بتن یکی از پرکاربردترین و رایج‌ترین مصالح ساختمانی است. از این متریال در پی‌ریزی ساختمان‌ها و بناها گرفته تا ساخت سازه‌های کوچک و بزرگ به صورت تک استفاده می‌شود. بتن یکی از مصالحی است که برای شکل‌گیری و به دست آوردن استحکام نیاز به قالب‌گیری دارد. سازه‌هایی که برای قالب‌گیری بتن به کار می‌روند، بسیار متنوع و گوناگون هستند. یکی از انواع این قالب‌ها، قالب موج شکن است. این قالب‌های فلزی و فولادی برای شکل‌دهی به بتن برای ساخت موج‌شکن بتنی و یا تتراپاد به کار می‌رود. در این مقاله قصد داریم تا درباره موج‌شکن و یا تتراپاد اطلاعات بیشتری کسب کنیم و بدانیم مزیت ساخت آن با بتن چیست. در ادامه نیز با ویژگی‌ها و مشخصات قالب موج شکن بیشتر آشنا خواهیم شد.
تتراپاد یا موج شکن چیست؟
موج شکن بتنی و یا تتراپاد بتنی نوعی سازه در مهندسی سواحل هستند که برای جلوگیری از فرسایش ناشی از آب دریا و هوا و رانش طولانی ساحل و بیشتر برای تقویت سازه‌های ساحلی مانند دیواره‌های دریایی و موج شکن‌ها استفاده می‌شوند. این سازه‌ها از بتن ساخته شده‌اند و شکلی چهار ضلعی و یا چهار وجهی دارند تا نیروی امواج وارد شده به ساحل را مدیریت نمایند. این سازه‌ها نیروی وارد شده از طرف موج‌ها را کنترل کرده و از حالت مستقیم، به اطراف پخش می‌کنند.
این نوع از موج شکن با فقل شدن در هم اثرات جابجایی نیروی موج را نیز را کاهش می‌دهند. این نوع سازه دریایی موج شکن در ابتدا در سال 1950 توسط پیر دانل و پل آنگلس در فرانسه عرضه شد که برای این طرح ثبت اختراع دریافت نمود. نام این سازه از دو کلمه یونانی tetra، به معنی چهار و pode به معنی پا، مشتق شده است که اشاره‌ای به شکل چهار وجهی آن است. تتراپاد بتنی برای اولین بار در نیروگاه حرارتی در Roches Noires در کازابلانکای مراکش، برای محافظت از ورودی آب دریا استفاده شدند.
این نوع از موج‌شکن در سراسر جهان، به ویژه در کشور ژاپن محبوب هستند. تخمین زده می شود که نزدیک به 50 درصد از 35000 کیلومتر خط ساحلی ژاپن، تحت پوشش تتراپاد و سایر سازه‌های بتنی قرار گرفته یا به نوعی تغییر یافته است. قالب موج شکن نوعی قالب برای بتن ریزی این موج شکن‌ها است که معمولا از جنس فولاد ضدزنگ تهیه شده و برای قالب‌گیری تتراپادها به کار می‌رود.
ساخت موج‌شکن با استفاده از بتن، چه مزایایی دارد؟
در بین تمامی مصالح ساختمانی مورد استفاده در دنیا، بتن به دلیل مزایای منحصر به فرد خود در مقایسه با سایر مصالح، بیشترین کاربرد را دارد. در ادامه به مزیت‌های عمده بتن برای ساخت انواع سازه‌ها از جمله موج‌شکن اشاره می‌کنیم:
1. بتن اقتصادی است
در مقایسه با مواد سیمانی مهندسی شده که برای ساخت و ساز استفاده می‌شود، هزینه تولید بتن سیمانی بسیار پایین است. این متریال در مقایسه با فولاد، پلیمرها و سایر مصالح ساختمانی، ارزان‌تر بوده و به طور گسترده در سراسر جهان در دسترس است. مواد تشکیل دهنده اصلی بتن، سیمان، آب و سنگدانه‌ها است که همه به راحتی در بازارهای محلی و با هزینه کم در دسترس هستند.
2. بتن در دمای محیط سخت می‌شود
بتن در دمای معمولی یا دمای محیط، استحکام خود را به دست می‌آورد. این موضوع به این دلیل است که سیمان یک ماده معدنی با دمای پایین است. بنابراین بتن را می‌توان بدون توجه به شرایط آب و هوایی و محیط استفاده کرد و در صورت نیاز با مواد افزودنی، بهینه سازی کرد.
3. قالب‌گیری آسان
بتن تازه حالت مایع دارد و از این رو می‌توان آن را در قالب‌های مختلف مانند قالب موج شکن و یا هر نوع قالب دیگری با پیکربندی‌های گوناگون ریخت تا شکل‌ها و اندازه‌های دلخواه را در محل ساخت و ساز ایجاد کند. بتن را می‌توان با تنظیم مخلوط به اشکال و پیکربندی‌های پیچیده درآورد .
4. بهره‌وری انرژی در تولید
مقدار انرژی مورد نیاز برای تولید بتن در مقایسه با فولاد کم است. برای بتن سیمانی ساده تنها 450-750 کیلو وات ساعت در تن انرژی مورد نیاز است و بتن مسلح نیز 800-3200 کیلو وات ساعت در تن انرژی نیاز دارد. تولید فولاد سازه‌ای به 8000 کیلو وات ساعت در تن یا بیشتر نیاز دارد که تقریباً 3 تا 10 برابر مصرف انرژی برای بتن است.
5. مقاومت در برابر درجه حرارت بالا
بتن بهتر از چوب و فولاد در برابر حرارت بالا مقاومت می‌کند . هیدرات سیلیکات کلسیم یا CSH، که چسب اصلی در بتن است، می تواند تا 910 درجه سانتیگراد مقاومت کند. بتن می تواند 2 تا 6 ساعت گرما را تحمل کند و زمان کافی را برای عملیات نجات در صورت آتش سوزی فراهم می کند.
6. قابلیت بازیافت
بسیاری از ضایعات صنعتی را می‌توان به عنوان جایگزینی برای سیمان یا سنگدانه بازیافت کرد. برخی مواد بازیافتی صنعتی شامل خاکستر، سرباره که به عنوان GGBFS شناخته می‌شود یا سرباره کوره بلند دانه‌بندی شده، شیشه بازیافتی و حتی تایرهای وسایل نقلیه زمینی در بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین تولید بتن با استفاده کردن از برخی از این مواد بازیافتی صنعتی می‌تواند اثرات زیست محیطی ناشی از زباله‌های صنعتی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. استفاده از این ضایعات باعث بهبود خواص بتن نیز می‌شود و در نتیجه کیفیت سازه به خطر نمی‌افتد.
7. کاربرد در بتن مسلح
بتن دارای ضریب انبساط حرارتی قابل مقایسه با فولاد است. بتن در محیط‌های خورنده مانند آب دریا و یا هوای آلوده به دلیل وجود CH و سایر مواد قلیایی، از فولاد محافظت می‌کند. علاوه بر این، بتن به مقاومت فشاری اعضا و سازه‌های بتن مسلح کمک می‌کند.
8. مقاومت عالی در برابر آب
اگرچه مواد شیمیایی موجود در آب، در اثر گذشت زمان می‌تواند باعث ایجاد خوردگی در بتن و بتن مسلح شود، در مقایسه با چوب و فولاد، بتن می‌تواند در آب بدون تخریب جدی دوام بیاورد. با توجه به این خاصیت، برای کاربردهای ساحلی و زیر آب مانند سازه‌های ساختمانی، خطوط لوله، سدها، کانال‌ها، پوشش‌ها و سازه‌های اسکله ایده‌آل است. بتن به همین دلیل برای ساخت سازه‌هایی مانند موج شکن تتراپاد با استفاده از قالب موج شکن، کاملا مناسب است.
9. بتن نیاز به تعمیر و یا نگهداری پیچیده‌ای ندارد
سازه‌های بتنی در مقایسه با سازه‌های فولادی یا چوبی که تخریب، زنگ زدن و اکسید شدن در آنها اجتناب ناپذیر است، برای کاربردهای معمولی به عنوان محافظت در برابر هوازدگی، نیازی به پوشش یا رنگ آمیزی ندارند. پوشش متریال‌هایی مانند چوب و فولاد حتی فولاد گالوانیزه باید به طور معمول تعویض و بازسازی شود. به همین دلیل هزینه نگهداری بتن بسیار کمتر از فولاد یا چوب برآورد می‌شود.
10. استفاده به روش‌های گوناگون
یکی از مزیت‌های مهم بتن، قابلیت استفاده در روش‌های کاربردی مختلف است. بتن را می‌توان به صورت دستی و غیر مکانیزه استفاده نمود، یا به صورت مکانیزه در حجم‌های بالا. همچنین بتن را می‌توان به روش پمپاژ، پاشش، دوغاب و … مورد استفاده قرار داد و در قالب ریخت.
کاربرد موج شکن و یا تتراپاد چیست؟
پیمانکاران و طراحان در منطقه حفاظتی ساحلی ممکن است با شرایط چالش برانگیزی روبرو شوند. یکی از این چالش‌ها مدیریت انرژی موج‌های دریا در برابر سازه‌های ساحلی و یا تجهیزات موجود در ساحل است. این ساختارها به کنترل امواج و جلوگیری از آسیب آنها به ساحل کمک کرده و نیز منظره و نمایی جذاب به نواحی ساحلی می‌دهد. استفاده از راه حل‌های فنی و همچنین موادی که در برابر قرار گرفتن طولانی مدت در معرض تاثیر شرایط محیطی سخت مقاومت باشند، ضروری است. یکی از این مواد که مقاومت خوبی در برابر خوردگی و شرایط سخت محیطی و آب و هوایی را دارد، بتن است. این موج شکن‌های بتنی با قالب‌گیری به وسیله قالب موج شکن ایجاد می‌شود.
در طراحی موج شکن که برای حفاظت از ساحل استفاده می‌شود، پایداری لایه‌های سازه‌ها یکی از مهمترین جنبه‌ها است. به علاوه شکل خاص و چهار وجهی این سازه‌ها به پخش انرژی امواج پر جهات مختلف کمک می‌کند. به علاوه این زائده‌ها با در هم تنیدن بیشتر، پایداری بیشتری برای موج شکن‌ها ایجاد می کند تا از جابه‌جا شدن آنها جلوگیری شود.
انواع مختلف موج شکن
در ساخت سازه‌های بتنی موج شکن، از بتن با چگالی بالا در بلوک‌های بتنی ساحلی در انواع مختلف استفاده می‌شود. انواع این سازه‌های موج شکن عبارت است از:
- موج شکن‌های مکعبی
- موج شکن‌های تتراپاد
- بلوک‌های دیوار مانند
همه انواع موج شکن از از بتن سنگین برای ساخت این سازه‌ها استفاده می‌کنند. قالب موج شکن نیز بر اساس شکل و ظاهر سازه انتخاب می‌شود و برای قالب‌گیری انواع مختلف سازه‌های ساحلی بتنی به کار می‌رود.
کاربرد سازه‌های موج شکن مانند تتراپاد
سواحل دریاها در هر کشور بخشی مهم از دیدگاه توسعه اقتصادی، گردشگری و مالی به حساب می‌آید. معمولا در این سواحل سازه‌ها و امکانات و نیز تجهیزات حساس و مهمی برای اقتصاد محلی آن منطقه قرار گرفته است. از جمله این تجهیزات، امکانات مربوط به بارگیری و انبار کالاها و نیز تجهیزات مربوط به ترانزیت کالاها است. به علاوه بخش عمده‌ای از ثروت افراد و نیز نهادها مانند کشی‌ها، قایق و دیگر تجهیزات در ساحل قرار گرفته‌اند که حفاظت از آنها در مواقع طوفان و نیز فشار امواج اهمیت زیادی دارد.
هنگام محافظت از خط ساحلی با بلوک های بتنی با چگالی بالا، در برابر نیروی موج‌ها، موفقیت این بلوک‌های بتنی دفاع ساحلی به موارد زیر بستگی دارد:
- شدت موج‌ها
- زاویه شیب
- چگالی مواد بلوک
- اندازه بلوک
- عمق دریا
اگر این ویژگی‌ها را در نظر بگیرید، می توان به کاهش قابل توجهی در میزان بتن مورد نیاز خود دست یافت.
قالب موج شکن چیست و چه کاربردی دارد؟
قالب‌های موج شکن سازه‌های فلزی معمولا چند بخشی هستند که برای قالب‌گیری و ساخت موج شکن‌های ساحلی بتنی و یا تتراپادها به کار می‌روند. این قالب‌ها از جنس فولاد ضدزنگ گالوانیزه ساخته می‌شوند و انواع و اندازه‌های گوناگونی دارند. می‌دانیم که بتن برای سخت شدن به قرار گرفتن در قالب نیاز دارد و این قالب‌ها به بتن کمک می کنند تا به شکل مورد نظر درآیند و استحکام لازم را برای استفاده پیدا کنند.
الزامات و مشخصات قالب موج شکن بتنی
اگرچه انواع گوناگون و زیادی از قالب‌ها برای قالب‌گیری بتن در بازار موجود است اما موارد زیر ویژگی‌های کلی برای رفع نیازهای ساخت و ساز بتن است که هر قالب بتنی باید داشته باشد.
- این مدل از قالب‌ها باید توانایی تحمل بارهای مرده و زنده که قرار است روی آن در مراحل ساخت و پس از ساخت، قرار گیرد را داشته باشد.
- حفظ شکل خود با استفاده از تکیه گاه‌ها و بریس‌های کافی
- اتصالات در این قالب فلزی بتن باید ضد نشتی باشند تا از خارج شدن شیرابه بتن از آن جلوگیری شود.
- اگر قالب قابل جابجایی است، فرآیند بتن ریزی و جدا کردن قالب، نباید به بتن آسیب برساند.
- قابل استفاده مجدد برای بارها و بارها باشد.
- تا حد امکان سبک وزن باشد.
- هنگام انتخاب قالب، توجه به نوع بتن و دمای ریختن اهمیت دارد، زیرا هر دو بر فشار اعمال شده تأثیر می‌گذارند. همچنین قالب باید قابلیت مقاومت در برابر بارهای بتن مرطوب و خشک را داشته باشد.
برای جلوگیری از جابجایی قالب در طول مراحل ساخت، قالب‌سازی به سازه‌هایی مانند تیرها و تثبیت‌کننده‌ها نیاز دارد و به این سازه‌ها، کاذب گفته می‌شود. برای اطمینان از کیفیت بالا هنگام کار با بتن، به کار گرفتن نیروی کار واجد شرایط و نظارت کافی ضروری است.
سخن آخر
بتن یکی از پرکاربردترین و مستحکم‌ترین مواد و مصالح اولیه برای ساختمان‌سازی و یا ساخت انواع سازه‌ها است. یکی از سازه‌های مهم به خصوص برای شهرهای ساحلی و نیز محیط‌های دریایی، انواع موج شکن‌ها به خصوص موج شکن بتنی تتراپاد است. این سازه از جنس بتن سنگین ساخته می‌شود و برای استهلاک انرژی امواج و ایجاد حوضچه‌هایی با فشار کمتر امواج دریایی به کار می‌رود. شکل چهار وجهی و یا چهارپایه بودن این نوع از موج شکن سبب مقاومت بیشتر آن در برابر انرژی امواج و پایداری بیشتر آن در ساحل و در کنار دیگر سازه‌ها می‌شود. این سازه‌ها با استفاده از قالب موج شکن که از جنس فولاد و در ضخامت‌های گوناگون ساخته شده‌اند، قالب‌گیری می‌شود. این قالب‌های تتراپاد با توجه به جنس آن و نیز استحکام بالا، می‌توانند بارها و بارها برای قالب گیری مورد استفاده قرار گیرند، بدون آن که آسیبی به آنها وارد شود.
