ویژگی ظاهری سنگ ها و مشخصات فنی آنها

عواملی که بر انتخاب سنگ اثر می‌‌گذارند

انتخاب سنگ تحت تأثیر ویژگی ظاهری سنگ ها و مشخصات فنی آن قرار می‌‌گیرد. سنگ امکان ایجاد ظواهر متفاوتی را با توجه به ذات طبیعی خود فراهم می‌‌نماید.

فرآوری‌‌ها و کارهایی که بر روی سنگ انجام می‌‌شود محدوده این انتخاب‌ها را وسیع‌‌تر می‌‌نماید. از میان این روش‌ها می‌‌توان به تقسیم، صیقلی کردن، پرداخت و سایر فرآیندهای فرآوری اشاره نمود. مقاومت به سایش و حساسیت به آسیب از سنگی به سنگ دیگر متفاوت است.

پیش تر در بخش خواص انواع سنگ، مهمترین ویژگی‌های فنی آن‌‌ها مورد بحث و بررسی قرار گرفت. با توجه به کاربرد سنگ، ویژگی‌‌های مورد انتظار مشخص می‌‌شوند. به عنوان مثال برای استفاده در نما، سنگ‌ها باید از مقاومت خوبی در برابر آب و هوا برخوردار باشند، به عبارت دیگر سنگ باید تمام چرخه عمر برنامه‌‌ریزی شده ساختمان را بدون تغییرات و آسیب‌های اساسی تحمل کند.

بنابراین مقاومت ضعیف نسبت به آب و هوا ممکن است باعث آلودگی یا تغییر رنگ سطح، از بین رفتن درخشندگی، تجزیه شدن، شکنندگی یا تغییر شکل اسلب‌‌ها شود.

مواردی که در هنگام طراحی سازه‌‌های سنگی باید درنظر گرفته شوند

طراحی صحیح و اجرای جزئیات سازه‌‌ای در تمام ساخت و سازها از جمله سازه‌‌های سنگی بسیار مهم است. در حال حاضر از سنگ به ندرت به عنوان یک لود-برینگ استفاده می‌‌شود اما روکش‌‌های سنگی معمولاً برای محافظت از دیوار در برابر تأثیرات آب و هوا بکار می‌‌روند.

نوسازی و بازسازی نسبت به سازه‌ی جدید مقوله مجزایی هستند. سنگ‌‌های قدیمی ممکن است حداقل در بخش‌هایی از بازسازی استفاده شوند.

تمرکز این پروژه‌‌ها اغلب بر کل ساختار مانند: انتخاب سیلانت مرغوب و مناسب و کنترل جریان آب است تا کل سازه چه بخش جدید و چه بخش قدیمی آن به صورت کلی در شرایط مناسب و خوبی باشند و مواد جدید به ساختار قدیمی آسیبی وارد نکند.

به علاوه در مراحل اولیه‌ی پروژه سازه‌‌های قدیمی باید تا حد امکان به طور کامل مورد مطالعه قرار گیرند، به طوری که نحوه ساخت سازه مورد نظرمشخص شود. در ساخت وسازهای جدید سازگاری مواد و سازه‌‌ها و عملکرد کلی سازه‌‌ها به یک میزان اهمیت دارند و باید اطمینان حاصل شود که انتخاب‌های انجام شده مطابق برنامه ریزی کارایی داشته باشند.

هنگام در نظر گرفتن تغییراتی که در آینده امکان ایجاد آنهاست، مواردی مانند: افزایش حجم باران به ویژه در زمستان و پاییز  لحاظ می‌‌شوند، و بسیاری از این موارد ویژگی‌‌های مختلف سنگ‌‌ها مثل چرخه ذوب و انجماد را تحت تأثیر قرار خواهند داد.

داشتن آمادگی برای تغییرات آب و هوایی برای ساختارهای سنگی اهمیت بسیاری دارد و توجه ویژه‌‌ای را برای طراحی صحیح جزئیات ساختار برای جلوگیری از ورود آب به سازه می‌‌طلبد. بنابراین حذف آب و جلوگیری از نفوذ آب به دیوارها باید به درستی طراحی شود. این امر هم در مورد ساختار سنگی و هم در مورد ساختارهایی که بالا و روی آن قرار دارد مانند: سقف و پنجره و سایر پوشش‌‌های فلزی صدق می‌‌کند.

همچنین جزئیات مربوط به نما نیز تأثیر بسیاری بر مسائل مربوط به ظاهر آن دارد. به عنوان مثال اگر دیوارها غیر یکنواخت خیس شوند، نما ظاهر متفاوتی در شرایط مختلف آب و هوایی خواهد داشت. علاوه بر امکان انتخاب نوع سنگ، نحوه مراقبت از سنگ نیز در هنگام طراحی سازه‌‌های سنگی باید مد نظر قرار بگیرد.

کفپوش سنگی صیقلی ممکن است باعث لیز خوردن شود. از طرف دیگر کفپوش‌های زبر نیز گرد و خاک و دیگر آلودگی‌‌ها را جمع می‌‌کنند که بر روی ماندگاری و ظاهر آن تأثیر منفی می‌‌گذارد.

عملکرد ساختار نمای کل بسیار مهم است و امروزه وقتی پوشش‌‌های سنگی به‌‌صورت پوشش‌های صفحه‌‌ای استفاده می‌‌شوند تهویه نما باید به خوبی در طراحی در نظر گرفته شود تا از عدم تجمع رطوبت در پشت آن اطمینان حاصل شود زیرا در بدترین حالت رطوبت در هوای سرد منجمد شده و به سنگ فشار وارد می‌‌نماید.

اگر سنگ‌‌های بسیار نازک انتخاب شوند، پنل ممکن است دچار خمیدگی شود. به علاوه استفاده از بست‌‌ها بر ماندگاری سنگ تأثیر می‌‌گذارد به عنوان مثال بست‌‌های فلزی نامناسب ممکن است باعث تغییر رنگ سطح سنگ شوند.

چالش‌‌های دیگری در مورد نماهای سنگی

روند کنونی مهندسی سازه به مهندسی بناهایی با چگالی کمتر تمایل دارد. در واقع بناهای کم چگالی به نماهایی با پوشش و ساختار ‌‌های منفذدار به همراه سوراخ‌‌هایی برای تهویه‌ی هوا و ودر وال (weather wall) دلالت دارد. مصالح مورد استفاده برای نما شامل پنل‌‌های مختلف، فولاد، کامپوزیت و شیشه می‌‌شود.

در مهندسی بناهای کم چگالی ممکن است از سنگ، آجر ویا سنگ طبیعی نیز استفاده شود. خانه‌‌های مستقل اغلب داری نمای بیرونی با دیوارهای قاب مانند هستند بنابراین قانونی وجود دارد که باید برای نمای آن‌‌ها از چوب و آجری که امکان تهویه دارد استفاده شود.

در خانه‌‌های سنگی دیوار بیرونی ممکن است کاملاً از آجر، سیمان و یا آجر و بتن تهویه‌‌دار ساخته شده باشد. این بدان معناست که نماها اغلب با پوشش‌‌های نازکی از مصالح مرتبط ساخته می‌‌شوند.

در آپارتمان‌‌های مسکونی دیوارهای خارجی یا به وسیله بتن و یا ساختار کرتن ساخته می‌‌شوند که برای مصالح نمای آن‌‌ها نیز از پوشش‌های بتونی و یا آجری استفاده می‌‌شود. در واحد‌‌های آپارتمانی چوبی پوشش‌های چوبی مورد استفاده قرار می‌‌گیرد.

بیشترین تنوع در انواع نماهای خارجی را می‌‌توان در ساختمان‌‌های عمومی، تجاری و شرکت‌‌ها مشاهده نمود که به صورت آزادانه از مصالح دلخواه استفاده می‌‌شود.

یکی از متداول‌‌ترین انواع نماها که در بناهای مربوط به تالارها و  بازارها استفاده می‌‌شود پنل‌‌های ساندویچی فولادی (steel sandwich panel)است که امکان استفاده از عایق‌‌های پلاستیکی و پشمی معدنی را فراهم می‌‌نماید. چالش‌‌های آینده برای نماها به عنوان مثال از موارد زیر سرچشمه می‌‌گیرند:

• مهندسی سازه‌‌های جدید، مصالح و مسائل ساختاری جدید
• استفاده و بکارگیری مدل‌ها در تمامی مراحل پروژه BIM
• قراردادها و توافقنامه‌‌های جدید، برنامه و زمانبندی ساخت و سازها
• تغییر شیوه‌‌های رسمی و کنترل
• راه حل‌‌های فناورانه انرژی و دسته‌‌بندی محیط زیستی ساختمان‌‌های سبز
• درنظر گرفتن هزینه‌‌های چرخه زندگی وشیوه‌‌های جدید نگهداری و مدیریت اموال
• آگاه‌‌سازی ملی معماری جدید
• تغییر اقلیم و محیط زیست فنلاند

بنابراین بسیاری از بناهایی که اکنون بنظر بدون مشکل می‌‌آیند از منظر آینده ممکن است چالش برانگیز باشند. فاکتورهای اقتصادی، انرژی، سلامتی و محیطی مورد تأکید بیشتری قرار خواهند گرفت. سنگ‌‌های طبیعی دقیقاً تمامی ویژگی‌هایی را که برای مصالح نماهای ساختمان‌های نسل آتی انتظار می‌‌رود را دارند. مهمترین نقطه ضعف سنگ طبیعی قیمت آن و زحمتی است که در طراحی و مهندسی آن وجود دارد است.

در فنلاند (2008)، تنها حدود 0.6٪ از نماهای ساخته شده دارای ساختار سنگی هستند. با این حال تقاضا برای نمای سنگی رو به افزایش است. بیشتر سنگ‌ها در نما و دیوارهای شالوده و ساختمان‌‌های عمومی استفاده می‌‌شود.

ساختارهای سالید استون

در فنلاند، نماهای سنگی ساختمان‌ها به صورت سنتی مانند: ساختارهای سالید استون که متشکل از سنگ‌های طبیعی و آجر بودند  ساخته می‌‌شدند بنابراین یک پوشش سنگ طبیعی مستقیماً به لود برینگ که یک دیوار بزرگ آجری عایق بوده با استفاده از ملات متصل می‌‌شده است.

هر زمان که لازم بوده است نیز برای نگهداشتن آن‌‌ها از قلاب‌‌های فلزی که برای جلوگیری از زنگ زدن، آنها را با قیر می‌‌پوشاندند استفاده می‌‌شده است. می‌توان از قیر یا کرئوزوت (creosote) بین لایه‌های ساختاری به عنوان عایق رطوبت و درز استفاده کرد.

درزگیری نما با ملات سیمان و آهک انجام می‌‌شده است. ضخامت و اندازه سنگ‌‌هایی که برای نما استفاده می‌‌شود با توجه به نقشه‌‌های معماری و ابعاد متفاوت است در گذشته گزینه‌‌های متفاوتی برای نماهای بیرونی سنگی از سنگ‌‌های صیقلی گرفته تا تکه‌‌ سنگ‌‌های زبر وجود داشته است. یک دیوار سنگی وزن قابل توجهی دارد و بنابراین باید سیستم شالوده بنا بسیار قوی باشد.

ظرفیت عایق گرمایی ساختار به ضخامت ساختار آجری بستگی دارد و به عنوان یک قانون ضعیف است ( برای دیوار سنگی تقریبا 1.0 w/gross floor area).

بعلاوه سازه به رطوبت و خسارت ناشی از آن حساس است. آب اغلب از طریق بارش باران یا برف ذوب شده از طریق درزها یا ساختار  نامناسب پوشش فلزی و یا از طریق خاک شالوده به داخل نفوذ می‌‌کند.

به این ترتیب، ساختار سنگی سالید استون دوام همیشگی ندارد و بنابراین به نگهداری مداوم و تعمیرات منظم نیازمند است. به ویژه در ساختمان‌های عمومی (مدارس) و کلیساها دیوارهای بیرونی سنگی مشكل ایجاد كرده و نیاز به بازسازی‌‌های گسترده‌‌ای دارند.

آسیبی که آب به دیوارهای بیرونی وارد می‌‌کند باعث آسیب به ساختار و مشکلات هوای داخلی ساختمان‌‌ها می‌‌شود. بازسازی نماهای سنگی در مقیاس بزرگ (کلیسای جامع تامپره (Tampere Cathedral)، کلیسای کالیو (Kallio parish) در هلسینکی، ایستگاه راه آهن مرکزی هلسینکی) پروژه‌های نوسازی را طاقت فرسا و حتی متوقف کرده است.

در همه‌ی این مکان‌‌ها، دیوارهای سنگی سالید استون باید از یکدیگر جدا شوند و سنگ به سنگ در کنار یکدیگر قرار داده بشوند. همزمان قلاب‌‌های فلزی نگهدارنده سنگ‌ها که خورده شده‌‌اند نیز باید تعویض شوند. مهمترین آسیب ناشی از نشت آب و رطوبت به دیوارهای خارجی وارد می‌‌شود.

مشکل دیگری که وجود دارد این است که سنگ‌‌های آسیب‌‌دیده بکار رفته در نما با سنگ‌‌های مشابه جایگزین می‌‌شوند. اصلی‌‌ترین مشکل ساختارهای انولوپ (envelope structure) سالید استون این است که ساختار آن یکدست است و از مصالح ساختمانی یکسان یا مشابه برخوردار است.

نمونه‌‌ای از دیوار بیرونی سنگی کامل، دیوار Siporex است که کاملاً از بتن آئراتد aerated concrete ساخته شده است. مثال خوب دیگر ساختار کامل آجری است که در آن آجر تنها با مواد آهکی یا سیمانی ساخته شده است. در این حالت رفتار ساختاری – فیزیکی سازه نسبتاً سر راست است.

ظرفیت عایق حرارتی یک سازه بر اساس هوای ایستاده standing air، خسارت ناشی از اشباع و خشک شدن کنترل شده dampproofing on controlled saturation  (تفاوت دما و انتشار) و عایق صوت و آتش‌‌سوزی بر روی جرم (g/m³) سازه است. ساختار سنگی با در نظر گرفتن هزینه‌‌های چرخه عمر، نسبتاً ساده، سازگار با محیط زیست، مقرون به صرفه و دارای رد پای کربن نسبتاً کم است.

بنابراین سازه سنگی به صورت منطقی می‌‌تواند اکولوجیکال (ecological) هم در نظر گرفته شود. با توجه به آسیب‌‌های مختلف سازه‌‌ای و مشکلات هوای داخلی ساختمان‌‌ها، شاید بررسی امکانات استفاده از سازه‌‌های سالید استون در  ساخت و سازه‌‌های آینده، ایده خوبی باشد. ساخت و سازهای کم انرژی و لزوم مقدار U برای ساختارهای انولوپ خارجی منجر به مقادیرmm  500-300 شده است.

عایق حرارتی سنتی باید در دیوارهای بیرونی ساختمان‌ها استفاده شود به علاوه فراهم آمدن شرایط هوای پایا (air‐tightness) نیز از این نوع ساختار مورد انتظار است. امکان آزمایش تأثیر مشترک این موارد در عملکرد فیزیکی و ساختاری سازه‌‌های انولوپ وجود ندارد‌‌، بنابراین عملکرد طولانی مدت سازه‌‌ها در محیط استفاده آنها به صورت کامل مشخص نیست.

نسل دوم سازه‌‌های سالید استون ممکن است راهکاری را به عنوان ساختار دیوار خارجی “شور-فایر” (sure‐fire) ارائه دهد. در فنلاند، چوب و الوار سنتی (کنده) می‌‌تواند به عنوان یک ساختار سالید مورد استفاده قرار گیرد، در حالی که یک ساختار سنگی و سنگ طبیعی می‌‌تواند در مکان‌های مورد نیاز بکار گرفته شود.

اگرچه توسعه سازه‌‌های سالید استون ساخته شده از سنگ طبیعی ممکن است چالش برانگیز یا حتی غیرممکن باشد اما به دلایلی که پیشتر به آن اشاره شد، باید مورد مطالعه قرار گیرد. با درنظر گرفتن ویژگی‌‌های حرارتی سنگ طبیعی، طراحی نمای گرمایش خورشیدی یا ذخیره‌‌سازی حرارت ممکن است منطقی به نظر برسد.

نمای دو لایه متشکل از ساختار سالید استون و سنگ‌های مجزای بکار رفته در نما  و بهره وری انرژی آنها در فنلاند چندان مورد مطالعه قرار نگرفته درحالی که به نمای شیشه‌‌ای پرداخته شده است.

ادامه ی این مبحث را میتوانید در مقاله دیوارهای کرتین وال دنبال کنید.