بتن پیش‌تنیده

بتن مقاومت فشاری بالایی دارد، اما در برابر تنش‌های کششی بسیار ضعیف عمل می‌کند. ساختن بتن پیش‌تنیده به منظور بالا بردن مقاومت کششی بتن صورت می‌گیرد. به این ترتیب که ما در واقع پیش از بتن‌ریزی به بتن یک تنش اعمال می‌کنیم که جهت آن کاملاً در خلاف جهتی است که فشار کششی به بتن وارد می‌شود. بنا بر این زمانی که فشار کششی به بتن وارد شود، این تنش به مقابله با آن برخاسته و در واقع مقاومت کششی بتن را افزایش می‌دهد. اما این پروسه چگونه صورت می‌پذیرد؟ چگونه می‌شود پیش از بتن‌ریزی به بتن تنش وارد کرد؟ قبل از بتن‌ریزی، تاندون‌های فلزی مخصوص (عموماً کابل‌هایی از جنس فولاد) در محل بتن‌ریزی قرار داده می‌شود و بر آن تنش‌های فشاری وارد می‌کنیم. پس از آن که بتن بر روی این تاندون‌ها ریخته شد، آن‌ها را رها می‌کنیم و نیروی فشاری در تاندون‌ها با نیروهای کششی مقابله می‌کند که نتیجه‌ی آن بالا رفتن مقاومت کششی بتن می‌شود.

می‌توان با یک مثال ساده، ایده‌ی بتن پیش‌تنیده را توضیح داد. زمانی که بخواهیم چند کتاب را پشت سر هم در کتابخانه به صورت عمودی قرار دهیم، کتاب‌ها در جای خود نمی‌ایستند و می‌افتند. اما اگر کمی آن‌ها را به یک سمت مایل کنیم، کتاب‌ها به یک دیگر فشار وارد می‌کنند و این موضوع باعث جلوگیری از افتادن آن‌ها می‌شود. این مایل کردن کتاب‌ها در واقع همان نیرویی است که از پیش به بتن وارد می‌کنیم.

بتن پیش‌تنیده توسط یک مهندس آمریکایی در سال ۱۸۸۶ در ایالات متحده معرفی شد، اما تا حدود نیم قرن بعد به عنوان یک ماده‌ی ساختمانی پذیرفته نشد. بعدها کمبود فولاد در اروپا بعد از جنگ جهانی دوم و پیشرفت‌های علم در حوزه‌ی بتن و فولاد، باعث شد تا بتن پیش‌تنیده به یکی از مواد اصلی بازسازی اروپای بعد از جنگ بدل شود.

تفاوت بتن پیش‌تنیده و بتن تقویت شده چیست؟

در بتن تقویت شده، دو ویژگی فولاد و بتن با یکدیگر ترکیب می‌شوند. بتن با مقاومت فشاری بالا تنش‌های فشاری را تحمل می‌کند و فولاد تنش کششی وارد بر سازه را خنثی می‌کند. البته که فولاد مقاومت فشاری بالایی دارد، اما قابل مقایسه با بتن نیست. در واقع به طور کلی می‌توان گفت که ایده‌ی بتن تقویت شده این است که از مقاومت کششی فولاد استفاده کنیم تا ضعف بتن در این زمینه جبران شود. اما در بتن پیش‌تنیده این کار را نمی‌کنیم. بلکه تنشی در تاندون‌های فولادی واقع شده در بتن به وجود می‌آوریم و پس از بتن‌ریزی آن‌ها را رها می‌کنیم. این تنش به وجود آمده به صورت فشاری است و در جهت عکس نیروهای کششی اعمال می‌شود. بدین ترتیب زمانی که نیروی کششی به بتن وارد شود، این تنش به مقابله با آن برمی‌خیزد و آن را خنثی می‌کند.

پیش‌تنیدن بتن باعث می‌شود تا بسیاری از محدودیت‌هایی که در بتن معمولی برای طراحان و مهندسان وجود دارد، از بین برود. مهندسان اگر از بتن پیش‌تنیده استفاده کنند، می‌توانند دهانه‌ها و دیوارهای بلندتری در سازه قرار دهند، بدون این که احتیاج به ستون‌های بیشتری داشته باشند. این موضوع باعث می‌شود تا نیاز به بتن کاهش یابد و سازه‌ی بتنی باریک‌تر و سبک‌تر باشد که در مجموع باعث کاهش وزن سازه می‌شود.