المواد المستخدمة في البناءالحديث:
أدت التطويرات التكنولوجية في القرن العشرين, إلى إستحداث مجموعة جديدة من المواد, مثل اللدائن (البلاستيك), ولكن ربما كان الأهم من ذلك, هو التوسع في الإمكانات الإنشائية لمواد البناء التقليدية, مثل الأخشاب, ومباني الطوب, كما أدت إلى تطوير تقنية إستخدام الفولاذ والباطون, وقد أرسيت قواعدها كعمليات تقنية عصرية في أواخر القرن التاسع عشر.
الباطون المسلح: يصنع الباطون عادة, بخلط الأسمنت مع الرمل, والصخور (الأحجار) ذات الأحجام الصغيرة والماء. ويتحد الأسمنت إتحادا كيميائية مع الماء, لتكوين عجينة ,أسمنتية حول الرمل وكِسَر الصخور. وبالرغم من إستخدام خلطات تشبه الإسمنت, خلال العصر نتيجة التجارب التي قام بها "جوزف أسيجن" عام 1824, وإنتهت بتسجيله حق إختراع أنواع جديدة, أمكنه إنتاجها من حرق الحجر الجيري والطفل (معا) في الموقد الخاص بمطبخه (الأسمنت البورتلاندي). ويستخدم الباطون حاليا, بكميات ضخمة تزيد كثيرا على الكميات المستهلكة من أية مادة إنشائية أخرى. ونتيجة لذلك, أصبحت صناعة الأسمنت, واحدة من الصناعات العظمى في العالم. وتشبه الخواص الإنشائية للباطون, مثيلتها للبناء الحجري, وتتميز بمقاومتها المرتفعة للضغط, ولكن تتوقف على المباني الحجرية, بقابليتها للتشكل بالصب في قوالب معدة, حتى تكون أرضيات, أو عوارض, أو أعمدة, أو هياكل ذات هيئة غلافية (تحيط بحيز معين).
وللباطون متانة ضعيفة لمقاومة إجهاد الشد, لذلك يراعى تسليحه بقضبان الفولاذ…, عند المواضع المعرضة لهذا النوع من الإجهادات. ويعد الباطون المسلح, مادة مركبة من الباطون, الذي يقام إجهادات الضغط, والتسليح الفولاذي, الذي يقاوم اجهادات الشد, ويحد من عرض الشروخ التي يمكن أن تحدث في الباطون, بتأثير الأحمال المنخفضة نسبيا. ولقد ساعد تسليح الباطون, على إمكان التوصل إلى عديد من التصميمات, حتى ساد إستخدام المنشآت المصنوعة من الباطون المسلح, منذ أواخر القرن التاسع عشر, لتشيد الأبنية الصناعية التجارية, في كل من أوروبا الولايات المتحدة الأمريكية.
ثم أصبح أسلوب التقني للباطون ذي الإجهاد المسبق, متاحا في الثلاثينات من القرن الحالي. ويرجع الفضل في التوصل إليه, إلى الجهود الرائدة التي بذلها المهندس الفرنسي "أوجين فرينية" (1879 ـ 1962).
ويتألف الإجهاد المسبق, من توليد حالة من ألإنضغاط في الباطون بواسطة قضبان فولاذية ذات متانة شد عالية, بحيث تتم موازنة أي إجهاد شد, يمكن أن ينشا نتيجة التحميل المتعاقب على العضو المنشأ مع الإنضغاط المبدئي. ويعني ذلك, إنتفاء ظهور الشدوخ في الباطون نهائيا, وإمكانية تجنب حدوث التآكل في قضبان التسليح, نتيجة تخلل الرطوبة للباطون. كما يساعد الإجهاد المسبق, على مرونة تصنيع العضو المنشأ من سلسلة من القطاعات الصغيرة, وتعريضها جميعا للإجهاد.
وتتشابه القاعدة الأساسية لذلك, مع فكرة العقد المنشأ من النبات جزئية, وهو منشأ ذاتي الإجهاد, ولكن الميزة الحقيقية للإجهاد المسبق, تكمن في إمكانية تطبيقية على نحو مستقيم, مثل العارضة.
الفولاذ (الصلب): عندما أشرف القرن التاسع عشر على الإنتاج, كان الفولاذ قد أصبح مادة هامة من المواد الإنشاء. وكانت قطاعات الفولاذ المفتولة, متاحة بكميات كافية, كما كان الأسلوب التقني لربط الأعضاء الإنشائية بواسطة مسامير الرباط, أو مسامير البرشام, قد قطع شوطا كبيرا في طريق التقدم. وتم إحراز تقدم هام آخر خلال الحرب العالمية الأولى, بإستحداث الطريقة النمطية لوصل الأعضاء الفولاذية, وهي اللحاء بالقوس الكهربائية بين قضيب معدني (الإلكترود), وبين العضوين المراد لحامهما معا.
فينصهر الإلكترود المعدني, عند كلا طرفي القوس, يتركب المعدن المنصهر, ليملأ الوصلة على مدى سلسلة متتالية من الطبقات. ويستخدم هذا الأسلوب التقني على نطاق واسع, في إنشاء الأبنية الحديثة, والجسور المصنوعة من الفولاذ, نظرا لصغر حجم الوصلة, وتفوقها على الوصل بمسامير البشام, أو مسامير الرباط. ويعد الفعل المركب لكل من العوارض الفولاذية, وبلاطات الأرضية المصنوعة من الباطون المسلح, تطورا آخر, حيث يتم لحام المشابك عند الشفة العليا للعوارض الفولاذية, ضمنا لترابط الصحيح بين المادتين.
الأخشاب: يعتبر الخشب واحد من أقدم المواد التي إستخدمت في عمليات البناء, ولكن التطويرات الحديثة في هندسة الأخشاب, أتاحت لها موضعا وسط مواد البناء الحديثة. ومن التطويرات ذات الأهمية الخاصة في هذا المجال, إستحداث المواد المكثفة للخشب المضغوط, في إنشاء الجدران الخاصة بالأبنية. ويتألف الخشب المضغوط, من رقائق, يتم إنتاجها على هيئة قشرات, تقطع من جذور الأشجار, ثم تلحم مع بعضها بعضا بالغرام اللاصق تحت ضغط, بحيث يكون إتجاه الألياف في كل طبقة, متعامدا مع إتجاه في الطبقة اللاصقة. وتتوقف متانة الخشب على إتجاه إجهاده, إذ تنخفض متانته, عندما يؤثر الإجهاد عموديا في إتجاه الألياف, عن متانته عندما يؤثر الإجهاد موازيا لإتجاه الألياف, عن متانته عندما يؤثر الإجهاد موازيا لإتجاه الألياف.
ويضمن إستخدام الخشب المضغوط, الذي تكون طبقاته متعامدة مع بعضها بعضا بالتبادل, الحصول على مادة ذات متانة منتظمة, وثبات في الأبعاد. ونتيجة للأبعاد المحدودة للقطاعات الخشبية المتوافرة عادة في الأسواق, كان إستخدام المواد اللاصقة أمرا حتيما في صناعة العوارض الصفيحية, التي تتألف من عدد من الطبقات ذات القطاع الرقيق نسبيا, والتي تلحم مع بعضها بعضا بالغراء, تحت ضغط, وذلك بالإضافة إلى التطويرات الهامة التي طرأت على الأساليب التقنية للوصول بالمسامير العادية, أو بالمسامير الرباط, والإستعانة بالمستنبطات الخاصة بالتوصيل. وتتميز قطاعات الإنشائية الخشبية بخفة وزنها, إذ تبلغ كثافة الخشب 1/ 5 كثافة الباطون, 1/ 16 من كثافة الفولاذ.
المواد السيراميكية: تمثل صناعة الطوب, القسم الأعظم من الصناعات الإنشائية السيراميكية. وقد مرت هذه المادة التقليدية من مواد – شأنها في ذلك شأن الأخشاب – بتغييرات كبيرة, فيما يتعلق بطريقة صناعتها, وأسلوب تناولها, وكيفية وضعها في المباني, وقدرتها على مقاومة الأحمال. وتستخدم مباني الطوب بمثابة وسط لمقاومة أحمال الضغط في الأعمدة والجدران. وقد ساعدت الدراسات التفصيلية عن قوة تحمل مباني الطوب, في إمكانية إنشاء أبنية بإرتفاع 18 طبقة, من طوب رقيق لا يتجاوز 38سم عند مستوى الأرضية. وأمكن الأستفادة في التصميمات الحديثة, من تأثير مباني الطوب في تدعيم الهيكل الفولاذي والأسمنتي, وكذلك الفعل المتبادل بين الجدران والعوارض الحاملة.
وقد أرسيت قواعد لتصميم المباني المسلحة, شبيهة بالمبادئ الأساسية الخاصة بالباطون المسلح, حتى تتمكن المباني من مقاومة كل من إجهادات الشد والضغط. وقد جرت العادة, على إعتبار مباني الطوب, مادة مقاومة للضغط, ولكن بعد تزويدها بالتسليح الكافي, يمكن إستخدامها في أغراض تشبه أغراض إستخدام الباطون.
الألومنيوم: يكون الألومنيوم, في صورته النقية تجاريا, فلزا لينا, لدنا, ولكن يمكن زيادة متانته بإضافة عناصر سبكية إليه, حتى يصبح ملائما للإستخدام في التطبيقات الإنشائية, وعلى النقيض من الفولاذ, يكون الألومنيوم شديد الإحتمال ضد عوامل الزمن, نتيجة طبقة الأكسيد الرقيقة التي تتكون تلقائيا على سطحه, وتمثل عاتقا أمام إستمرار التأكسد. وتبلغ كثافة الألومنيوم 1/3كثافة فولاذ, ولكن مقاومته للتشوه, تقل عن مقاومة الفولاذ كثيرا. ويصل الإنحناء في هيكل مصنوع من الألومنيوم, إلى ثلاثة أضعاف الإنحناء الحارث في هيكل مماثل من الفولاذ, معرض للأثقال ذاتها. ولهذا السبب, ف‘نه إلى جانب إرتفاع التكلفة لإنشاء هياكل من الألومنيوم – بالنسبة إلى غيره من المواد الإنشائية – أصبح مجال التطبيقات الإنشائية للألومنيوم محدودا, بإستثناء الحالات التي تكون فيها الإستفادة, من الوزن الخفيف نسبيا له, أمرا حيويا. وتتوافر القطاعات الإنشائية للألومنيوم, على هيئة مشابهة لقطاعات الفولاذ.
اللدائن: يتم إنتاج اللدائن من المواد طبيعية أصلا, مثل الفحم الحجري, والهواء, والماء, والنفط, عن طريق عمليات كيميائية معقدة. ونتيجة التركيب التوليفي للدائن, يمكن إنتاج بعض أنواع بخواص متبانية, ولكن اللدائن – على وجه العموم – تحتاج إلى تسليح, بأنواع مختلف من الألياف أو غيرها من المواد, حتى تصلح للإستخدام في الأغراض الإنشائية. ويعتبر البوليستر المدعم بالزجاج, أكثر هذه الأنواع شيوعا, وبإستطاعته مقاومة الإجهادات المرتفعة لكل من الشد والضغط. وتتميز هذه المادة, بأماكنية تشكيلها بسهولة ويسر, على هيئة عناصر مطرية, أو منحنية, لتلقي الأحمال الواقعة عليها. ولكن يعيب اللدائن, إنخفاض صلابتها, لذلك تراعى هذه الخاصة, عند إستخدام اللدائن في الأغراض الإنشائية, بحيث يتم إختيار الشكل الملائم للمنشأ, للتغلب على هذا العيب. وما زال إستخدام اللدائن المدعمة بألياف الكربون يحقق تقدما ملموسا ولكن هناك عددا من التطبيقات الإنشائية للجدران المركبة, يصلح إستخدام اللدائن فيها, حيث يتألف الجدران من طبقتين خارجتين, يتم إنشاؤها من المادة قوية, وبداخلها طبقة عازلة من مادة خفيفة الوزن. ومن التطبيقات الهامة الأخرى, إستخدام اللدائن في الهياكل المدعمة ضد الرياح, (مثل القباب المنفوخة بالهواء), التي تتخذ شكلا ثابتا, عن طريق الإحتفاظ بفرق صغير في ضغط الهواء بين سطحها الخارجي والداخلي, بواسطة تمرين تيار من الهواء بضغط منخفض بين السطحين من المروحة.
رد مع اقتباس