تصدع المباني Structural failure هوالتدهور الذي يحصل في وضع البناء من تشقق أوتكسر أواهتراء أوتآكل أوانخفاض في المتانة أوأي مظاهر ضعف أخرى تهدد سلامته الإنشائية أوتهدد صلاحيته للاستثمار.

والتدعيم هومجموعة الإجراءات التي تنفذ في البناء لمعالجة التصدع وجعل البناء صالحاً للاستثمار بأمان.

ظواهر التصدع في البناء

يمكن تلخيص ظواهر التصدع في البناء بالنقاط الآتية:

1ـ التشققات: وهي ناتجة عن قوى شادة مطبقة على العنصر الإنشائي تفوق قدرته على المقاومة.

2ـ التشظي أوالانفلاع: وهوتكسر يحصل في جزء من العنصر الإنشائي نتيجة تعرضه لقوى ضاغطة تفوق قدرته على المقاومة.

3ـ التحلل الكيميائي أوالتآكل: وهوتفتت يحصل في مادة العنصر الإنشائي نتيجة تفاعلها مع مواد كيمياوية موجودة في الوسط المحيط بها.

4ـ ترخيم كبير في العناصر الأفقية يجعل استعمالها غير ممكن، وينتج ذلك عن نقص في قساوة هذه العناصر.

5ـ ميلان (انزياح أفقي) كبير في البناء يمنع استثماره بالشكل الأمثل، وينتج هذا الميلان عن انضغاط التربة تحت جهة من البناء أكثر من الجهة الأخرى بسبب عدم تجانس تربة التأسيس تحت البناء، أوبسبب عدم انتظام الإجهادات المطبقة على تربة التأسيس.

6ـ اهتزازات كبيرة أثناء الاستعمال، وهذه الاهتزازات تجعل الاستعمال غير مريح من الناحية النفسية على الأقل، كما يمكن حتىقد يكون مزعجاً أوعائقاً للاستثمار.

ومن الجدير بالذكر حتى البناء يستطيع تحمل ظواهر التصدع هذه لدرجة معينة، أي إنه ليس بالضرورة حتى تكون ظواهر التصدع هذه خطيرة وتهدد سلامة البناء، إلا أنها مؤشرات خطر تستوجب دراسة البناء للتحقق من سلامته الإنشائية، وتشير إلى ضرورة مراقبة تطور التصنادىت، لتقوية البناء قبل وصوله لفترة خطرة.

أسباب تصدع البناء

هناك أربعة عناصر رئيسة لمشروع البناء هي: الفكرة والتصميم والتطبيق والاستعمال. ومن أجل حتىقد يكون مشروع البناء ناجحاً يجب حتى تشتمل هذه العناصر: الفهم والخبرة والعناية. وإذا كان هناك نقص في أي منها، فلن يعوض هذا النقص ويمنع الانهيار التفوق في أي من الأخيرتين أوفي كليهما.

يمكن تصنيف مسببات تصدع البناء وفقاً للعناصر السابقة بالعوامل الآتية:

ـ مسببات ناتجة عن خطأ في الفكرة: المقصود بفكرة البناء هي فكرة الجملة الإنشائية التي ستقوم بنقل الأحمال التي سيتعرض لها البناء من نقطة تطبيقها حتى تربة التأسيس. يجب حتى تكون هذه الجملة سليمة هندسياً ومستقرة. وإن وجود الخطأ في هذه الجملة يجعل البناء معرضاً للتصدع. ومن الجدير بالذكر حتى التصدع الناتج عن هذا النوع من الأخطاء يظهر سريعاً في البناء، وغالباً ما يظهر أثناء فترة تطبيق البناء وقبل الاستثمار. ومن أشهر أخطاء الفكرة هي استعمال جملة إنشائية غير مستقرة.

ـ مسببات ناتجة عن الخطأ في التصميم: تصميم البناء هووضع تفصيلاته ضمن إطار الفكرة. وحصول خطأ في تصميم البناء قد يؤدي لتصدعه. ومن أشهر أخطاء التصميم يمكن ذكر عدم التقدير السليم للأحمال والقوى، وسوء تصميم مقاطع العناصر أووصلاتها، وتفصيلات التصميم الضعيفة، وعدم توافق التصميم مع طبيعة تربة التأسيس، وعدم معالجة التغيرات الفجائية في المقاطع بصورة سليمة، واختيار عرض غير كاف لفاصل التمدد.

ـ مسببات ناتجة عن خطأ في التطبيق: قد يظهر تصدع البناء بالفترة الأولى من بنائه أوبالفترة الأولى من استثماره، أوقد يظهر بعد بضع سنوات من استثماره. ويعجل في حصول التصدع الناتج عن خطأ التطبيق، ترافقه مع أخطاء أخرى مثل خطأ في التصميم أوغيره. ومن أشهر أخطاء التطبيق هي ضعف مقاومة مواد البناء المستعملة، وسوء تطبيق الوصلات وعدم تصريف الماء بصورة مناسبة، والفك المبكر لنادىمات النطقب واهتزاز الخرسانة بعد بداية تصلبها، والهبوط الموضعي لتربة التأسيس.

ـ مسببات ناتجة عن خطأ في الاستثمار: هناك كثير من الأخطاء التي يمكن حتى يرتكبها مستثمروالبناء، وتسهم في تصدعه منها: أ ـ تعريض البناء لأحمال تفوق الأحمال المصمم عليها كثيراً.

ب ـ تعريض البناء لمواد كيمياوية تتفاعل مع المواد المستعملة في البناء، وإجراء تعديلات غير مدروسة في البناء تؤثر في سلامته، وعدم تطبيق صيانة دورية للبناء وهجر التسربات في التمديدات المائية تعمل عملها في البناء.

ـ مسببات ناتجة عن تأثير مرور الزمن على مواد البناء المجهدة: نتيجة لتعرض المواد المستعملة في تشييد البناء لإجهادات كبيرة لفترة طويلة من الزمن، فإن مقاومة هذه المواد للإجهادات المطبقة عليها تنخفض مع مرور الزمن، نتيجة لظاهرة التعب الذي يحصل بهذه المواد. وتزيد نسبة انخفاض مقاومة المواد طرداً مع الزمن ومع شدة الإجهادات المطبقة عليها، إضافة إلى احتمال حصول حوادث طبيعية غير عادية مع مرور الزمن، كالأعاصير والزلازل والفيضانات وغيرها.

طريقة كشف مسببات التصدع

تعد هذه المستوى عملياً أبرز خطوة، إذ إنه من غير الممكن عملياً تقدير مدى الحاجة للإصلاح إلا إذا عهد سبب أومسببات التصدع، وقد تكون المعطيات غير كافية لتحديد السبب، لذا توضع جميع الأسباب التي تؤدي عادة إلى التصنادىت ثم تحذف الأسباب غير المحتملة واحداً إثر واحد، إلى حتى يبقى عدد محدود من الأسباب يؤخذ بالحسبان.

لا توجد قواعد محددة يمكن اتباعها لكشف سبب أومسببات التصدع، فكل حالة هي مسألة قائمة بذاتها، ويجب حتى يجري التشخيص لها بشكل فردي. ويمكن للمهندس الذي يقوم بالتشخيص اتباع المراحل الآتية: فحص البناء ودراسته جيداً، ومقارنة البناء مع الأبنية المجاورة ومع الأبنية المشابهة بأمكنة أخرى، واستفسار من العناصر الفنية التي قامت بالدراسة أوبالإنشاء عن مسببات محتملة للتصدع، وتحليل الأمور غير العادية في المسألة المطروحة، والتفكير بالمسألة على نحوفهمي هادئ وبصبر، ودراسة المسألة بعمق.

طريقة مراقبة تطور تصنادىت البناء

قبل تقرير السلامة الإنشائية للبناء المتصدع من عدمها، يلزم مراقبة ظواهر التصدع، وأول خطوة في عملية المراقبة هي تحديد جميع التصنادىت (سواء منها التشققات أومناطق التشظي أومناطق التحلل أوالترخيم الكبير أوالميلان الكبير) على مخططات خاصة مع تسجيل تاريخ التحديد.

تراقب التشققات كما يأتي: ـ يسجل في المخططات طول الشق وثخانته واتجاهه ومكانه. أما على المسقط فتحدد نهايتا الشق بإشارة X ويعطى رقم لكل شق. ـ وضع لصائق جصية بشكلثمانية متعامدة مع الشق، مع كتابة التاريخ عليها. ـ تراقب الشقوق بالكشف عليها مرة عدة أيام أوعدة أسابيع حسب سرعة تطور ظهور الشقوق واتساعها. ـ تراقب ظاهرة التشظي باستخدام اللصائق الجصية كما في حالة مراقبة الشقوق. كما يمكن مراقبة ظاهرة التشظي بوضع طبقة من مواد هشة وقابلة للتقصف (ويعد الجص أحدها). أما ظاهرة التحلل الكيمياوي للخرسانة (البيتون) فتراقب بإزالة الحصويات (التي تحللت المادة الرابطة بينها) في مسقط معين حتى الوصول للخرسانة السليمة وتعليم المسقط. ثم إعادة الفحص بعد مدة من الزمن. وتراقب ظاهرة الترخيم الكبير والميلان بالقياس وبالرصد المساحي.

الحالات التي تستدعي تدعيم البناء

يمكن تعداد هذه الحالات بالآتي: ـ وجود ظاهرة أوأكثر من ظواهر تصدع البناء ناتجة عن أي سبب كان، ومتطورة لدرجة تهدد سلامته الإنشائية، أوتجعله غير صالح للاستعمال. ـ الحاجة لإكساب البناء مقاومة للقوى الأفقية، كالزلازل إذا لم يكن مصمماً عليها. ـ الحاجة إلى إضافة طابق أوأكثر للبناء. ـ الحاجة لتعديل وظيفة استثمار البناء، وما ينتج عن ذلك من زيادة أحمال أوتعديل في الجملة الإنشائية.

ويجب تقرير ضرورة تدعيم البناء وكشف التصدع ومراقبة تطوره وتحديد أسبابه، وتقويم مقاومة البناء للأحمال المعرض لها، وتقرير الحاجة للتدعيم واختيار الطريقة المناسبة لها.

مواد البناء المستعملة في إنشاء المباني

هناك مواد كثيرة مستعملة كمواد إنشائية حاملة في المباني، ويمكن تعداد المواد الآتية منها: حجر (طبيعي أوصناعي كالبلوك الإسمنتي أوالآجر المضغوط المشوي بالنار) ـ فولاذ (أوصلب) ـ خرسانة (أوبيتون) ـ خشب ـ طين مجفف بالشمس ـ ألمنيوم ـ لدائن مسلحة. وتعد مادة الحجر من أقدم المواد التي كانت مستعملة بكثرة في أسقف المباني السكنية وغيرها من الأبنية الحجرية. أما مادة الخرسانة بنوعيها العادية والمسلحة فهي اليوم من أكثر المواد استعمالاً في المباني، بل إنها المادة الأكثر استعمالاً في إنشاء الأبنية في الوطن العربي وفي العالم.

طرائق تدعيم الأبنية الحجرية

يمكن حتى يتم ذلك بطرق عدة منها: ـ حقن الفراغات بين الأحجار بمواد رابطة، يتم في هذه الطريقة استعمال مواد رابطة من النوع الذي كان يستعمل سابقاً، ويمكن حتى يضاف لها نسبة من الإسمنت وتحقن بالفراغات بضغط عادي أوبضغط عالٍ إذا لزم. ـ إضافة شدادات معدنية طولية أوعرضية، ويتم تطبيق قوى شد في هذه الشدادات لتضغط على أحجار الجدران وتزيد الترابط بينها. ـ إضافة لمعات أوشيناجات خرسانية مسلحة. تكون اللمعات الخرسانية المضافة بمثابة أعمدة تقوية على جوانب الفتحات أونهايات الجدران، أي في مناطق هجرز الإجهادات في الجدران. ـ استعمال قمصان خرسانية مسلحة للجدران من الخرسانة المصبوبة أوالمقذوفة. ـ استعمال قمصان معدنية للجدران مع الشدادات والحقن بينها وبين الجدران. ـ استبدال الأحجار التالفة بأحجار جديدة، تطبق هذه الطريقة عندماقد يكون الصدع أوالتآكل قد حصل بالأحجار ذاتها، وفي عدد محدود منها فقط. أما إذا كانت الأحجار ذاتها سليمة والتآكل قد حصل بالمونة الرابطة، فإن الطرائق السابقة تكون هي الأنسب. ـ استبدال الأسقف الخشبية المهترئة أوالمتآكلة. ـ تقوية الأسقف ذات الجوائز المعدنية مع أقواس آجرية أوتغطية خرسانية. كانت المقاطع الفولاذية بشكل حرف I تستخدم أيضاً لتغطية الفراغات بين الجدران الحجرية الحاملة. وكانت الفراغات بين المقاطع المتتالية تملأ بأقواس آجرية، ومن ثمّ يتم تشكيل الأسقف، ثمّ جرى لاحقاً استعمال الخرسانة لملء هذا الفراغ. طالما تعرض الجوائز المعدنية المكونة من مقاطع I للتآكل وثبوت حاجتها للتقوية، فيمكن حتى يتم ذلك بلحام صفائح فولاذية على المقاطع من الأسفل بما يعوض عن الأجزاء الصدئة ويزيد مقاومة الجوائز للأحمال المطبقة عليها.

طرائق تدعيم الأبنية الفولاذية

ويتم ذلك باستخدام الطرق الرئيسية التالية: استبدال العناصر المتآكلة (الصدئة)، تصفيح العناصر الضعيفة، إضافة عناصر جديدة، إضافة روابط معدنية لتكتيف البناء، أوإضافة جدران قص جديدة من الخرسانة المسلحة وهي بديلة للطريقة السابقة. ويراعى في جميع الأحوال تأمين حماية لسطوح الفولاذ بطلائه بالدهانات المناسبة (سيراقون أوإيبوكسي أودهان زياتي مقاوم للرطوبة).

طرائق تدعيم الأبنية من الخرسانة المسلحة

ـ تطبيق قمصان معدنية، تستعمل هذه الطريقة بصورة خاصة لتقوية الأعمدة والجوائز، يتم إحاطة العمود أوالجائز بزوايا مع صفائح فولاذية، بقصد حصر الخرسانة، ومن ثمّ زيادة مقاومتها، مع الاستفادة من مقاومة الزوايا الفولاذية التي توضع حول أركان العمود أوالجائز.

أما في البلاطات فيمكن استعمالها بوضع صفائح فولاذية، مع ربط هذه الصفائح الفولاذية بعضها ببعض بشدادات فولاذية أوإضافة عناصر فولاذية حاملة.

ـ تطبيق قمصان خرسانية مسلحة، تستعمل هذه الطريقة كبديل للطريقة السابقة، وتستعمل بصور خاصة للأعمدة الخرسانية، حيث يجري صب أوقذف طبقة من الخرسانة حول المحيط العمود (بعد إحاطته بالتسليح الشاقولي والأفقي المناسبين) تعمل قميصاً له، ويمكن حتى تستعمل الطريقة ذاتها في الجوائز (الكمرات).

ـ تطبيق جدران قص خرسانية مسلحة، تستعمل هذه الطريقة في التقوية بصورة خاصة عند الرغبة بتقوية البناء ضد القوى الأفقية كالزلازل وغيرها. يمكن لهذه الجدران المضافة الإسهام في مقاومة الأحمال الشاقولية إضافة لإسهامها في مقاومة القوى الأفقية.

ـ تطبيق روابط معدنية لتكتيف البناء. هذه الطريقة بديلة للطريقة السابقة، في زيادة متانة البناء لمقاومة القوى الأفقية، ويتم فيها إضافة روابط معدنية بشكل جوائز شبكية.

ـ إضافة عناصر إنشائية جديدة من الخرسانة المسلحة أومن الفولاذ. يتم في هذه الكيفية تقوية العناصر الإنشائية الضعيفة بإضافة عناصر جديدة من الخرسانة المسلحة أومن الفولاذ. يتم مثلاً تقوية الجوائز بإضافة أعمدة جديدة لسندها. ويمكن تقوية البلاطات بإضافة جوائز جديدة أوإضافة أعمدة جديدة وجوائز. ومن البديهي إضافة أساسات جديدة للأعمدة الجديدة. ويجدر التنويه إلى حتى تطبيق أعمال التقوية يحتاج تفاصيل دقيقة وخبرة كافية للحصول على النتائج المرجوة.

طرائق تدعيم أساسات البناء

ثمة طرائق متنوعة لتدعيم أساسات الأبنية، ويتم اختيار المناسب منها بما يتوافق مع مسقط البناء ونوعية تربة التأسيس وطبيعة البناء. أبرز هذه الطرائق: حصر تربة تأسيس البناء بأوتاد محيطية مصبوبة بالمكان، أوحتى تربة التأسيس بمادة مناسبة مثل الروبة الإسمنتية أومثل المواد الكيمياوية الرابطة، أوتطبيق أوتاد دقيقة معدنية ومحمية بروبة إسمنتية ومواد عازلة. يتم غرز الأوتاد الدقيقة micro piles ضمن التربة تحت الأساسات مباشرة للأعماق المناسبة، ويتم ربط هذه الأوتاد مع الأساسات القديمة من أجل نقل الأحمال إليها.

وهناك طرائق أخرى مثل: تطبيق أوتاد بالحقن المنفوث أورصّ تربة التأسيس عن طريق مناطق حقن أوتطبيق أوتاد تحت الأساسات من الخرسانة العادية أوالمغموسة، أويمكن في بعض الأحيان تطبيق أوتاد خرسانية مسلحة مصبوبة بالمكان، بأقطار صغيرة لا تتجاوز عادة 45سم، حيث تدخل آلية حفر صغيرة إلى منسوب تأسيس البناء، وتقوم بحفر الأوتاد مع استعمال قمصان حماية معدنية لمنع انهيار التربة ضمن فراغ الحفرية. تكون هذه الأوتاد مجاورة للأساسات القديمة، ثمّ تُنقل حمولة هذه الأساسات إليها عن طريق استعمال عناصر معدنية تحتها، يتم حمايتها من الصدأ بالدهانات وتغليفها بطبقة حماية من الخرسانة المسلحة بشبك، ومن ثمّ طلاؤها بالإسفلت.

عوامل اختيار كيفية التدعيم المناسبة

عند اختيار كيفية التدعيم المناسبة، يجب أخذ العوامل الآتية بالحسبان: ـ كلفة التدعيم وكلفة الصيانة بما يؤمن حل اقتصادي للتقوية. ـ إذا كانت التصنادىت قليلة ومتفرقة، فتتم التقوية لكل تصدع وحده، أما إذا كانت كثيرة وعامة فيتطلب الأمر إعادة نظر أساسية في التصميم. ـ يجب حتى ينفذ التدعيم بحيث يمنع حدوث تطورات جديدة في علامات التصدع. ـ يجب الاهتمام بالمظهر المعماري بعد التدعيم ودراسة الوظائف المعمارية بحيث تظل محققة لغايات استثمار البناء، واتخاذ الإجراءات المناسبة لتحقيق ذلك. ـ عند إضافة عناصر التدعيم في أثناء عملية التقوية، يجب التأكد حسابياً قبل التدعيم من حتى إعادة توزيع الأحمال الحية لن تسبب زيادة القوى الداخلية على العناصر الأخرى بما يفوق قدرتها على التحمل.

Notable failures

الكباري

Dee bridge

First Tay Rail Bridge

First Tacoma Narrows Bridge

I-35W Bridge

المباني

Ronan Point

Oklahoma City bombing

9/11

Aircraft

Other

Warsaw Radio Mast

Hyatt Regency walkway

انظر أيضاً

• Catastrophic failure
• Earthquake engineering
• Porch collapse
• Forensic engineering
• Progressive collapse
• Seismic performance
• Structural Fracture Mechanics
• Collapse zone

المصادر

• Feld, Jacob; Carper, Kenneth L. (1997). Construction Failure. John Wiley & Sons. ISBN 0471574775.
• Lewis, Peter R. (2007). Disaster on the Dee. Tempus.
• Petroski, Henry (1994). Design Paradigms: Case Histories of Error and Judgment in Engineering. Cambridge University Press. ISBN 0521466490.
• Scott, Richard (2001). In the Wake of Tacoma: Suspension Bridges and the Quest for Aerodynamic Stability. ASCE Publications. ISBN 0784405425.
• [1]
• أحمد سليمان الحسن، محمد كرامة بدورة. "تصدع المباني". الموسوعة العربية.

وصلات خارجية

• Science and Technology Agency Failure Knowledge Database