چالش اصلی دیوارهای غیرسازه‌ای ساختمان در هنگام زلزله، اعمال نیروهای جانبی برون صفحه به دیوار است. وال مش با افزایش مقاومت خمشی دیوار، استحکام آن را در برابر نیروهای برون صفحه افزایش می‌دهد. میزان مقاوم‌سازی دیوار بر اساس روابط موجود در آیین‌نامه‌ها و با انجام محاسبات فنی بدست می‌آید. با این حال یک راه مناسب برای بررسی صحت محاسبات و سنجش عملکرد واقعی وال مش در برابر نیروهای برون صفحه، انجام یک تست میدانی روی یک دیوار با ابعاد واقعی است.
آزمون میدانی وال مش: چرا و چگونه؟
وال مش همواره با محاسبات فنی و بر اساس روابط موجود در آیین‌نامه‌ها طراحی شده و مورد استفاده قرار گرفته است. محاسباتی که به ما این اطمینان را می‌دادند که در زمان وقوع زلزله مقاومت دیوارهای غیرسازه‌ای ساختمان از میزان لنگر خمشی وارد شده به آن بیشتر بوده و پایداری دیوار حفظ می‌شود. با این حال انجام یک تست میدانی روی یک دیوار با ابعاد واقعی که با والمش تقویت شده است، علاوه بر آن که صحت محاسبات فنی والمش را می‌سنجد، موجب بهبود درک مکانیسم عملکرد والمش در تقویت دیوار غیرسازه‌ای در برابر نیروی برون صفحه می‌شود. در همین راستا تصمیم گرفته شد تا با انجام یک آزمون تجربی و میدانی، رفتار خارج از صفحه دیوارهای بنایی تقویت شده با والمش بررسی شود. هدف اصلی این آزمون، تحلیل و ارزیابی اثربخشی سیستم والمش است. در این آزمون علاوه بر ظرفیت دیوار مقاوم‌سازی شده در برابر نیروی خارج از صفحه، حالت شکست دیوار تحت این نیرو نیز بررسی می‌گردد.
به منظور طراحی آزمون مورد نظر، پژوهش‌های صورت گرفته در این زمینه مورد مطالعه قرار گرفت. در این میان آزمایشی در آیین‌نامه ACI 549 بررسی شده است که در آن یک دیوار در مقیاس واقعی توسط چند جک هیدرولیکی تحت بار خارج از صفحه قرار می‌گیرد. با بهره‌گیری از روش استفاده شده در سایر پژوهش‌ها و آزمون معرفی شده در ACI 549، یک روش ساده شده توسط کارشناسان والمش طراحی شد. در این روش، به وسیله یک جک هیدرولیکی نیروی خارج از صفحه به دیوار و در وسط آن اعمال می‌شود. به کمک سیستم خرپایی که در شکل قابل مشاهده است، معادل نیرویی که به دیوار وارد شده به ترازوی دیجیتال نیز وارد می‌شود. بنابراین نیرویی که جک در هر لحظه به دیوار وارد می‌کند از روی ترازوی دیجیتال قابل مشاهده است.
فرضیات و پیش‌بینی نتایج آزمون
آزمون میدانی والمش روی یک دیوار ساخته شده از بلوک سیمانی به ضخامت 10 سانتی‌متر انجام شد. ارتفاع دیوار 3 متر و عرض آن 2 متر در نظر گرفته شد. همچنین این دیوار با 3 نوار 25 سانتی‌متری والمش تقویت شد. فرضیات اولیه این آزمون به طور کامل در جدول زیر آمده است. با استفاده از رابطه 4-1 استاندارد 2800 نیرویی که هنگام زلزله به دیوار وارد می‌شود قابل محاسبه است. همچنین با استفاده از روابط موجود در ضابطه 714 می‌توان پیش‌بینی کرد که دیوار در این آزمون تا چه نیرویی را تحمل خواهد کرد. در ادامه محاسبات و پیش‌بینی‌ها انجام شده است.
مطابق محاسبات بالا، برای یک دیوار با بلوک سیمانی به ضخامت 10 سانتی‌متر، در شرایطی که دیوار در طبقه آخر ساختمان باشد (بیشترین نیروی زلزله) و ساختمان در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد واقع شده و نوع خاک ساختمان از نوع 3 باشد، انتظار می‌رود در هنگام زلزله 46 کیلوگرم بر هر مترمربع دیوار نیرو وارد شود. به طور تقریبی می‌توان گفت یک مترمربع دیوار باید 50 کیلوگرم نیرو را تحمل کند. با توجه به این که مساحت دیوار مورد نظر 6 مترمربع است، دیوار باید حداقل 300 کیلوگرم نیرو را تحمل کند.
با استفاده از رابطه 12-11 ضابطه 714 می‌توان ظرفیت دیوار در تحمل نیروی برون صفحه را نیز محاسبه کرد.
مطابق محاسبات بالا مقاومت یک متر طول دیوار 103 کیلوگرم متر است. با توجه به این که طول دیوار 2 متر است بنابراین انتظار می‌رود دیوار بتواند تا 206 کیلوگرم متر لنگر را تحمل کند.
حالات شکست مورد انتظار
شکست دیوار در این آزمایش می‌تواند در حالات مختلفی رخ دهد. ایده‌آل آن است که حالت شکست دیوار با گسیختگی نوارهای وال مش رخ دهد. فرض آزمون نیز این است که همین حالت شکست رخ می‌دهد. پیش‌بینی می‌شود دیوار مورد نظر حداقل 300 کیلوگرم نیرو را تحمل کند و با افزایش نیروی جک، با گسیختگی نوارهای والمش دیوار دچار شکست شود. در این حالت از تمام ظرفیت وال مش استفاده شده است. در صورتی که پلاستر چسبندگی مناسبی به دیوار نداشته باشد، پیش از آن که نوارهای وال مش به حد تسلیم خود برسند نوار از دیوار جدا شده (اصطلاحاً دچار پدیده debonding می‌شود) و از مدار باربری خارج می‌شود. همچنین اگر اتصال بین پلاستر و مش به خوبی صورت نگرفته باشد مش از داخل پلاستر می‌لغزد و نوار والمش به اصطلاح دچار شکست لایه‌ای می‌شود. بنابراین کیفیت مصالح پلاستر و اجرای آن به طور قابل توجهی در عملکرد سامانه والمش تاثیرگذار خواهد بود.
ممکن است شکست دیوار به واسطه خرد شدن بلوک‌ها رخ دهد. در این حالت قبل از این که نوارهای وال مش به حد گسیختگی خود برسند کرنش بیش از حد بلوک‌های دیوار موجب خرد شدن آن‌ها شده و دیوار دچار شکست می‌شود. اگر از بلوک‌های ترد و شکننده (مانند بلوک سفالی) استفاده شود ممکن است این حالت رخ دهد. دیگر حالتی که ممکن است رخ دهد شکست اتصال نبشی‌های منقطع بالای دیوار و واژگونی کامل دیوار است. این حالت نشان دهنده عدم کفایت اتصال نبشی‌ها است. با توجه به استحکام بالای چسب اپوکسی وال مش و اجرای باکیفیت اتصال نبشی پیش‌بینی می‌شود نبشی‌ها به خوبی عمل کرده و مانع واژگونی دیوار شوند.
نتایج آزمون میدانی وال مش
آزمون میدانی وال مش با اعمال نیروی جک هیدرولیکی شروع شد و افزایش نیرو تا جایی ادامه پیدا کرد که دیوار دچار شکست شود. مطابق انتظار وقتی ترازو عدد 300 کیلوگرم را نشان می‌داد دیوار بدون هیچ آسیبی پایداری خود را حفظ کرده بود. نیروی جک هیدرولیکی همچنان افزایش یافت و در نهایت روی عدد 450 کیلوگرم نوارهای والمش دچار گسیختگی شدند. با توجه به این که دیوار در مرکز خود بار متمرکز 450 کیلوگرم را تحمل نموده است، با فرض دیوار به شکل یک تیر ساده دو سر مفصل و با انجام محاسبات ساده‌ای می‌توان مقاومت خمشی دیوار را محاسبه نمود و با مقاومت خمشی 206 کیلوگرم متر که در بخش قبلی پیش‌بینی شد مقایسه کرد.
مطابق رابطه بالا در شرایط واقعی مقاومت خمشی دیوار 337 کیلوگرم متر بوده و بیش از 1.5 برابر پیش‌بینی ما دیوار از خود مقاومت نشان داده است. دلیل این اختلاف این است که ما در محاسبات و پیش‌بینی خود تنها مقاومت ناشی از نوارهای وال مش را در نظر گرفتیم در حالی که خود دیوار نیز به تنهایی دارای مقاومت خمشی است.
همانطور که در تصاویر نیز قابل مشاهده است مطابق انتظار شکست دیوار با گسیختگی نوارهای وال مش رخ داده است. از این مسئله 3 موضوع زیر قابل نتیجه‌گیری است:
- چسبندگی پلاستر ویژه وال مش به دیوار زیرینش بسیار مناسب است و کامپوزیت تا انتهای آزمون از مدار باربری خارج نشده است. همچنین اتصال بین پلاستر و مش نیز مناسب بوده و کامپوزیت دچار شکست لایه‌ای نشده است.
- بلوک مورد استفاده به اندازه کافی شکل‌پذیر است. بهتر است تا حد امکان از بلوک‌های ترد و شکننده در دیوارچینی استفاده نشود.
- اتصال نبشی با چسب اپوکسی وال مش بسیار مناسب عمل کرده و به خوبی مانع واژگونی دیوار شده است.
سخن پایانی
تست‌های کارگاهی و آزمون‌های میدانی به ما کمک می‌کنند علاوه بر این که بین ظرفیت‌های محاسبه شده در روابط با ظرفیت واقعی مقایسه مناسبی انجام دهیم، درک بهتری از عملکرد سیستم مورد نظرمان نیز پیدا کنیم. آزمون میدانی وال مش نشان داد ظرفیت مقاومت دیوار در برابر نیروی برون صفحه زلزله از آن چه که در محاسبات نیز بدست می‌آید بیشتر است و دیوار در بدترین شرایط لرزه‌خیزی نیز به خوبی در برابر نیروی برون صفحه زلزله پایداری خود را حفظ می‌کند.
