انواع درز در سازه های بتنی و فواصل آنها

انواع درزها در سازه های بتنی

Reported by ACI Committee 224 (ACI 224.3R-95)

 این گزارش به بررسی وضعیت راهکار در طراحی، ساخت و نگهداری درزها در سازه‌های بتنی تحت شرایط استفاده و شرایط محیطی متنوع می‌پردازد. در برخی موارد، گزینه از بین بردن مفاصل در نظر گرفته می شود. جنبه های مختلف مواد درزگیر مفصل و تکنیک های درز مورد بحث قرار می گیرد. خواننده برای اصلاح جامع تر مواد درزگیر به ACI 504R و برای بحث گسترده در مورد علل و کنترل ترک خوردگی در سازه بتنی به ACI 224R ارجاع داده می شود. فصل‌های این گزارش بر انواع مختلف سازه‌ها و عناصر سازه‌ای با ویژگی‌های منحصربه‌فرد تمرکز دارد: ساختمان‌ها، پل‌ها، سطوح دال‌ها، پوشش‌های تونل، پوشش کانال‌ها، لوله‌های بتنی پیش‌ساخته، سازه‌های نگهدارنده مایع، دیوارها و بتن حجیم.

درزها در سازه های بتنی

درزها در سازه های بتنی به دلایل مختلفی ضروری هستند. همه بتن ها در یک سازه معین را نمی توان به طور پیوسته اجرا نمود، بنابراین درزهای ساختمانی وجود دارند که اجازه می دهند کار پس از مدتی از سر گرفته شود. از آنجایی که بتن دستخوش تغییرات حجمی می شود که عمدتاً به تغییرات دما و انقباض مربوط می شود، می توان درزها را ایجاد کرد و در نتیجه تنش های کششی یا فشاری ایجاد شده در سازه را کاهش داد.

به طور متناوب، اثر تغییرات حجم را می توان همانطور که سایر اثرات بار در طراحی ساختمان در نظر گرفته می شود، در نظر گرفت. عناصر سازه‌ای بتنی مختلف به‌طور متفاوت و مستقل پشتیبانی می‌شوند، اما به دلایل کاربردی و معماری با هم مطابقت دارند. در این مورد، سازگاری تغییر شکل مهم است و ممکن است درزها برای جداسازی اعضای مختلف مورد نیاز باشد.

بسیاری از مهندسان درزها را به عنوان ترک های مصنوعی یا ابزاری برای جلوگیری یا کنترل ترک در سازه های بتنی می دانند. امکان ایجاد صفحات ضعیف در یک سازه وجود دارد، بنابراین ترک در مکانی رخ می دهد که ممکن است اهمیت کمی داشته باشد یا تأثیر بصری کمی داشته باشد. به همین دلایل، کمیته ACI 224-Cracking، این گزارش را به عنوان مروری بر طراحی، ساخت و نگهداری درزها در انواع مختلف سازه‌های بتنی، توسعه داده است که در حال حاضر اصلاح محدود در ACI 224R را گسترش می‌دهد.

در حالی که سایر کمیته های ACI با انواع خاصی از ساختارها و اتصالات در آن ساختارها سروکار دارند، این اولین گزارش ACI است که اطلاعات مربوط به اقدامات مشترک را در یک سند واحد ترکیب می کند. کمیته 224 امیدوار است که این ترکیب، ارزیابی مجدد توصیه‌ها برای مکان و فاصله درزها و توسعه رویکردهای منطقی بیشتر را ارتقا دهد.

دستورالعمل های متنوع و گاهی متناقض برای فاصله مشترک یافت می شود. جدول 1.1 توصیه های مختلفی را برای اتصالات انقباضی گزارش می کند و جدول 1.2 نمونه ای از الزامات اتصالات انبساط را ارائه می دهد. امید است که با گردآوری اطلاعات در این گزارش کمیته، توصیه‌هایی برای فاصله‌گذاری مشترک منطقی‌تر و احتمالاً یکنواخت‌تر شود.

جنبه های ساختاری و رفتار سازه ای هنگام مقایسه توصیه های جداول 1.1 و 1.2 مهم هستند. این توصیه ها ممکن است در برخی موارد برخلاف رویه معمول باشد، اما هر یک می تواند برای شرایط خاص صحیح باشد. این شرایط شامل، اما ممکن است محدود به موارد زیر نباشد: نوع بتن و شرایط قرار دادن. ویژگی های ساختار؛ ماهیت محدودیت برای یک عضو؛ و نوع و میزان بارهای محیطی و خدماتی روی عضو.

جدول 1.1-فاصله های درزهای انقباضی

فواصل	مرجع
20 فوت (6 متر) برای دیوارهایی با بازشوهای مکرر، 25 فوت (7.5 متر) در دیوارهای ثابت.	Merrill (1943)
15 تا 20 فوت (4.5 تا 6 متر) برای دیوارها و دال ها روی زمین. قرار دادن درزها را در تغییرات ناگهانی در پلان و در تغییرات ارتفاع ساختمان برای در نظر گرفتن جابجایی های تنش بالقوه توصیه می‌کند.	Fintel (1974)
20 تا 30 فوت (6 تا 9 متر) برای دیوارها.	Wood (1981)
20 تا 25 فوت (6 تا 7.5 متر) برای دیوارها بسته به تعداد دهانه ها.	PCA (1982)
15 تا 20 فوت (4.5 تا 6 متر) برابر 302.1R-89 توصیه می شود، یا به 24 تا 36 برابر ضخامت دال تغییر می کند.	ACI 302.1R
30 فوت (9 متر) در سازه های بهداشتی.	ACI 350R-83
فاصله درزها با میزان و درجه انقباض و افزایش دما متفاوت است.	ACI 350R
یک تا سه برابر ارتفاع دیوار در دیوارهای جامد.	ACI 224R-92

فواصل	مرجع
75 فوت (23 متر) برای دیوارها.	Lewerenz (1907))
80 فوت (25 متر) برای دیوارها و سقف های عایق، 30 تا 40 فوت (9 تا 12 متر) برای سقف های بدون عایق.	Hunter (1953)
100 فوت (30 متر) حداکثر طول ساختمان بدون درز. قرار دادن اتصالات را در تغییرات ناگهانی در پلان و در تغییرات ارتفاع ساختمان برای در نظر گرفتن جابجایی تنش بالقوه توصیه می‌کند.	Billig (1960)
100 تا 120 فوت (30 تا 35 متر) برای دیوارها.	Wood (1981)
45 متر ( تقریبا 148 فوت) حداکثر طول ساختمان بین درزها.	Indian Standards Institution (1964)
حداکثر طول ساختمان 200 فوت (60 متر) بدون درز.	PCA (1982)
120 فوت (36 متر) در سازه‌های بهداشتی که تا حدی با مایع پر شده‌اند (در صورت عدم وجود مایع، فاصله‌های نزدیک‌تر لازم است).	ACI 350R-83

 

جدول 1.2 – فواصل درزهای انبساط

2.1- اصطلاحات درزها

فقدان اصطلاحات منسجم برای درزها باعث ایجاد مشکلات و سوء تفاهماتی شده است که دنیای ساخت و ساز را آزار می دهد. در سال 1979 کمیته فعالیت‌های فنی مؤسسه بتن آمریکا  (TAC)  یک اصطلاح ثابت در مورد درزها برای استفاده در بررسی اسناد ACI اتخاذ کرد:

درزها با یک اصطلاح بر اساس ویژگی های زیر تعیین می شوند: مقاومت، پیکربندی، شکل گیری، مکان، نوع ساختار و عملکرد.

ویژگی های هر دسته شامل موارد زیر است، اما محدود به آنها نیست:

مقاومت: سوراخ یا میلگرد، داول یا بدون داول، ساده.

پیکربندی: لب به لب، عقب نشینی، زبانه، و شیار

روش ایجاد: برش شده، دستی، ابزاری، شیاردار، قالب بندی شده.

مکان: عرضی، طولی، عمودی، افقی

نوع سازه: پل، محوطه و کف سازی، ساختمان ، اسلب روی زمین.

عملکرد: ساخت یا اجرایی، انقباض، انبساط، جداسازی، جابجایی.

 

مثال: درز با اتصال، زبانه و شیار، با ابزار دستی، درز ساخت روسازی طولی.

اصطلاح آشنا “درز کنترل” در این فهرست اصطلاحات مشترک گنجانده نشده است، زیرا معنای منحصر به فرد و جهانی ندارد. بسیاری از افراد درگیر در ساخت و ساز از این اصطلاح برای نشان دادن درزی استفاده می کنند که برای “کنترل” ترک ناشی از اثرات تغییر حجم، به ویژه انقباض ایجاد شده است. با این حال، درزهای “کنترلی” با جزئیات و ساخته شده نادرست ممکن است به درستی عمل نکنند، و بتن می تواند در مجاورت درز فرضی ترک بخورد. در بسیاری از موارد “درز کنترل” در واقع چیزی بیش از یک برش نیست. این درزها واقعا سعی در کنترل ترک خوردگی ناشی از انقباض و انقباض حرارتی دارند. درز انقباضی با جزئیات مناسب مورد نیاز است.

یک مشکل اضافی در نامگذاری مشترک مربوط به درزها “آب بندی” و “انبساط” است. یک درز عایق حرکت بین اعضا را جدا می کند. یعنی هیچ فولادی یا رولپلاکی از محل اتصال عبور نمی کند. در مقایسه، یک درز انبساط معمولاً به گونه‌ای رولپلاک می‌شود که حرکت در یک جهت انجام شود، اما انتقال برشی در جهات دیگر وجود دارد. بسیاری از مردم درزهای اجرایی را بدون هیچ گونه محدودیتی به عنوان درزهای انبساط توصیف می کنند.

1.3 – حرکت و مهار در سازه های بتنی

محدودیت حرکت یکی از دلایل اصلی بروز ترک در سازه های بتنی است. مهار داخلی یا خارجی می تواند تنش های کششی را در یک عضو بتنی ایجاد کند و از مقاومت کششی یا ظرفیت کرنش فراتر رود. حرکت مهار شده سازه های بتنی شامل اثرات نشست است: سازگاری انحرافات و چرخش ها در محل برخورد اعضا و تغییرات حجم.

تغییرات حجمی معمولاً ناشی از انقباض در اثر خشک شدن بتن سخت شده و از انبساط یا انقباض ناشی از تغییرات دما است.

بحث درز در مورد مکانیسم های تغییر حجم خارج از محدوده این گزارش است. موارد خاص را برای تعیین سهم فردی تغییر دما و از دست دادن رطوبت در محیط ارزیابی کنید. تغییر حجم بالقوه بر حسب محدودیت ناشی از هندسه و همچنین آرماتور بندی در نظر گرفته می شود.

1.3.1 تغییرات حجم ناشی از انقباض 

در حالی که بسیاری از انواع انقباض مهم هستند و ممکن است باعث ایجاد ترک در سازه های بتنی شوند، خشک شدن انقباض بتن سخت شده نگرانی خاصی دارد. انقباض خشک شدن تابع پیچیده ای از پارامترهای مربوط به ماهیت خمیر سیمان، بتن ساده، عضو یا هندسه سازه و محیط است. به عنوان مثال، دال‌های ساختمانی حدود 500*10 به توان منفی شش کوچک می‌شوند، با این حال انقباض یک دال در معرض سطح ممکن است کمتر از 100× ده به توان منفی شش باشد.

بخشی از انقباض خشک شدن نیز ممکن است برگشت پذیر باشد. تعداد زیادی معادلات تجربی برای پیش بینی انقباض پیشنهاد شده است. ACI 209R اطلاعاتی در مورد پیش بینی انقباض سازه های بتنی ارائه می دهد. در صورت استفاده از بتن جبران کننده انقباض، لازم است المان سازه قبل از خشک شدن و انقباض در برابر محدودیت الاستیک ناشی از آرماتور داخلی منبسط شود  (ACI 224R).

1.3.2 تغییرات حجم ناشی از انبساط

در جایی که از بتن جبران کننده انقباض استفاده می شود، توجه بیشتری به انبساط که در طول عمر اولیه بتن رخ می دهد ضروری است. مگر اینکه به بتن جبران کننده انقباض اجازه انبساط داده شود، اثربخشی آن در جبران انقباض کاهش می یابد.

1.3.3 تغییرات حجم حرارتی 

اثرات تغییرات حجم حرارتی می تواند در طول ساخت و ساز و در حین کار مهم باشد زیرا بتن به تغییرات دما پاسخ می دهد. دو عامل مهمی که باید در نظر گرفته شود، ماهیت تغییر دما و ویژگی‌های مصالح اصلی بتن است.

ضریب انبساط حرارتی برای بتن ساده، توانایی یک ماده برای انبساط یا انقباض با تغییر دما را توصیف می کند. برای بتن، به نسبت مخلوط و نوع سنگدانه مورد استفاده بستگی دارد. خواص کل بر رفتار غالب است و ضریب انبساط خطی قابل پیش بینی است. Mindess و Young (1981)  تغییرات ضریب انبساط را با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار می دهند. در حالت ایده آل، ضریب انبساط حرارتی را می توان برای بتن در یک سازه خاص محاسبه کرد. این کار به ندرت انجام می شود مگر اینکه با خواص غیرعادی مواد یا ساختاری با اهمیت خاص توجیه شود. برای بتن، ضریب انبساط حرارتی را می توان به طور منطقی    (11 x 10-6/C) فرض کرد.

در طول ساخت و ساز، گرمای تولید شده توسط هیدراتاسیون سیمان پرتلند ممکن است دمای یک توده بتن را بیشتر از آنچه در سرویس تجربه می شود افزایش دهد. انقباض بتن با کاهش دما در حالی که ماده نسبتا ضعیف است ممکن است منجر به ترک خوردن شود. ACI 224R، ACI 207.1R و ACI 207.2R در مورد کنترل ترک خوردگی برای بتن معمولی و جرمی ناشی از اثرات دما در طول ساخت و ساز بحث می کنند.

در سرویس، اثرات حرارتی مربوط به اختلاف دمای طولانی مدت و تقریباً لحظه ای است. انقباض درازمدت حسی مشابه اثر افت دما دارد، بنابراین انقباض کلی احتمالاً مهم‌ترین اثر تغییر حجم برای بسیاری از سازه‌ها است.

برای برخی از اجزای یک سازه، اثرات طولانی‌مدت به تفاوت گرم‌ترین تابستان و پایین‌ترین دمای زمستان مربوط می‌شود. این سازه همچنین ممکن است به تفاوت بین حداکثر دما و دمای معمولی در طول ساخت پاسخ دهد. در بیشتر موارد اختلاف دما بیشتر از همه مهمتر است.

تغییرات روزانه دما نیز مهم است. تغییرات از شب به روز رخ می دهد، یا زمانی که نور خورشید بخش هایی از سازه را به طور متفاوت گرم می کند. این تغییرات ممکن است بسیار پیچیده باشند و باعث ایجاد تغییرات طولی و همچنین انحناها در بخش هایی از سازه شوند. به عنوان مثال، اثر “تابش خورشید” در سازه های پارکینگ است که در آن سطح عرشه سقف به اندازه 20 تا 40 فارنهایت (10 تا 20 درجه سانتیگراد) گرمتر از تیرهای نگهدارنده می شود. این اثر باعث برش و گشتاور در قاب بندی پیوسته می شود.

1.4 – اهداف و دامنه

این گزارش شیوه های مشترک در سازه های بتنی را که در معرض طیف گسترده ای از کاربری ها و شرایط محیطی قرار دارند، مرور می کند. طراحی، ساخت و نگهداری درزها مورد بحث قرار می گیرد و در برخی موارد گزینه حذف درزها در نظر گرفته می شود. فصل 2 جنبه های مختلف مواد درزگیر و تکنیک های اتصال را خلاصه می کند.

با این حال، خواننده برای اجرای جامع تر به ACI 504R ارجاع داده می شود. فصل‌های 3-10 بر انواع مختلف سازه‌ها و عناصر سازه‌ای با ویژگی‌های منحصربه‌فرد تمرکز می‌کنند: ساختمان‌ها، پل‌ها، دال‌های پایه، لاینیگ تونل، پوشش کانال‌ها، لوله‌های بتنی پیش‌ساخته، سازه‌های نگهدارنده مایع، دیوارها و بتن حجیم. بسیاری از خوانندگان این گزارش به تمام انواع ساخت و سازهای مورد بحث در فصل های 3-10 علاقه مند نخواهند شد. این خوانندگان ممکن است بخواهند ابتدا فصل 2 را مطالعه کنند، سپس بر روی نوع خاصی از ساختار تمرکز کنند.

در حالی که همه انواع سازه های بتنی به طور خاص در این گزارش مورد توجه قرار نمی گیرند، کمیته احساس می کند که این انتخاب گسترده از انواع سازه ها می تواند در موارد دیگر نیز راهنمایی کند. ممکن است در نسخه های بعدی این گزارش به فرم های ساختاری اضافی پرداخته شود.

ACI 224R بحث مفصل بیشتری در مورد علل ترک و کنترل ترک خوردگی از طریق طراحی و ساخت و ساز ارائه می دهد.