مکانیزم شکست الاستیک خطی مربوط می شود به پیش بینی شرایطی که منجر به انتشار سریع ترک ها در مصالح تردی شده که در آغاز شکست، الاستیک، همگن و ایزوتروپ (همسان) فرض می شوند. این فرآیند، مطالعه تنش و تغییر مکان در سطح میکروسکوپی در ناحیه نوک ترک را شامل می شود.
این زمینه تحقیقاتی از فعالیت اولیه گریفیس (1920) ایجاد گردید که معیارهای شکست جامدات ترد را ارائه نمود که این معیارها تفاوت میان مقاومت های حجمی پایین مشاهده شده در جامدات و مقاومت های تئوریک بسیار بالای آنها (E/10 ~ تخمین زده شده برای کریستال های کامل) را با فرض وجود درز و ترک های میکروسکوپی که عوامل ایجاد تمرکز تنش می باشند، توضیح دادند. چنانکه در شکل 3-25 نشان داده شده است، برای یک ترک بیضی شکل با ابعاد مشخص شده، حداکثر تنش کششی در نزدیکی نوک ترک توسط عاملی مشخص می شود که به طول ترک و شعاع انتهایی آن با توجه به رابطه زیر بستگی دارد:

(3-16)  .  0.5 (c/r) = 2 ơ_m/ơ

بنابراین، تنش های کششی موضعی در نوک ترک های بسیار تیز می تواند تا مقادیر E/10) (~ برسد که برای شکستن پیوند میان اتم ها در تنش های اسمی نسبتا پایین، به اندازه کافی بزرگ می باشد.

شکل 3-25- تمرکز تنش در نوک یک ترک در یک مصالح ترد در معرض تنش کششی

پس از آن احتمال انتشار ترک ها به صورت پیش رونده وجود دارد، زیرا با افزایش طول ترک ها، تنش حداکثر در نوک افزایش می یابد (معادله 3-16) در حالی که تنش تئوریک لازم برای ایجاد رشد مورد توجه در ترک ها ناشی از انرژی سطحی در یک مصالح ترد، ơ_f، با توجه به رابطه زیر کاهش می یابد.

(3-17)  .  0.5 ((2.y.E)/(π.C)) = ơ_f

که Y انرژی سطحی برای ایجاد شکست و E ضریب الاستیسیته می باشد.

استدلال مشابهی برای توضیح گسیختگی بتن به کار رفته است که عموما به عنوان گسیختگی ترد در کرنش های پایین ناشی از اتصال ریزترک های موجود و تازه شکل گرفته، مورد توجه قرار می گیرد.
اما به بیان دقیق تر، بتن پیش از گسیختگی کمی حالت پلاستیک (رفتار تنش – کرنش غیر خطی) از خود نشان می دهد. همچنین واضح است که بتن ناهمگن می باشد که علت آن است که خواص همه مواد تشکیل دهنده ان یکسان نمی باشد و ناحیه گسیختگی در بتن نسبتا بزرگ است که این پدیده ناشی از ایجاد ریز ترک هایی است که موجب نرم شدگی پیش رونده مصالح پیش از گسیختگی کامل می گردد. روش های مختلفی برای در نظر گرفتن اثرات فوق در مدل های شکست نمونه های بتنی با اندازه ها و شکل های مختلف در حالت های مختلف اعمال تنش، پیشنهاد شده است و به نظر می رسد که به کارگیری مکانیزم های شکست غیرخطی، ابزار مناسب تری برای توصیف رفتار شکست و ظرفیت نهایی سازه های بتنی می باشد. بررسی بیشتر این زمینه، از محدوده مقاله حاضر خارج بوده و خوانندگانی که نیاز به راهکارها و بررسی های دقیق تری دارند می تواند به کارهای تحقیقاتی متخصصین در این زمینه مراجعه نمایند مانند ACI SP-118)، 1989؛ ACI Committee 446، 1991؛ کاریهالو، 1995؛ شاه و همکاران، 1995).

مطالب بیشتری را بخوانید
نسبت آب به سیمان چه ارتباطی با مقاومت بتن دارد؟
شرایط و استاندارد های نمونه گیری از بتن
آزمایش نمونه مکعبی بتن یا آزمایش مقاومت فشاری بتن

نتیجه گیری

دانش مربوط به جابجایی ها و فرآیندهای ترک خوردگی که در این مقاله ارائه گردید، از تئوری ها، تحقیقات و داده های میدانی فنی منتشر شده در طول چندین سال برای انواع مرسوم بتن ها مثلا  مخلوط های با مقاومت پایین با استفاده از مصالح سنگی طبیعی، به دست آمده و جمع آوری شده است. اگرچه انتظار می رود که اصول اولیه بدون تغییر باقی بمانند، اما در روش های طراحی آینده که در آیین نامه های اجرایی ارائه خواهد شد، به طور داوم تلاش می شود که استفاده از مصالح پیشرفته تر برای بتن ها، مثلا بتن توانمند (با عملکرد بالا)، مورد توجه قرار گیرد که هم به دوام طولانی (نفوذپذیری پایین) و هم به مقاومت بالای بتن مربوط می گردد.
در برخی موارد، مقاومت بالا برای طراحی اعضای بتنی کوچکتر یا خیزهای کمتر از طریق یک ضریب الاستیسیته بالا، خزش پایین و جمع شدگی کمتر متناظر، مورد نیاز می باشد. چنین بتنی به سمت ترد شدن میل می کند و در معرض ترک خوردگی قرار دارد به طوری که باید شکل پذیری آن از طریق مثلا مسلح نمودن با الیاف افزایش یابد. عملکرد بالا با استفاده همزمان از مواد افزودنی شیمیایی و معدنی، مقدار زیاد مواد کاهنده آب (فوق روان کننده ها) و مصالح ریزدانه جایگزین سیمان مانند میکروسیلیس به منظور جایگزینی بخشی از سیمان، حاصل می شود.

تحلیل ترک در بتن و شکست در بتن

از سوی دیگر، مواد افزودنی طراحی شده به منظور کاهش جمع شدگی، خزش و خطر ترک خوردگی در بسیاری موارد همراه با فوق روان کننده ها به منظور جلوگیری از کاهش مقاومت استفاده می شوند. مطالب اندکی درباره رفتار بلندمدت بتن های ساخته شده با مخلوطی از افزودنی های مختلف و نیز اندرکنش احتمالی میان مواد سیمانی مکمل (با افزودنی های معدنی) وجود دارد و مواد افزودنی شیمیایی چندمنظوره باید مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرند. ممکن است روش های پیشرفته ای به منظور ارزیابی مشخصات ترک خوردگی در سنین اولیه برای برخی از فرمول های جدیدتر مورد توجه برای استفاده در کاربردهای مقاومت بالا و موارد ترمیمی، مورد نیاز باشند.
استفاده روز افزون بتن های بازیافتی و دیگر مصالح پسماند (ضایعاتی) به منظور جایگزینی یا تقویت مصالح سنگی طبیعی در بتن نیز باید در ساختار مدل های پیش بینی و اجزاء طراحی مورد توجه و بررسی قرار گیرد.