חיזוק והסבת מבנה מרלו"ג למרכז הפצה חכם תוך שימוש בחומרים מרוכבים CFRP עבור רשת שופרסל ONLINE

שיתוף ב facebook
שיתוף ב twitter
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב email

תקציר

מגמה שהולכת ומתחזקת בתחום הקמעונאות היא לאפשר במקביל לרכישות בחנויות, גם רכישה מקוונת – E-commerce (מסחר אלקטרוני). משבר הקורונה, המלווה אותנו מתחילת שנת 2020, האיץ את המגמה משמעותית והעלה את מספר הרכישות המקוונות בעשרות אחוזים. כך, למשל, מחקר עדכני של חברת אדובי (Adobe) מראה כי ההוצאות בתחום הרכישות המקוונות הגיעו בחודש מאי 2020 להיקף של 82.5 מיליארד דולר, עלייה של 77% לעומת השנה שעברה. המעבר למסחר אלקטרוני צפוי לגדול ב-15.5% נוספים עד לשנת 2022, ולכן הוא מצריך חברות ועסקים להסתגל לדרכים חדשות של ניהול לוגיסטי, ובעיקר: לחשוב מחדש על הדרך שבה הן מאחסנות ומפיצות מוצרים.

רשת שופרסל, האחראית על כ-75% מרכישות ה-online בתחום הקמעונאות בישראל, נחשבת למובילת שוק בכל הנוגע למסחר מקוון בישראל. במסגרת ההיערכות לעידן המסחר המקוון, נדרשה הרשת לבצע התאמות ולהקים מרכזי הפצה ייעודיים המסוגלים לעמוד בדרישות הגוברות והולכות של השוק.

במסגרת התאמות אלה החליטה רשת שופרסל להסב את אחד המרלו"גים (מרכז לוגיסטי) העומדים לרשותה למרכז הפצה אוטומטי, מה שחייב לבצע התאמות במבנה, לרבות ביצוע חיזוקים נדרשים.

במסמך זה נסקור את הפרויקט, האתגרים שנלוו לו, החלופות שנבחנו במסגרתו, ולבסוף נציג את תהליך היישום שבוצע בפועל באמצעות יריעות סיבי פחמן.

המיזם בוצע בחודש אוגוסט שנת 2019 ומשכו עמד על כשלושה שבועות.

הפרויקט: הקמת מרכז הפצה חכם בקדימה-צורן

בשנים האחרונות חוותה רשת שופרסל זינוק משמעותי בהיקף הרכישות המקוונות של לקוחותיה: היקף המכירות השנתי של הרשת עומד כיום על כ-2 מיליארד ₪ בשנה, לעומת 300 מיליון ₪ בלבד בשנת 2015. כרשת קמעונאית המספקת מוצרי מזון ומוצרי צריכה ביתיים בהיקפים עצומים, נדרשה שופרסל להיערך לכך מבחינה לוגיסטית, ובכלל כך החליטה על הקמה מהירה של מרכז הפצה חכם, המסוגל לעמוד בעומסים ובהיקפי הרכישה הגדולים של לקוחותיה. לצורך כך החליטה הרשת על הסבת מבנה מרלו"ג הממוקם בקדימה-צורן למרכז הפצה חכם.

מטרת מרכז ההפצה החכם היא לייעל את שרשרת האספקה. אם בעבר הרכישות המקוונות של לקוחות היו מועברות לסניפים פיזיים של שופרסל, מלוקטות ונארזות בכל סניף ומשם נשלחות לצרכנים, מרכז ההפצה החכם מבצע את ליקוט המוצרים, אריזתם ומשלוחם כבר במרכז הפצה ולא בסניפים.

כדי לאפשר את היעילות הזו נדרשו אחסנה של כמות גדולה ומגוונת מאוד של מוצרים וכן תהליך אוטומטי, יעיל ומתוחכם לליקוט הסחורה לפי הזמנת הלקוח, המתבצעת ONLINE. תהליך זה כולל, בין השאר, הצבת מכונות ליקוט ואריזה כבדות במיוחד, וכן ניצול מקסימלי של נפח המרכז הלוגיסטי. בשל אופי המבנה הקיים, בהשוואה לאופי החדש ולציוד הנדרש לתפעולו, הפך הפרויקט לאתגר מורכב בהיבט ההנדסי.

המטרה: הכפלת העומסים המתוכננים על תקרות המבנה

מבנה המרלו"ג בקדימה-צורן מתפרשׂ על שטח של 5,500 מ"ר, ומכיל בנוסף 2 גלריות בשטח של כ-1,000 מ"ר כל אחת. תקרות הגלריות נבנו באמצעות לוחות טרומיים דרוכים (לוח"דים) בעלי עומס שירות מרבי של 250 ק"ג למ"ר, המותאם לתפקידו הראשוני של המבנה, שהכיל בעיקר משרדים.

עומס השירות שתוכנן למרכז ההפצה החכם גדול משמעותית מן העומסים הקיימים, והרצפות צפויות לאחסן מקררים כבדים ומכונות אוטומטיות לליקוט סחורה, שמשקלן רב מאוד. נוסף על כך, בגלריות נעשה שימוש בכל גובה החלל לאחסון, עובדה שמוסיפה עומסים נוספים על הרצפה וכן מצריכה חיזוק באופן שאינו פוגע בגובה חללי האחסון.

עומס השימושים הנדרש לצורך פעילות המערכת אוטומטית עמד על יותר מ-500 ק"ג למ"ר, לפחות כפול מן העומס המקורי. כך, התאמת המבנה לעומסים החדשים דרשה ביצוע חיזוקים משמעותיים ללוח"דים, לקורות המבנה וגם לרצפה.

כידוע, ללוח"דים מאפיינים ייחודיים: הם מיוצרים כפלטות טרומיות בעלות רוחב קבוע (120 ס"מ בדרך כלל) ואורכים משתנים, בהתאם לדרישות המבנה בעת תכנונו. לשימוש בלוח"דים שני יתרונות מרכזיים: האחד, הם מיוצרים תחת בקרת איכות גבוהה ומגיעים אל אתר הבנייה מוכנים לשימוש באופן מדויק ומהיר. השני, שימוש בלוח"דים מאפשר יישום תקרות במפתחים גדולים ובעובי קטן יחסית בהשוואה לשיטות ביצוע אחרות.
האתגר: חיזוק לוח"דים תוך ניצול מקסימלי של שטח המבנה

לצורך הגדלת העומסים על התקרות בחנה רשת שופרסל בשלב הראשון את הפתרון של חיזוק באמצעות פרופילי פלדה, או בהגדרתם המקצועית קורות I או U. מדובר בקורות המיוצרות במפעלי פלדה לפי מידות ופרופילים סטנדרטיים, וצורתן הדומה לאותיות הלטיניות I או U נועדה לספק מענה מיטבי לצרכים הסטרוקטורליים של הקורה.

לשימוש בקורות פלדה מספר חסרונות:

  1. קושי יישומי: פרופיל פלדה הינו אלמנט כבד, המצריך אמצעי הרמה כבדים שלא תמיד אפשר להכניס לשטח בנוי. מעבר להיותו כבד, פרופיל הפלדה הוא גם אלמנט קשיח, ועל מנת להרימו יש צורך בפינוי המרחב שבו יעבור. כאשר מדובר במבנה קיים, המשמעות של חיזוק באמצעות פלדה עלולה להיות השבתה של המבנה בתקופת היישום, לרבות פינוי ציוד וכוח אדם. מעבר לכך, הפתרון אינו אסתטי שכן קורות הפלדה בולטות.
  2. עובי החתך: המכונות האוטומטיות שיועדו להיכנס למבנה הינן כבדות ודורשות שטח רחב לצורך תפעולן, זאת כאשר חלל המבנה נדרש במלואו לטובת אחסון מוצרים. בשל העובי הרב של חתך הקורות, חיזוק באמצעות קורות פלדה היה מנמיך את גובה החלל משמעותית, ובשל הצורך להוסיף עמודים – גם מקטין את שטח החלל, וכך פוגע בתפעוליות המבנה ובהגשמת מטרותיו כמרכז הפצה חכם.

 

בשל החסרונות הכרוכים בביצוע החיזוק באמצעות קורות פלדה כאמור, ובשל זמינות פתרון טוב ופשוט יותר, המשלב שימוש בחומרים מרוכבים, כפי שיתואר להלן, נפסל הפתרון של חיזוק באמצעות מוטות פלדה.

הפתרון: חיזוק באמצעות יריעות סיבי פחמן CFRP

בדומה לפרויקטים רבים נוספים שבהם נדרש ניצול מלא של החלל, גם כאן הגיעו המתכננים למסקנה כי הדרך המיטבית לתכנון ביצוע החיזוק הינו באמצעות יריעות סיבי פחמן CFRP.

יריעות סיבי פחמן הן חומר ארוג מסיבים דקים במיוחד המכילים בעיקר אטומי פחמן. קוטר הסיבים נע בין 0.005 ל-0.010 מילימטר, והסיבים מאורגנים בגבישים זעירים במבנה המעניק להם חוזק רב ביותר ביחס לקוטרם הקטן. כאשר שוזרים כמה אלפי סיבים יחד, מתקבל חוט בעל חוזק רב שאותו אפשר לשזור לאריג, שגם הוא נהנה מחוזק רב וממשקל קל יחסית. יישום נוסף מתקבל באמצעות טבילת אריג סיבי פחמן בתרכובת מותכת כדוגמת אפוקסי לשם יצירת חומרים מרוכבים המאפשרים לעצב משטחים חזקים בעלי משקל קל. כיוון שיריעות או רצועות סיבי פחמן הן דקות ביותר וקלות מאוד מצד אחד, אך מסוגלות לייצר כושר עמידה במאמצים גדולים יחסית מצד שני, נעשה בהן שימוש הולך וגובר לצורך חיזוק מבנים.

יריעות סיבי פחמן הן חזקות בצורה יוצאת דופן: חוזק הקריעה של סיב פחמן הוא 2,300 מגה פסקל, פי שבעה יותר מפלדה. מדובר בחומר יציב, שהינו קל, גמיש, חזק מאוד ולא קורוזיבי, ולכן, במקומות שבהם יש אתגר הכרוך במשקל, צורה גיאומטרית המצריכה יישום גמיש, ניצול חלל גבוה או אסתטיקה ונדרש חוזק מתיחה גבוה, נעשה שימוש ביריעות סיבי פחמן.

כאשר מדובר בחיזוק מבנה קיים, סיבי פחמן הינם בעלי יתרונות רבים: הם חזקים מאוד במתיחה בכיוון הצירי, גמישים, קלים, ויישומם בשטח אומנם מצריך דיוק רב ובקרה, אך לא ציוד כבד. תכונת הגמישות מועילה במקרים של יישום בצורות גיאומטריות סבוכות: אפשר לעקם ולשחק בסיב באופן הרצוי והמתאים לקונסטרוקציה הקיימת עד לשלב היישום הסופי, מה שמקל את התהליך ומאפשר יישום קל ומדויק יותר.

יתרונות השימוש ביריעות סיבי פחמן עלו בקנה אחד עם דרישות המבנה: הצורך לבצע את העבודה ללא פגיעה בגובה החללים ובשטחם, בשל גודל המכונות והצורך לנצל באופן מיטבי את חלל האחסון, מנע את האפשרות של חיזוק ברלסים מפלדה או ביציקות משלימות בבטון, אך התאים היטב לאופציה של חיזוק בעזרת סיבי פחמן. חיזוק באמצעות CFRP יכול להתאים גם כאשר האלמנט המחוזק הוא רכיב דרוך כמו לוח"ד.

תכנון הפתרון של סיבי פחמן במסגרת הפרויקט הנוכחי

התכנון בוצע על ידי ד"ר דורון שלו, מדורון שלו הנדסה בע"מ, תוך שימוש באמצעי חיזוק מחומרים מרוכבים של חברת סיקה.
תכנון החיזוק באמצעות הפתרון של CFRP תואם את הדרישות הבסיסיות של תקן מבני בטון 466 על חלקיו השונים וכן, בהיעדר תקינה ישראלית בנושא, את הדרישות המוצגות בתקינה האירופית והאמריקאית לגבי שימוש בחומרים מרוכבים לחיזוק מבני בטון, כולל חיזוק רכיבים דרוכים.
ד"ר דורון שלו: "נדרש לבצע חיזוק תקרת לוח"דים במבנה קיים של חברת שופרסל לאור הצורך בהעמסת עומסים גדולים מהתכנון המקורי. הבחירה בחיזוק באמצעות רצועות של חומרים מרוכבים מסוג CFRP נכונה הן מפני שזו דרך נבונה הנדסית לבצע חיזוק כזה והן מפני שההפרעה הפונקציונלית למבנה הקיים הינה מינימלית עד בלתי מורגשת לחלוטין".

יישום בפועל: תהליך ביצוע העבודה

תהליך יישום סיבי הפחמן מחייב עבודה מקצועית ומדויקת. עבודה לא מדויקת, או כזו שנעשית ללא בקרה תהליכית צמודה, לא תספק את החיזוק הרצוי, לא תקנה עמידות במאמצים כמתוכנן ותסכן את יציבות המבנה.

תהליך העבודה של חיזוק מבנה באמצעות סיבי פחמן כולל שלושה שלבים:

שלב א' – הכנת פני האלמנט

כדי לוודא הדבקת CFRP העומדת בתקן להדבקת סיבי פחמן (מעל 1.5 מגה פסקל בשליפה), יש לוודא שפני האלמנט שאליהם מדביקים את החומר הם אחידים, נקיים וחלקים. לכן, כהכנה ראשונית של הבטון, בוצע ליטוש מיוחד באמצעות התזת כדוריות פלדה, ולאחר מכן שיוף באמצעות דסקיות יהלום. הליטוש מבטיח יישור והחלקה של הבטון במקרה של בליטות, ואילו השיוף מבטיח יציבות: על החלק החיצוני של הבטון מצטבר נוזל המכונה "מיץ בטון", שצמיגותו הנמוכה יחסית אינה מאפשרת הדבקה טובה של החומר. לכן, כהכנה מקדימה מתבצע ליטוש יסודי שמסיר את החלק הזה בבטון ומאפשר עבודה על משטח יציב. לאחר הליטוש והשיוף התקבל משטח חלק, נקי ויציב להדבקה. לסיום, בוצע ניקוי בלחץ אוויר חזק, המנקה את הבטון משאריות האבק ומחומרים שנותרו עליו משלב הליטוש ומאפשר הדבקה אופטימלית. בסיום עבודת הניקיון היסודית של הבטון, סומנו המיקומים להדבקת סיבי הפחמן בדיוק מרבי ובעזרת סמני לייזר.

שלב ב' – הכנת ה-CFRP

הכנת חומר מרוכב מחייבת דיוק, ובמיוחד במינון של הרכיבים המרכיבים אותו. התהליך כולל ערבוב פולימר דו רכיבי ביחס נכון ולאחר מכן הספגה של יריעת הפחמן בכמות מדודה של דבק.

חשוב מאוד לדייק במינוני החומרים בהתאם להוראות היצרן, שכן חריגה מהם פוגעת בחיזוק המתקבל. כך, למשל, באם הפולימר שב-CFRP הוא במינון יתר – החומר המתקבל יהיה חלש מדי, כיוון שהפולימר הוא החוליה החלשה בחומר המרוכב. לעומת זאת, באם הפולימר נמצא במינון חסר – ההדבקה לא תהיה חזקה דייה. כדי לדייק בהכנת החומר משתמשת חברת בנין הארץ במכונות שפיתחה, המערבבות ומספיגות את החומרים באופן מדויק במיוחד.

ישנן שתי צורות נפוצות ליישום סיבי פחמן לחיזוק:

  1. יריעות סיבי פחמן: יריעות ברוחב של כ-50 ס"מ, שאפשר ליישמן במיקומים מאתגרים, זאת לאור הגמישות שלהן טרם תהליך ההקשיה.
  2. למינטים: רצועות סיבי פחמן מוכנות לשימוש, שכבר הוטבלו בחומר מקשה במפעל, ומורכבות ממספר שכבות של יריעות סיבי פחמן. רצועות אלה צרות יותר ונוקשות. היתרון של למינט הוא בדיוק וביעילות היישום בשטח.

 

במקרה הנוכחי החליט המהנדס המתכנן על שימוש בשני סוגי רצועות למינט: Sika CarbuDur, מסדרת S 1014, ו-Sika CarbuDur, גם הוא מסדרת S, 1214. עובי הלמינטים היה 1.4 מ"מ ואורכם 11 מטר. בניגוד לפרופילי פלדה שבאורכים כאלה מהווים אלמנט כבר מאוד, הלמינטים אינם כבדים, ובעלי גמישות מספקת ליישום נוח למדי בשטח, על אף אורכם.

הכנת הלמינטים להדבקה כללה מדידה וחיתוך מדויקים מאוד באורכים הנדרשים, ולאחר מכן ניקוי באמצעות טינרים מיוחדים לשם הימנעות מפני נקודות כשל על גבי הלמינט. נקודות כשל יכולות לנבוע מגרגירי אבק או מלכלוך, והימצאותן עלולה לפגום באיכות ההדבקה ובתוצאת החיזוק הסופית. לאחר שהלמינטים נוקו, בוצעה מריחת אפוקסי בכמות מדודה מסוג סיקדור 31 של חברת Sika.

שלב ג' – הצמדה לפני האלמנט

לאחר עבודת ההכנה הגיע שלב ההדבקה על פני האלמנט. שלב זה כלל הצמדה של הלמינטים לתקרת הבטון, ולאחר מכן הידוק באמצעות מכונה ייעודית הכוללת גלגיליות שמטרתן להבטיח הצמדה טובה ומבוקרת לפניו של האלמנט תוך התאמה מלאה לתוכנית הקונסטרוקציה. בסיום עבודת ההדבקה בוצע ניקיון סופי של סביבת העבודה ושל הלמינטים עצמם.

מאחר שבמבנה נדרשה תוספת עומס גדולה, ובהתאם להוראות המהנדס המתכנן, הודבקו על הלוח"דים והקורות שלוש שכבות של למינטים בעובי כולל של 5 מ"מ, ולאחר היישום התקבל עומס קבוע של 400 ק"ג למ"ר ועומס שימושי של 750 ק"ג למ"ר.
תהליך היישום כולו לווה במנגנוני בקרה קפדניים, כדי לוודא יישום נכון ומדויק בהתאם להוראות המהנדס ולהוראות היצרן וכדי להבטיח את איכות ביצוע העבודה.

לאחר הביצוע קבע המהנדס כי החיזוק בוצע בהתאם לנדרש וכי המבנה מתאים עתה לייעודו החדש.

תקציר – מרלו"ג שופרסל ONLINE: 

  • במסגרת הסבת מבנה מרלו"ג של רשת שופרסל למרכז הפצה חכם עבור מערך ה-ONLINE, התעורר צורך להגדיל את העומס על המבנה כך שיתאים לשימוש החדש הכולל מכונות אוטומטיות, גופי קירור כבדים ונפח אחסון רב.
  • כדי לאפשר שימוש בכל נפח חללי המבנה היה צורך בפתרון שלא פוגע בחללים אלה ומאפשר שימוש מיטבי בהם.
  • חיזוק תקרות המבנה באמצעות קורות פלדה היה מוביל להגדלה משמעותית של משך הפרויקט, מייצר פגיעה סביבתית רבה למבנה ומוביל לאיבוד ניכר של גובה ושטח החללים במבנה, ולכן נדרש פתרון חלופי.לצורך חיזוק התקרות נבחר הפתרון של חיזוק באמצעות חומר מרוכב: הדבקת למינטים של סיבי פחמן.
  • כדי לבצע את החיזוק, נערכו חישובים הנוגעים לעומסים הנדרשים, לסוג סיבי הפחמן האופטימלי ולכמות הנדרשת. הפתרון יושם בהצלחה תוך שימוש במתודולוגיית עבודה סדורה.
  • תקרות המבנה חוזקו באופן שאפשר את שינוי הייעוד שתוכנן עבורו, תוך שמירה על מקסימום גובה ומינימום סרבול בתהליך היישום.
  • התובנה המרכזית שנלמדה מהפרויקט: במקרים של מבנים הזקוקים לחיזוק ולהוספת עומסים, בעיקר כאשר קיימת מגבלה של אי פגיעה בשטח או בגובה החללים או כאשר נדרש ביצוע מהיר ואסתטי, שיטת החיזוק המיטבית הינה באמצעות חומרים מרוכבים CFRP. השימוש ב-CFRP גמיש ויעיל בטיפול במגוון רחב של כוחות, מפתחים וחתכים, ואפשר להתאים את סוג החומר, מספר השכבות וכיוון היישום לצורך הספציפי.

תודות:
ד"ר דורון שלו, דורון שלו מהנדסים בע"מ
אינג' יצחק מורדל, מנהל מחלקת פרויקטים, שופרסל
תום פרלמן, מסד עוז ניהול ופיקוח בע"מ
ידידיה לרמן, מנהל מקצועי בניין הארץ

אהבתם? שתפו!

שיתוף ב facebook
שיתוף ב twitter
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב email
שיתוף ב print
על מה עוד תרצה לקרוא?