در
طول دو دهه گذشته فعالیت های لرزه‌یی در سراسر جهان با افزایش چشمگیری
مواجه بوده و وقوع زمین لرزه های نسبتا پر قدرت در بسیاری از کشورها مانند
ژاپن، ترکیه، چین، شیلی، تایوان و آمریکا باعث سقوط پل های قدیمی و جدید
شده است؛ به همین دلیل مقاوم سازی پل ها در برابر زلزله امری بسیار ضروری
تلقی می شود. مقاوم سازی پل های موجود و تولید مواد بهبود یافته برای ساخت
پل های آینده از جمله راهکارهای به حداقل رساندن انرژی زلزله بر روی پل
محسوب می شود.
اکثر پل‌ها از فولاد و
بتن ساخته شده اند. اگرچه این ترکیب مقرون و به صرفه است، اما پل های
فولاد- بتن در برابر زلزله های قوی با شدت بیش از هفت ریشتر چندان مقاوم
نیستند. ستون های مسلح پل ها برای خنثی کردن انرژی زمین لرزه های پرقدرت به
فولاد و بتن وابسته هستند که باعث تغییر شکل دائمی و آسیب بندهای ستون های
پل می شوند.
استاد سعید سعیدی، سرپرست
تیم تحقیقاتی گروه مهندسی عمران دانشگاه نوادا (UNR) با حمایت مالی بنیاد
ملی علوم و شبکه شبیه سازی مهندسی زلزله موفق به کشف یک راه حل جدید برای
این مساله شدند و مواد هوشمندی طراحی کردند که جایگزین فولاد و بتن در ساخت
پل‌ها می شود. استفاده از آلیاژ هوشمند (SMA) در مرکز ستون های پل می
تواند شیب ستون را پس از تحمل انرژی وارده به حداقل برساند. آلیاژ تیتانیوم
نیکل یا «نیتینول» که در این پروژه مورد آزمایش قرار گرفته از توانایی
منحصر به فردی حتی در بین سایر مواد هوشمند برخوردار است.
در
حالی که اکثر مواد هوشمند فقط به دما حساس هستند و برای بازگشت به شکل
اولیه نیازمند یک منبع گرما هستند، «نیتینول»رفتار ابرالاستیک از خود نشان
می دهد و می تواند استرس اعمال شده توسط زلزله را جذب و به راحتی به شکل
اولیه بازگردد. محققان برای بررسی عملکرد پل های بتنی مقاوم شده با
تیتانیوم نیکل سه نوع ستون پل شامل ستون های فولاد - بتن سنتی، تیتانیوم
نیکل و بتن، تیتانیوم نیل و مواد مرکب سیمانی مهندسی ساز (ECC) را مورد
آزمایش قرار دادند.
نتایج به دست آمده
از جدول آزمون لرزش در خصوص ستون های تیتانیوم نیکل و بتن، تیتانیوم نیکل و
مواد مرکب سیمانی مهندسی ساز (ECC) شامل سیمان، ماسه، آب، فیبر و مواد
شیمیایی بسیار امیدوار کننده گزارش شده است. درحالی که هزینه های اولیه
ساخت یک پل از تیتانیوم نیکل و مواد ECC تنها سه درصد بالاتر از پل های
معمولی است، طول عمر و مقاومت این پل ها به طور چشمگیری افزایش پیدا کرده و
سرویس های سالیانه نیز کاهش می یابد.
رفتار
ابرالاستیک تیتانیوم نیکل بین 10 تا 30 برابر رفتار الاستیک آلیاژ‌ها و
فلزات عادی مانند فولاد است. این آلیاژ هوشمند که در ساخت فریم های عینک و
برخی لوازم پزشکی استفاده می شود، از انعطاف پذیری و قدرت خم شدگی بالایی
برخوردار است.