مواد مورد استفاده در ساخت پل

مواد مورد استفاده در ساخت پل کدام هستند؟
سنگ، چوب، بتن و فولاد، چهار ماده مرسوم مورد استفاده در ساخت پل هستند. چوب و سنگ از اولین مواد به کار رفته در ساخت پل محسوب می شوند.

مهم ترین دلیل استفاده از این مواد در زمان های قدیم، دسترسی آسان به آن ها در طبیعت بود. بعدها از آجر به عنوان یک ماده فرعی برای ساخت پل های سنگی استفاده شد.

با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی ساخت پل، گزینه های بیشتری پیش روی طراحان قرار گرفت. بتن و فولاد از مواد مصنوعی ساخته شده توسط انسان هستند.

استفاده از این مواد مصنوعی در ساخت پل، به عنوان دومین دوره در مهندسی پل و شروع تکنولوژی جدید پل سازی در نظر گرفته می شود.

امروزه علاوه بر بتن و فولاد، ساخت پل های جدید با استفاده از ترکیب مواد مختلف یا مواد ترکیبی صورت می گیرد. در ادامه، مواد مورد استفاده در ساخت پل ها را مورد بررسی قرار می دهیم.

سنگ:
سنگ، یکی از اولین موادی به شمار می رود که برای ساخت پل مورد استفاده قرار گرفته است. در طول تاریخ، این ماده تنها به شکل قوسی در ساخت پل به کار رفته است؛ چراکه سازه های قوسی مقاومت فشاری بالاتری را تحمل می کنند.

استفاده از سنگ، امکان ساخت پل های زیبا و بادوام را برای مهندسان فراهم کرد. دوام بالا و نیاز به تعمیر و نگهداری کم باعث اثبات کارآمدی و صرفه اقتصادی پل های سنگی در دوره های مختلف شد.

چوب:
در گذشته، مواد چوبی کاربرد بسیار گسترده ای در ساخت پل ها داشتند. در آن دوران، از چوب برای ساخت پل های کوچک (پیاده روها) با ظرفیت باربری پایین استفاده می شد.

از مزایای چوب می توان به سختی بالا، دسترسی آسان، هزینه پایین، سبکی و سازگاری با محیط زیست اشاره کرد.

معایبی نظیر تنوع بسیار زیاد (خواص متفاوت)، آسیب پذیری در برابر حشرات (موریانه، سوسک، کرم و غیره)، احتمال پوسیدگی، ضعف در برابر دماهای بالا و مقاومت کششی پایین باعث کاربرد محدود چوب در ساخت پل های امروزی شده است.

امروزه از چوب های ورقه ای در تیر و قوس پل ها استفاده می شود.

‏ فولاد:
شروع استفاده از فلزات در ساخت پل ها به دوران انقلاب صنعتی بازمی گردد. در آن زمان از آهن یا چدن در ساخت پل ها استفاده می شد.

آهن و چدن دارای مقاومت فشاری بالا و مقاومت کششی پایین هستند. مقاومت کششی پایین این مواد منجر به ساخت آلیاژی از آهن، کربن و دیگر فلزات شد که به آن فولاد گفته می شود. فولاد مقاومت فشاری و کششی بالایی نسبت به مواد دیگر دارد.

این موضوع، استفاده از آن را برای ساخت پل مناسب می کند. فولاد مورد استفاده در ساخت و سازهای معمولی، 10 برابر مقاوم تر از بتن است.

شکل پذیری فولاد، مهم ترین ویژگی ذاتی آن برای ساخت پل ها به شمار می رود. این ویژگی مهم باعث می شود که پیش از شکست کامل، مقداری تغییرشکل در سازه رخ دهد.

خواص فولاد، به ترکیب شیمیایی و روش ساخت آن بستگی دارد. موارد زیر مهم ترین خواص فولاد هستند که برای ساخت پل در نظر گرفته می شوند:

• مقاومت.
• سختی (چقرمگی).
• شکل پذیری.
• دوام.
• قابلیت جوش پذیری.

منظور از مقاومت فولاد، مقاومت کششی و مقاومت تسلیم آن است. به دلیل طراحی اکثر سازه های فولادی برای عملکرد در شرایط الاستیک، دانستن مقاومت تسلیم اهمیت بالایی پیدا می کند.

مقدار این مقاومت معمولا در دستورالعمل های طراحی آورده می شود. شکل پذیری فولاد برای طراحی اتصالات و نحوه توزیع تنش در مراحل نهایی شکست اهمیت دارد.

علاوه بر این موارد، مقاومت فولاد در برابر هوازدگی نیز در حین طراحی مد نظر قرار داده می شود.

بتن:
بتن، ماده اصلی به کار رفته در ساخت اکثر پل های جدید است. این ماده با وجود بهره مندی از مقاومت فشاری بالا، مقاومت کششی پایینی دارد.

البته مشکل پایین بودن مقاومت کششی بتن با ظهور سازه های بتن مسلح کاملا برطرف شده است. مدول الاستیسیته بتن در تنش های پایین به سمت مقادیر ثابت میل می کند.

این مسئله می تواند زمینه ساز تشکیل و گسترش ترک در سازه های بتنی شود. انبساط حرارتی، آب رفتگی و خزش در تنش های بالا از دیگر مسائلی که امکان رخ دادن آن ها در سازه های بتنی وجود دارد.

رفتار مکانیکی بتن بر اساس مقاومت فشاری آن مشخص می شود. معمولا بتن مسلح یا پیش تنیده در ساخت پل مورد استفاده قرار می گیرد. آرماتورهای موجود در این نوع بتن، ویژگی شکل پذیری سازه را افزایش می دهند.

علاوه بر این، امروزه استفاده از این آرماتورها به عنوان الزامی برای مقاومت پل در برابر زلزله در نظر گرفته می شود.

در مجموع، بتن پیش تنیده نسبت به بتن مسلح کاربرد و رواج بیشتری برای ساخت پل دارد؛ چراکه بتن پیش تنیده، معایب عمده بتن مسلح نظیر محدودیت در مقاومت، سنگینی سازه و دشوار بودن ساخت و ساز را برطرف کرده است.

کامپوزیت:
مواد کامپوزیتی به عنوان یک گزینه مناسب برای ساخت پل های جدید و همچنین ترمیم پل های قدیمی مورد استفاده قرار می گیرند.

به عنوان مثال، فیبرهای پلیمری تقویت شده دارای وزن کم، دوام بالا، مقاومت خوب و شکل پذیری مناسب هستند. مواد کامپوزیتی علاوه بر داشتن مزیت های مواد دیگر، معایب آن ها را نیز برطرف کرده اند.