آب است.

این سیمان با داشتن مزایای بیشمار زیست محیطی به زودی بزرگراه هایی با چراغ های درخشان را خواهد ساخت.

  منبع 

تهیه کننده : محمدرضا زرکش

انواع شیشه های هوشمند و تکنولوژی ساخت آنها

پیش از این استفاده از پنجره های معمولی مانند پنجره ترمال بریک و یو پی وی سی و حتی مدل های قدیمی رایج بوده است  اما امروزه با فناوری های جدید کم کم جای خود را به پنجره های هوشمند می دهند.

شیشه‌های هوشمند که با نام پنجره‌های هوشمند هم شناخته می‌شوند، بر اساس تکنولوژی به کار رفته در آن‌ها دارای انواع مختلفی هستند. شیشه هوشمند یا Smart Glass با استفاده از جریان برق قابلیت تغییر حالت از شفاف به مات یا روشن به تیره را دارند. این شیشه‌ها ورود نور خورشید و دید به فضا را کنترل می‌کنند. در ادامه این مقاله شما را با انواع شیشه‌های هوشمند بر اساس تکنولوژی آن‌ها آشنا می‌کنیم.

شاید به فکر تعویض پنجره یو پی وی سی باشید اما با خواندن این مقاله به فکر استفاده از تکنولوژی های جدیدتر میوفتید.

تکنولوژی شیشه هوشمند

شیشه‌های هوشمند از تکنولوژی PDLC برخوردارند. مایع پراکنده یا PDCL ، مخفف عبارتPolymer Dispersed Liquid Crystal ، یک کلاس از تکنولوژی‌های الکتریکی، فتونی و حرارتی است که در ساخت شیشه هوشمند استفاده می‌شود. تکنولوژی PDCL در دهه 1980 در ایالات متحده آمریکا ساخته شد و به ثبت رسید. از آن زمان به بعد این تکنولوژی بعنوان صنعتی جدید در سطح جهانی توسعه یافت.

فناوری الکتروکرومیک، در تکمیل عملکرد شیشه‌های هوشمند به کمک می‌آید. در واقع شیشه‌های الکتروکروماتیک، انواعی از شیشه‌ها هستند که با ورود جریان الکتریکی در طی یک واکنش شیمیایی، وضعیت شفافیت شیشه را تغییر می‌دهد

دلیل اهمیت شیشه‌های هوشمند

یکی از مهمترین دلایل اهمیت شیشه‌های هوشمند سازگاری آن با محیط زیست است. این شیشه‌ها پس از نسل شیشه‌های دوجداره که بعنوان عایق حرارتی و صوتی استفاده می‌شدند، روی کار آمده اند. پنجره هوشمند با کنترل عبور نور خورشید، به خاصیت عایق بودن پنجره‌های دوجدار می‌افزاید. به همین دلیل مصرف انرژی را کاهش می‌دهد. علاوه بر آن، در طراحی فضا، به دلیل خاصیت شفاف یا مات بودن آن، مورد استقبال طراحان زیادی قرار گرفته است.

اجزای شیشه‌های هوشمند

شیشه‌های هوشمند از 4 جزء اصلی تشکیل می‌شوند:

شیشه

میکروفیلم هوشمند

اینورتر برق

ریموت کنترل

در خصوص میکروفیلم‌ها باید گفت این فیلم‌ها خودشان از چند لایه تشکیل شده‌اند؛ لایه ابتدایی از ورق‌های پلیمری تشکیل شده. روی آن یک لایه نازک از ماده شفافی که حاوی جریان الکتریسیته است، پوشیده شده. بین این دولایه هم ماده‌ی PDLC قرار گرفته که همان تکنولوژی کریستال مایع است.

عملکرد این لایه‌ها به این صورت است که کریستال‌های مایع به صورت نامنظم در یک لایه پلیمری پخش شده‌اند؛ همین دلیل اصلی مات شدن شیشه است که پرتوهای نور را می‌شکند و فیلم را مات می‌کند. حالت شفاف آن هم با عبور جریان برق از دو لایه رسانا ایجاد می‌شود. در واقع جریان برق، تمام کریستال‌های نامنظم را هم جهت می‌کند تا عبور نور بدون شکست انجام شود؛ نتیجه آن شفاف شدن شیشه است.

لمینت

یکی از انواع شیشه های هوشمند ، شیشه هوشمند لمینت است. در این نوع میکروفیلم هوشمند بین دو شیشه لمینت و وکیوم می‌شود. این شیشه هوشمند ضد آب، آنتی استاتیک و آنتی یو وی است. برای دیواره حمام، درب اتومات، انواع پنجره‌ها، پارتیشن‌های اداری و دیواره‌های بیرونی استخر، می‌توان از نوع لمینت شیشه‌های هوشمند استفاده کرد.

شیشه هوشمند برچسبی

در شیشه‌های هوشمند برچسبی، میکروفیلم هوشمند به صورت ورقه‌ای که یک روی آن دارای برچسب است، پشت شیشه چسبانده می‌شود. این لایه از آنجایی که میان دو شیشه محصور نمی‌شود و در معرض ضربه، گرد و غبار، نور مستقیم و آب و مایعات قرار دارد، دوام و عمر کوتاه‌تری در مقایسه با شیشه‌های هوشمند لمینت دارد.

الکتروکرومیک

در این نوع از شیشه‌های هوشمند می‌توان سرعت انتقال نور را بر اساس میزان جریان الکتریکی تغییر داد. در واقع این شیشه‌ها دارای 3 حالت شفاف، نیمه مات و مات هستند. در واقع اگر تابش نور ملایم باشد، شفاف هستند و اگر از یک حدی نور شدیدتر باشد، به حات نیمه مات یا کاملاً مات تغییر حالت می‌دهند. این تغییر حالت برای شیشه‌های الکتروکرومیک کمی زمانبر است.

شیشه هوشمند LC

این شیشه‌ها مانند شیشه‌های هوشمند بر اساس تکنولوژی PDLC قبل از عبور جریان الکتریکی شفاف هستند. با این تفاوت که سرعت تغییر بین دو حالت مات و شفاف در شیشه‌های PDLC سریعتر از سایر فناوری‌ها هستند. از جمله کاربردهای شیشه‌های هوشمند LC در ساختمان‌های اداری و تجاری است؛ آن هم به دلیل خاصیت مات شوندگی آن‌ها بعنوان Privacy Glass است.

شیشه  SPD

این نوع شیشه هم مانند شیشه هوشمند LC و PDLC با برقراری جریان الکتریکی مات می‌شوند. این شیشه‌ها در حالت عادی شفاف هستند. یکی از ویژگی‌های شیشه‌های SPD و LC این است که برای مات ماندن، نیاز به جریان دائمی الکتریکی دارند.

شیشه ترموکرومیک

شیشه‌های ترموکرومیک برای تنظیم گرمای محیط داخلی ساختمان کاربرد دارند. این شیشه‌ها بر اساس میزان گرمای جذب شده، انتقال نور را کنترل می‌کنند. به همین دلیل در کاهش مصرف انرژی ساختمان تاثیر زیادی دارند.

شیشه فتوکرومیک

این شیشه‌ها عملکردی مانند تغییر رنگ برخی عینک‌ها به حالت عینک آفتابی زمانی که در مقابل آفتاب شدید قرار می‌گیرند، دارد. شیشه‌های فتوکرومیک در برابر اشعه ماوراء بنفش (UV) تغییر رنگ می‌دهند به همین دلیل گزینه‌های مناسبی برای استفاده در نمای ساختمان‌ها هستند.

انواع شیشه هوشمند از نظر کاربرد:

انواع شیشه هوشمند از نظر کاربرد را به دو مدل مات شونده و خود تمیز شونده تقسیم می‌شوند.

شیشه هوشمند مات شونده:

شیشه هوشمند مات شونده یا مات شو اتوماتیک، در هتل‌ها مکان‌های تجاری سازمان‌های بهداشت و درمان مجتمع‌های مسکونی بسیار استفاده می‌شود. طرفداران آن به دلیل خصوصیاتی چون بهبود ظاهر محیط داخلی، عمر طولانی آن، کاهش درخشش و کرنش چشم در کنار افزایش عملکرد فضا بسیار زیادتر از سایر انواع شیشه هوشمند می باشد. گران بودن و گرم کردن محیط به دلیل جذب نور تنها دو عیب این مدل می باشد.

شیشه هوشمند خود تمیز شونده:

این مدل شیشه‌ها با پوشش بیرونی خود از جنس دی اکسید تیتانیوم باعث تمیز ماندن سطح شیشه در همه شرایط می‌شوند. ساختمان های اداری مسکونی استخرها و بسیاری از مراکز صنعتی از این مدل شیشه هوشمند استفاده می‌کنند. صرفه جویی در وقت و هزینه، کاهش مصرف انرژی، افزایش مقاومت شیشه در برابر سایش، شفافیت بیشتر و جلوگیری از به جای ماندن رد انگشتان، آب و کثیفی از مزایای شیشه هوشمند خود تمیز شونده می باشد. بهتر است برای استفاده حداکثری از مزایای این مدل شیشه آن‌ها را در مکان‌هایی که مورد نور مستقیم خورشید قرار می‌گیرند استفاده کنید؛ چرا که در خورشید به گونه‌ای باعث فعال شدن آن می شود.

شیشه‌های آفتاب گیر:

شیشه های آفتاب‌گیر نیز نوعی از شیشه های هوشمند محسوب می‌شوند که نور خورشید کمتری را دریافت می‌نمایند. روش عملکرد شیشه های آفتاب‌گیر توسط فناوری نانو یا همان فناوری ترموکرومیک عمل می‌کنند.
روش عملکرد شیشه های آفتاب‌گیر به این صورت خواهد بود که ساختمان نور کافی را دریافت کرده اما شیشه‌ها مانع از جذب گرمای خورشید شده و در مقابل گرمای ناشی از نور آفتاب دارای نوعی عایق‌بندی هستند.
شیشه های هوشمند آفتاب‌گیر کمک شایانی به پایداری محیط‌ زیست کرده و برای نمای ساختمان‌های تمام شیشه ای که نور آن‌ها از طریق آفتاب تأمین می‌شود استفاده می‌گردد.

فناوری نانو با استفاده از چند روش سبب ایجاد شیشه آفتاب‌گیر شده که عبارت‌اند از:

پوشش‌هایی از جنس فیلم هوشمند که دارای حساسیت به طیف خاصی از نور مانند نور فروسرخ می‌باشند. زیرا نور فروسرخ سبب گرم‌تر شدن فضا شده و با جذب این طیف مانع از جذب گرما می‌شوند.

نمونه دیگر استفاده از فناوری نانو در ساختمان استفاده از عملکرد فتوکرومیک است که شبیه‌سازی شیشه مورداستفاده برای ساختمان با عینک‌های فتوکرومیک بوده و در عین انتقال نور با زدن یک دکمه سبب جذب گرمای آفتاب می‌شوند.

روش سوم استفاده از تکنولوژی الکتروکرومیک است که شیشه به تغییر دما حساس بوده و با افزایش دما به‌طور خودکار رنگ شیشه رو به تیرگی می‌رود.

بیشترین کاربرد شیشه آفتاب‌گیر برای نمای شیشه ای هوشمند بوده که نیاز به نور ناشی از تابش خورشید داشته اما گرما را دفع نماید.

نحوه‌ی کار شیشه‌های هوشمند :

امروزه می توان با استفاده از فناوری نانو، با کنترل خصوصیات مختص به شیشه، تغییراتی را در اتم های آن ایجاد کرد. برای مثال در صنعت شیشه می توان با استفاده از فناوری نانو شیشه های کنترل کننده انرژی و یا شیشه های محافظ آتش ساخت. شیشه ی کنترل کننده انرژی باعث کم کردن امواج ماورا بنفش و همچنین مادون قرمز می شود و نورهای مرئی را تنظیم می کند و از اتلاف انرژی جلوگیری می کند.

 

منبع

تهیه کننده : محمدرضا زرکش