روش های محافظت از ساختار فنداسیونی در برابر آب های زیر زمینی

فنداسیون یا پِی ریزی، بخش اساسیِ هر ساختاری است و به شدت بر یکپارچگیِ ساختاری تاثیر می گذارد. ساختارهای فنداسیونی به طور مداوم در معرضِ شکل های گوناگونی از آسیب های طبیعی مانند آسیب ناشی از آبهای زیرزمینی و خاک قرار دارند. بنابراین، برای مقابله با این آسیب ها، اقدامات محافظتی مورد نیاز خواهد بود.

چگونه میتوان ساختارهای فنداسیونی (پی ریزی شده) را از آسیبهای ناشی از آبهای زیرزمینی و خاک محافظت نمود؟

در مقاله کنونی، ملاحظات مربوط به آسیب های وارد شده از طرف ذرات خاک و آبهای زیرزمینی به ساختارهای فنداسیونی به شکل زیر بررسی می شوند:

• علل وارد شدن ضربه و حملات

• توسعه آبهای زیرزمینی و خاک

• حفاظت از ساختارهای فنداسیونیِ بِتُنی در برابر آسیب های وارد شده از خاک و آبهای سطحی

• محافظت از ساختارهای فولادی در برابر خوردگی

• محافظت از تیرچه های چوبی

در ادامه به هر یک از موارد فوق به صورت خلاصه اشاره می شود.

علل وارد شدن ضربات به ساختارهای فنداسیونی

انواع مختلفی از ضربات و حملات وجود دارند که می توانند به ساختارهایِ فنداسیونیِ گوناگون وارد شوند. در ادامه علل وارد شدن این ضربات به فنواسیونهای گوناگون مانند: فنداسیون بتنی، تیرچه های فولادی و تیرچه های چوبی که سبب تخریب این فنداسیونها می شوند، بررسی می شوند. مشخصات فنداسیون های استاندارد و علل ضربات وارد شده به ساختار در جدول زیر مشخص شده است

جدول 1: انواع فنداسیونها و علل ضربات

میزان آسیب وارد شده نه تنها به مقدار ترکیبات موجود در خاک بستگی دارد بلکه به شرایط آب و هوایی و تغییرات سطح ایستابیِ آبهای زیرزمینی نیز وابسته است.

شکل 1: ضربات سولفاته وارد شده به ساختارهای فنداسیونیِ بتنی

شکل 2: خوردگیِ تیرچه های فولادی

شکل 3: تیرچه های چوبی مورد استفاده در ساختن پل

شکل 4: تیرچه های چوبیِ آسیب دیده و تجزیه شده

توسعه آبهای زیرزمینی و خاک

تعیین سطح ایستابی در آبهای زیرزمینی و وجود مواد خورنده در خاک، از اهمیت زیادی برخوردار است. به عبارتی، بر اساسِ شرایطِ مکانی که فنداسیون بر روی آن بنا نهاده شده، می توان اقدامات حفاظتی صحیح را اجرا کرد. بدین منظور، معمولا نمونه هایی از آبهای زیرزمینی و خاکِ مخلوط و غیر مخلوط برای آزمایشِ شیمیایی به آزمایشگاهِ آب و خاک ارسال می شوند.

لوله های ایستاده به مدت زمانِ کافی، در حفره هایی قرار داده می شوند تا اطلاعات مورد نیاز در مورد سطح ایستابیِ آبهای زیرزمینی بدست آید. با این روش نه  تنها اغتشاشات آبهای زیرزمینی را می توان تعیین کرد، بلکه سطح ایستآبیِ میانگین نیز بدست می آید. برای تعیین مقدار سولفات به طور مستقیم و تخمینِ تغییرات مقدار سولفات با افزایش عمق، در اختیار داشتنِ اطلاعات کافی، لازم و ضروری است. به عبارتی اگر اطلاعات کافی در این مورد در دسترس نباشد، ممکن است اقدامات حفاظتیِ اجرا شده، کاملا غیر اقتصادی بوده و مقرون به صرفه نباشد.

شکل 5: تعیین سطح ایستآبی آبهای زیرزمینی

حفاظت از ساختارهای فنداسیونیِ بتنی در برابر آسیبهای وارده از خاک و آبهای زیرزمینی

علت اصلیِ فرسایش و تخریب ساختارهای فنداسیونیِ بتنی، خوردگی با ترکیباتِ سولفاته است. ترکیبات سولفاته در آب های زیرزمینی و خاک وجود دارند. غیر از ترکیبات سولفاته، عوامل دیگری مانند: زباله های شیمیایی، اسیدهای آلی، رسوبهای تخریب کننده، خوردگیِ ماده تقویت کنندهء بتن (reinforcement corrosion) و ارتفاع از سطح دریا سبب می شوند آسیبهای جدی به ساختار فنداسیونهای بتنی وارد شود. در بخشهای بعدی، اقداماتِ قابل اطمینان و لازم برای حفاظت از ساختارهای فنداسیونی بتنی مخصوصا در مراحل پی ریزی و گودبرداری در ساخت و ساز در برابر آسیب خاک و آبهای زیرزمینی توضیح داده می شوند.

حفاظت در برابر خوردگی ناشی از ترکیبات سولفاته

فناوریهای متعددی برای حفاظتِ ساختارهای فنداسیونی بتنی در برابر آسیب های وارد شده وجود دارد. بر طبق طبقه بندیِ ASTM، سیمان پورتلند نوع دو، مقاومت خوبی در برابر خوردگیهای ناشی از ترکیبات سولفاته نشان می دهد. ممکن است خوردگی های شدید سولفاته ناشی از استفاده از سیمانِ فوقِ سولفاته و با آلومینای بالا باشد. برخلاف این حقیقت که بتنِ حاوی مقادیر زیادِ آلومینا ممکن است متحملِ خوردگی زیادی نیز شود و حتی ممکن است استحکام فشردگیِ بتن به طور ناگهانی افت پیدا کند، اما، در این نوع بتن که پدیدهء تبدیلِ آلومینا (Alumina conversion) در آن رخ می دهد، نوعی استحکام باقیمانده وجود دارد.

یکی از علائم تبدیل آلومینا در بتن، کاهش مقاومتِ بتن در برابر ترکیبات سولفاته است. اقداماتی که برای جلوگیری از تبدیل آلومینا در بتن انجام می شود، شامل اجتناب از استفاده از درصدهای بالای سیمان، محافظت بتن از گرما، اجتناب از بخاردرمانی (Steam Curing) و قرار دادنِ قالبهای بتنی در انبارهای سرپوشیده و با سایه کافی است.

برای داشتنِ یک فنداسیونِ نرمال، در نواحی که غلظت سولفات بالاست، باید سیمان مقاوم به سولفات فشردگی مناسبی داشته باشد و در مواقع حادتر، باید از غشاء حفاظتی استفاده کرد. توصیه می شود از قیر یا پوششی از ورقهای پلاستیکی حول پَدهای بتنی یا نوارِ فنداسیون استفاده شود. می توان از ورقه های پلاستیکی سنگین برای محافظت از بتن در محل بهره گرفت و این لایه محافظتی با بَستهایی از هم گسسته می شود. از ورقهای فولادی، ورقهای گالوانیزه و لوله های پی وی سیِ ضخیم و سفت نیز می توان بدین منظور استفاده کرد که گرانقیمت بوده و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیستند.

محافظتِ فنداسیون بتنی در برابر آسیبهای ناشی از اسیدهای آلیِ موجود در خاک

اسیدهای آلی و طبیعی در خاک های حاوی تورب و یا در آب یافت می شوند. سولفوریک اسیدِ آزاد به دلیلِ اکسیداسیونِ پیریت یا مارکازیت تولید می شود. اسیدهای طبیعی که در خاک و آب موجودند، خوردگی کمتری ایجاد می کنند، اما، سولفوریک اسید خورندگیِ بیشتری داشته و صدمات جدی به بتن وارد می کند. وقتی مقدار PH کم و سولفات نیز در محیط بالا باشد، می تواند منجر به تولید سولفوریک اسید آزاد شده و PH محیط کاهش می یابد و لذا اقدامات محافظتی برای جلوگیری از خوردگی در این محیط توصیه می شود.

اگر مقدار PH برابر با 6 یا بیشتر باشد، نیازی به اقدام حفاظتی نیست، اما، هر چه PH عدد کوچکتر و کمتر از 6 باشد، نشان دهنده محیط اسیدی است و در چنین محیط هایی باید از سیمانِ مقاوم به سولفات استفاده کرد، سیمانی با خاکستر سبک (Fly ash) مخلوط شده و به سرعت سفت شود. سرباره کوره ای دانه ای (ground granulated blast furnace slag) نیز می تواند حفاظت لازم را ایجاد کند.

حفاظت از فنداسیون بتنی در برابر زباله های شیمیایی و صنعتی

معمولا در محیطهای شیمیایی و زباله های انباشته شده صنعتی، مواد شیمیایی آسیب زننده و خطرناکی یافت می شوند. چون غلظت ترکیبات شیمیایی در این زباله ها متغیر است، لذا مدیریت این ضایعات با مشکل مواجه است. از طرفی، شناسایی ترکیبات شیمیایی در زباله ها نیز کار مشکلی است. بنابراین، اگر در مکانهایی که ساخت و ساز عمرانی وجود دارد، مواد شیمیایی آسیب  زننده وجود داشته باشد، توصیه می شود از فنداسیونِ تیرچه ای (pile foundation) با پوسته بتنی استفاده شود. حفره درون پوسته، از لوله ای از جنس پلی وینیل کلراید (pvc) بوده و با بتن پر شده است. پوسته بیرونی نیز نقش محافظت از شَفت که درون زمین با مواد شیمیایی آلوده شده، را دارد.

محافظت از تیرچه فولادی در برابر خوردگی

تیرچه های فولادی معمولا در معرضِ خاک و آبهای زیرزمینی دچار خوردگی می شوند و علت این امر، آب و هوا هستند که دو عامل اصلی در خوردگی تیرچه های فولادی محسوب می شوند. برخی نواحی خاص در تیرچه های فولادی مانند آند عمل می کنند و نواحی خاص دیگری نیز نقش کاتد را بعهده می گیرند. در نتیجه، زنگ آهن در نواحی کاتدی تولید می شود و در نواحی آندی نیز که دچار خوردگی شده اند حفره هایی ایجاد می-شود. خوردگی تیرچه های فولادی توسط خاک و آبهای زیر زمینی مشکلی اساسی است که باید با آن به شکلی درست برخورد شود. در قسمتهای بعدیِ مقاله، اقدامات لازم برای محافظت از تیرچه های فولادی در برابر خوردگی توضیح داده می شود.

محافظت از تیرچه های فولادی به روش تیمارِ رنگی (paint treatment protection)

در این فنآوری، ابتدا، از تیمار انفجاری شنی در ساختار استفاده می شود، طوریکه دستیابی به سطح فلزیِ سفید امکانپذیر شود. پس از آن پوششی از روی سیلیکات با ضخامت 50 الی 75 میکرومتر در سطح فلزیِ تمیز بکار می رود. نهایتا، رنگرزیِ اپوکسی یا وینیل در بالای پوشش انجام می شود. یادآوری می شود پوشش اولیه و بالایی باید با یکدیگر همخوانی داشته باشند. مثلا در ساختارهای دریایی بالاتر از منطقه پاشش (splas zone)، از تیرچه های فولادی با تیمار رنگی محافظت می شود. باید به خاطر داشت که تیمار رنگی برای سرویس دهیِ طولانی مدت، گزینهء مناسبی نیست. بنابراین باید از صفحات فولادی برای محافظت از ساختار استفاده شود یا ضخامت تیرچه های فولادی باید افزایش پیدا کند.

شکل 6: خوردگی تیرچه فولادی در محیطهای آبی و دریایی

حفاظت کاتدی از تیرچه های فولادی

سازوکارِ حفاظتِ کاتدی، بر مبنای استفاده از ویژگی های الکتروشیمیاییِ فلزات استوار است. در این فنآوری، ساختار مورد نظر به کاتد تبدیل شده و از مهاجرت فلز به خاک یا آب زیرزمینی یا هر محلول دیگری جلوگیری می شود. در روش حفاظتِ کاتدی، از یک منبع تامین نیرو در سیستم استفاده می شود و یا اینکه آنُد اهداکننده (sacrificial anode) مورد استفاده قرار می گیرد.

در مورد منبع تامین نیروی محرکه، آندها به شکل کربن فشرده با ابعاد قابل تغییر و یا قطعه آهنیِ اسکراپ هستند. از مولد جریان مستقیم، برای تولید جریان الکتریسیته مستقیم استفاده می شود تا جریان از آند به سمت کاتد برقرار شود. دقت شود که با کوچک شدنِ سطحِ ساختار (در اینجا تیرچه فولادی) از هدر رفتن آند جلوگیری می-شود. فلزاتی که در ساختار آند بکار می روند جرم زیادی دارند و ممکن است در طول مدتی که استفاده می شوند دچار خوردگی شده و از جرم آنها کاسته شود.

بنابراین ممکن است پس از مدتی نیاز به جایگزینی داشته باشند. علاوه بر این، آندهای اهداکننده از نوع الکتروموتیو، باید از ساختار مورد نظر برای حفاظت کاتدی بزرگتر باشند. این عقیده وجود دارد که استفاده از آندهای اهداکننده در مقایسه با رویکرد منبع تامین نیرو، متداولتر و محسوستر باشد، زیرا در رویکردهای منبع تامین نیرو نیاز به سیم کشی خواهد بود که در ساختارهای دریایی مطلوب نیست و امکان تخریب آن وجود دارد.

شکل 7: حفاظت کاتدی تیرچه فولادی با استفاده از منبع تامین نیرو

شکل 8: آندِ اهداکنندهء مورد استفاده در حفاظتِ تیرچه فولادی در آب

حفاظت از تیرچه های چوبی با استفاده از کرئوزوت

طبق گزارشهای موجود، استفاده از مایعی به نام کرئوزوت (creosote) در اشباع کردنِ فنداسیونهای چوبی، روشی بسیار موثر در جلوگیری از تخریب تیرچه های چوبی به دلائل بیولوژیکی و غیره است.اشباع با کرئوزوت، تواناییِ تحملِ تیرچه چوبی در برابر تخریب را افزایش می دهد. این مایع از مطلوبترین مواد برای محافظت از تیرچه های چوبی است و در مقایسه با سایر انواع حلالهای آبی و محلولها، از اهمیت بیشتری برخوردار است.

کرئوزوت در چوبهای نرم در مقایسه با چوبهای سخت تاثیر بیشتری می گذارد، زیرا می تواند تا عمق بیشتری در چوب نفوذ کند. عمق نفوذِ کرئوزوت در تیرچه های چوبیِ نرم، 75 میلی متر است ولی در چوبهای سخت به راحتی نمی تواند نفوذ کند، به همین دلیل توصیه شده است که برای نفوذپذیریِ کرئوزوت در چوبهای سخت، حفره های پیچشی به طور مناسبی ایجاد شود.

شکل 9: تیرچه چوبی اشباع شده با کرئوزوت

حفاظت از تیرچه های چوبی با استفاده از بتن

از این رویکرد، در مواقعی که استفاده از کرئوزوت در تیرچه های چوبی، به نتایج مطلوبی نمی انجامد بهره گرفته می شود. مثلا زمانیکه سطح ایستآبی تغییر کند، نمی توان از کرئوزوت استفاده کرد. اگر سطح ایستابی در عمق بیشتری از زمین واقع باشد، توصیه می شود از تیرچه ترکیبی استفاده شود. تیرچه ترکیبی از یک بخش بالایی و یک بخش پایینی تشکیل شده است. بخش پایینی از جنس چوب است و کاملا در آب فرو می رود و بخش بالایی از جنس بتن است. زمانیکه عمق سطح ایستابی ناچیز است، تیرچه برش داده می شود و کلاهک آن در سطح ایستابی قرار می گیرد. شکل 7 استفاده از بتن برای حفظ تیرچه چوبی و افزایشِ طول عمرِ آن را نشان می دهد.

شکل 10: استفاده از بتن برای جلوگیری از وارد شدن آسیب به تیرچه چوبی

الف) در سطح ایستابیِ عمیق

ب) در سطح ایستابیِ کم عمق

حفاظت از تیرچه چوبی در حفاریهای دریایی

توصیه می شود به جای استفاده از تیرچه های چوبی، از چوب بدلیل تحمل بیشتر در هنگام حفاریها استفاده شود. در طبیعت انواع مختلفی از چوب وجود دارد که در برابر حفاری و سوراخ شدن مقاومند مثل: چوب درخت پادوآک در آفریقا (شکل8)، بلیان (Belian)، آفروموزیا (شکل 9) و ... .

شکل 11: چوب درخت پادوآک آفریقایی با توانایی تحمل در برابر حفاری

شکل 12: چوب آفروموزیا مقاوم به حفاری

در پایان خاطر نشان می شود که چوب درخت صنوبر فقط در صورتیکه با کرئوزوت اشباع شده باشند، قابل استفاده خواهد بود. سطح لایه خارجیِ چوب باید به طور مداوم تیمار شود. هنگام بالابردن تیرهای چوبی، ممکن است لایه خارجیِ چوب که تیمار شده است، با قلاب سوراخ شود و با گذشت زمان سبب افزایش نفوذپذیریِ عوامل خارجی و تخریب تیر چوبی گردد.

شرکت خاکبرداری اصفهان آماده هر گونه همکاری در تمامی پروژه هایی مانند گودبرداری در اصفهان ، تخریب ساختمان در اصفهان با ، خاکبرداری در اصفهان می باشد صورت درخواست همکاری با ما تماس بگیرید.