الخرسانة سابقة الإجهاد جزيئا (Partial Prestressing Concrete)

من المعروف أن الخرسانة تتحمل قدر كبير من الاجهادات في الضغط ولكن تتضاءل قدرتها في تحمل الاجهادات في الشد، لذلك تظهر الشروخ في المناطق المعرضة لاجهادات الشد بالعناصر الخرسانية تحت تأثير الأحمال. ومن هنا جاءت فكرة سبق الإجهاد للخرسانة (تعرضها المسبق لاجهادات ضغط) لمعادلة اجهادات الشد الناتجة من الأحمال الدائمة والأحمال الحية (DL ; LL) وهذه الفكرة تم استخدامها قديما في عمل عجلات العربات الكارو حيث كان يتم وضع حديد ساخن حول الإطار الخشبي للعجلة وعندما يبرد يتقلص ويحمل بشكل قوي وباجهادات ضغط علي الإطار الخشبي (شكل رقم 1).

ونعرض بداية لأهم الطرق المستخدمة لاجراء سبق الإجهاد بالخرسانة: 1- الشد المسبق (Pre-tensioned) وفيها يتم شد الكابلات (حديد من النوع عالي المقاومة (Prestressed steel) (أولا قبل عملية صب الخرسانة. وتتم هذه العملية عادة في أماكن محددة سلفا حيث يتم شد الكابلات بين دعامتين ثابتتين ثم تضبط الفورم الخرسانية في أماكنها حول الكابلات ويتم صب الخرسانة بعد ذلك مع مراعاة دمكها وهزها جيدا (شكل رقم 2).

بعد أن تتصلد الخرسانة (لا تقل مقاومة الضغط للمكعب الخرساني القياسي عند هذا العمر عن 220كجم/سم2) يتم قطع الكابلات من كل طرف وعندئذ تنتقل اجهادات الضغط الي الخرسانة من الكابلات بخاصية التماسك بينهما (Bond). 2-الشد اللاحق (Post -tensioned) وفي هذه الطريقة يتم شد الكابلات بعد الانتهاء من أعمال صب الخرسانة وتصلدها.

وذلك بوضع اجربة (Ducts) تصنع غالبا من الصاج المعرج بأقطار مناسبة وتوضع في الأماكن المحددة لها داخل الفورم الخرسانية ثم تصب الخرسانة وبعد تصلدها (لا تقل مقاومة الضغط للمكعب الخرساني القياسي عند هذا العمر عن 250كجم/سم2) تسحب الكابلات داخل هذه الاجربة وتجري عملية الشد (شكل رقم 3).

وتتيح هذه الطريقة إمكانية أن يكون مسار الكابلات علي شكل منحنيات والتي تزيد من مقاومة القص للقطاع (Shear strength) كما أنه يمكن استخدامها في العناصر المستمرة (Continuos elements).

ويمكن الحقن حول الكابلات باستخدام مونة أسمنتية وإضافات لتحسين جودتها وتقليل الانكماش وتكون الكابلات في هذه الحالة متماسكة (Bonded Tendons) أو تترك بدون حقن وتكون كابلات غير متماسكة (Unbonded Tendons).

في الطريقتان السابقتان يتم شد الكابلات باستخدام كواريك شد (Hydraulic jacks) وهي أكثر الطرق شيوعا واستخداما في معظم الدول وتسمي بالطريقة الميكانيكية وتوجد بعض الطرق الأخرى مثل الطريقة الكهربية والتي يشيع استخدامها في بعض الدول مثل روسيا وألمانيا وفيها تستطيل الكابلات نتيجة لتسخينها كهربيا وتثبت ثم يتم صب الخرسانة بعد نزول درجة حرارة الكابلات.

وفي الطريقة الكيميائية تجري عملية سبق الإجهاد باستخدام نوع معين من الأسمنت هو الأسمنت المتمدد (Expanded cement) والذي يتمدد بعد الشك محدثا اجهادات شد علي الكابلات وضغط علي الخرسانة ويسمي سبق إجهاد ذاتي (Self prestressing) ويصل التمدد الطولي الحادث في الأسمنت في هذه الحالة من 3-4% وتعتبر غير كافية في الحالات المطلوب فيها درجة عالية من سبق الإجهاد ونسبة كبيرة من الحديد.

وتستخدم هذه الطريقة بكثرة في فرنسا. وفي جميع الحالات السابقة إما أن يكون سبق الإجهاد كاملا (Full prestressing) حيث تتعادل قوي الضغط الناتجة من سبق الإجهاد مع قوي الشد الناتجة من الأحمال الدائمة والحية (DL+LL) وتكون الاجهادات النهائية المؤثرة علي القطاع هي اجهادات ضغط وقد يوجد اجهادات شد علي القطاع ولكن لا تزيد قيمتها عن قيمة معامل التشريخ للخرسانة (Modulus of rupture) ولا يسمح بحدوث شروخ في هذه الحالة (شكل رقم4).

وآما أن يكون سبق الإجهاد جزيئا (Partial prestressing) وفي هذه الحالة تكون قوي الشد الناتجة من الأحمال المؤثرة علي القطاع الدائمة والحية أكبر من قوة الضغط الناتجة من سبق الإجهاد وتكون الاجهادات النهائية المؤثرة علي القطاع هي اجهادات ضغط وشد ويسمح بحدوث شروخ في هذه الحالة (شكل رقم 5) وبالتالي يتم استخدام حديد تسليح بمنطقة الشد بالإضافة الي الحديد سابق الاجهاد (الكابلات).

وقد كانت العناصر الخرسانة سابقة الإجهاد جزئيا (Partial prestressing) في الفترة المؤخرة هدفا للدراسة والبحث بغية الوصول الي طرق محددة في تصميمها وتحليلها ودراسة سلوك تلك العناصر تحت تأثير الأحمال المختلفة وحساب قيم التحدب (deflection) وعرض الشروخ لها بطرق يسهل علي مهندسي التصميم استخدامها. وقد أكدت معظم هذه الدراسات علي أهمية استخدام الخرسانة سابقة الإجهاد جزئيا لما لها مزايا عن الخرسانة المسلحة والخرسانة سابقة الإجهاد كاملا من تحسين للممطولية (Ductility) وزيادة الطاقة الكلية الممتصة وبالتالي تتحسن مقاومة العنصر للأحمال الديناميكية والأحمال المتكررة (Dynamic and repeated loading).