مسئله دوام در پایه پل
امروزه با توجه به گسترش و اهمیت صنعت حمل و نقل در جهان و بخصوص کشورمان، تسریع در رفت و آمد اهمیت فراوانی دارد. از راههای افزایش سرعت حمل و نقل کوتاه نمودن مسیرهای تردد از جمله احداث پل بر روی دره ها و یا دریاچه ها، احداث تونل ها و … می باشد. اهمیت این سازه ها باعث شده است مسئله ی ترمیم و نگهداری از مهم ترین مسایل مورد توجه دولت ها باشد. اخیرا خرابی سازه های بتنی در سواحل سراسر جهان باعث رخداد خسارت های جبران ناپذیری گشته است. تعمیرات چنین سازه هایی بسیار پرخرج می باشند و در صورتی که با مواد مناسب و روش های صحیح صورت نگیرد، مجدد در مدت زمان کوتاهی دچار خرابی می شوند.
در سالیان اخیر خوردگی آرماتورهای فولادی در بتن به عنوان یکی از مهمترین دلایل اصلی خرابی های زودرس در سازه های بتنی به شمار می آِید. در محیط های دریایی نفوذ یون کلر و انتشار آن در بتن عامل اصلی بسیاری از خرابی ها و زوال سازه های بتن آرمه محسوب می شود. لذا دوام و کیفیت پایه پل ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
.
از آنجا که یکی از مهمترین سواحل نمکی جهان در شمال غربی کشورمان واقع شده است، پایش سلامت و پایایی سازه های بتنی واقع در این ناحیه از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. دریاچه ی ارومیه بطور متوسط با 5 و حداکثر 16 متر عمق، یکی از بیست دریاچه ی بزرگ دنیا و دومین دریاچه نمکی دنیا می باشد. اين درياچه حدود ۱۲۷۴ متر از سطح درياهاي آزاد ارتفاع دارد. طول درياچه حدود ۱۴۰ كيلومتر و عرض آن ۲۰ الي ۵۰ كيلومتر متغير مي باشد و محيط آن حدود ۵۰۰ كيلومتر برآورده شده است اما مساحت سطح آب این دریاچه بدلیل شرایط مختلف منطقه نظیر ساخت سد، تبخیرهای سطحی، خشکسالی، مصارف کشاورزی، تامین آب شهری و… در طول زمان های مختلف بین 4750 و 6100 بوده است.
پل دریاچه ارومیه (پل شهید کلانتری) با طول بیش از 1700 متر جزء بزرگترین پل های دریایی ایران و محور اتصال دو استان آذربایجان شرقی و آذربایجان غربی می باشد. با توجه به حجم تردد و اهمیت ارتباطی این پل بررسی سلامت این سازه بعد مدت تقریبا ده سال از شروع عملیات آن از اهمیت بالایی بر خوردار می باشد. شروع عملیات اجرایی در خشکی پل میانگذر دریاچه ارومیه در سال 1382 شروع و پس از پایان این مرحله در سال 1383 شروع عملیات دریایی این پل با مهیا نمودن فضای لازم برای اجرای شمع های این پل پیگیری شد. پایه ها و شمع های این پل از بتن و عرشه از نوع فولادی می باشد.
.
میزان آسیب پذیری سازه های بتنی واقع شده در سواحل به میزان زیادی وابسته به محل قرارگیری نسبت به تراز آب دریا می باشد. از این نظر سازه های بتنی در نزدیکی سواحل را می توان به چهار ناحیه ی اتمسفری، پاششی، جزر و مدی و غوطه وری تقسیم می شود.
در زمینه دوام بتن در محیط های دریایی کار های تحقیقاتی فراوانی انجام شده است، تمامی آنها به این موضوع اشاره دارد که بتن های موجود در نواحی اشاره شده در معرض خوردگی آرماتورها قرار دارند. بسته به ناحیه ی قرار گیری نسبت به تراز آب دریا شدت خوردگی می تواند متغیر باشد. در خلال این تحقیقات دریافته شد که بتن های قرار گرفته در نواحی پاششی و جزر و مدی نسبت به نواحی غوطه وری و اتمسفری مستعد آسیب پذیری بیشتری می باشد. شرایط اقلیمی ذکر شده این پل در معرض هر چهار ناحیه ی اشاره شده قرار دارد.
.
بر اساس تحلیل های سالیانه داده های منطقه حداکثر سرعت باد منطقه 36 می باشد. بادهای موجود در منطقه حاوی یون کلر می باشند و همین امر قطعات فولادی و بتن آرمه پل را مستعد خوردگی در تقابل با یون های کلر و اکسیژن می کند از اینرو مسئله ی پایش سلامت سازه از اهمیت وافری برخوردار می باشد. پدیده ی جزر و مد و پاشش آب دریا یکی مخربترین اثرات وارده به سازه های بتن آرمه و یا در بسیاری از موارد سازه های فولادی می باشد.
تقابل آب دریا با پایه های پل، باعث نفوذ یون های کلر به داخل بتن آرمه می شود و در زمان عدم تقابل، پایه ها در معرض هوا قرار می گیرند و با نفوذ اکسیژن به داخل بتن آرمه و یا سازه های فولادی مناسب ترین شرایط برای خوردگی فراهم می کنند. طبق آمارهای گرفته شده از منابع معتبر میزان شوری آب این دریاچه به 300 رسیده است که این میزان بطور تقریبی 8 برابر میزان متوسط شوری آب اقیانوس ها می باشد. به همین دلیل بررسی و پایش سلامت سازه های موجود در دریاچه به جهت اطمینان از عدم افت مقاومت، اثرات سو محیط بر سازه و … با گذشت زمان ضروری می باشد.
.
پدیده ی نفوذ یون کلر مطابق شکل شماتیک زیر یک فرآیند بسیار کند می باشد و این عمل می تواند چندین سال به طول بینجامد و بتن پل را از درون تخریب کند. تخریب بتن اصولا در اثر پدیده ی خوردگی در اثر افزایش حجم زنگ زدن آهن با ایجاد ترک های داخلی حاصل می شود، و تا مدت ها هیچ گونه اثری بر سطح بتن پدیدار نمی شود. خوردگی در حضور هم زمان یون های اکسیژن و کلر رخ می دهد.
اکسیژن موجود عمدتا از دو طریق تامین می شود:
- آب دریا ها و دریاچه ها با درجات اشباع مختلف همگی حاوی اکسیژن می باشند (در سطوح بالاتر آب این مقدار بیش از سطوح پایین تر می باشد).اما مقدار غلظت این یون ها در سطوح مختلف متفاوت می باشد.
- حفرات موجود در ساختار بتن پل با آب یا هوا پر می شوند.اکسیژن مورد نیاز می تواند از طریق حفرات موجود در ساختار بتن تامین شود.
طبق معادلات خوردگی می توان دریافت که مقدار اکسیژن مورد نیاز جهت شروع پدیده ی خوردگی مقدار بسیار کمی می باشد. با توجه به مطالب گفته شده، خوردگی بتن آرمه را می توان مرگ خاموش سازه های بتنی (پل) نامید.
