בכנס, פרי יוזמת חברת בנין הארץ, העוסקת בעבודות הנדסיות מיוחדות, הציגו מיטב המהנדסים והמנהלים המובילים בהנדסה אזרחית את "דריכת האחר" – טכנולוגיית בנייה מתקדמת, אשר השימוש בה הולך ותופס תאוצה בשנים האחרונות, בזכות היתרונות המיוחדים שלה בתחומי התכנון, ההנדסה האזרחית והבנייה.

דריכת אחר של תקרות בטון היא טכנולוגיה מתקדמת לחיזוק בטון, שנותנת מענה לכמה מהאתגרים המשמעותיים ביותר בתחום התכנון והבנייה ונושאת יתרונות רבים לאדריכלים, למהנדסים וליזמים – בהשוואה לשיטות הבנייה הקונבנציונליות. בדריכת אחר, נפרשת רשת של כבלי פלדה לאורך ולרוחב המשטח המיועד ליציקה, ולאחר יציקת הבטון, נמתחים כבלי הפלדה בכוח רב, בכיוון המנוגד לכיוון העומסים הצפויים על האלמנט, ויוצרים למעשה זיון (חיזוק פלדה) פעיל ורוב עוצמה בהשוואה לבטון מזוין שאינו דרוך – סביל.

מהנדס נחום יחזקאל: בטון דרוך בדריכת אחר – עקרונות היישום של השיטה

לאחר דברי פתיחה וברכות מפי מנחה יום העיון, מר מני הסהס, סמנכ"ל הפיתוח העסקי של חברת בנין הארץ, ועורכת הדין בשמת פלד, מנכ"לית איגוד המהנדסים לבנייה ולתשתיות, הגיע הזמן להיכנס לעובי הקורה, תרתי משמע.

מהנדס נחום יחזקאל, מהנדס ראשי במשרד דורון שלו הנדסה, בעל ניסיון של עשרות פרויקטים שבהם בוצעה דריכת אחר, ערך סקירה מקיפה של יסודות טכנולוגיה זאת, כיצד נקבע מועמד מתאים לדריכת אחר ולפי אילו שקולים, וכלל השוואה של תקרה בדריכת אחר לתקרה קונבנציונלית ולתקרת לוח"דים (לוחות דרוכים) מהיבטים הנדסיים, תכנוניים וכלכליים. יחזקאל המשיך במתן דגשים לביצוע עבודות הדריכה – אשר המחישו באופן ברור מדוע עבודה זאת דורשת יישום קפדני ומדויק בהתאם לתוכניות באופן מיוחד.

מהנדס יחזקאל אף הראה כיצד השימוש בדריכת אחר מאפשר בנייה של תקרות בעלות מפתחים גדולים של 10–20 מטרים, הנושאות עומסים גדולים – של 2–5 טונות למטר. מעבר לכך, בתכנון וביצוע מיוחד מאפשרת דריכת אחר להגיע לכושר נשיאה של מאות טונות של עומסים מרוכזים.

נוסף על כך, השימוש בדריכת אחר מאפשר את הקטנת עובי התקרות ביותר מ-30% בהשוואה לתקרה קונבנציונלית, חיסכון שבמגדלים רבי-קומות יכול להתבטא בהוספת קומות ושטח בנוי בפרויקט. כמו כן, יתרון זה מקטין את משקל הבניין, מוזיל את הביסוס, מקטין את שטח חתך העמודים, ומשפר את התנהגות המבנה בעת רעידת אדמה.

יתרון נוסף של שיטה זאת – כפי שהיה אפשר להיווכח מדוגמאות הפרויקטים המרשימות שהציג מהנדס יחזקאל – הוא הגמישות התכנונית שהיא מאפשרת. חוזקה הרב של הדריכה מאפשר ביצוע תקרות או קורות טרנספורמציה (מעבר) ליצירת אלמנטים אדריכליים ייחודיים.

בין הדוגמאות הבולטות לשימוש בשיטה זאת: מגדלי עזריאלי ראשונים, מגדל אקרו רוגובין One Tower, פרויקט כלניות אשדוד , הרוא"ה 8 ברמת גן ועוד רבים ומרשימים.

על לוגיסטיקה ויבוא – מר דורון קורמן

בהרצאה הבאה סיפק מר דורון קורמן מחברת דורקור, יבואן ותיק בתחום דריכות האחר, הצצה אל עולם הציוד והחומרים הדרושים לדריכת אחר.

בהרצאתו המרתקת סקר מר קורמן את הציוד הדרוש לדריכת אחר, כגון כבלי הפלדה והעוגנים, ציוד כבד-משקל ומסיבי, ותיאר את המסע הארוך שעושים כבלי הפלדה מהמפעל שבו הם מיוצרים, בדרך כלל בסין או בטורקיה, דרך המסע בים, ועד לקבלת אישור מכון התקנים ולשחרור מהנמל.

לחלק ממוצרי דריכת האחר יש תו תקן ישראלי, ויבואן אינו כרוך בדרישות טכניות נוספות, אך במקרה של יבוא מוצרים שאין להם תו תקן, אי אפשר להשתמש בהם בטרם קבלת האישור ממכון התקנים המעיד על עמידה בדרישות היבוא.

יעילות תפעולית בביצוע דריכת אחר – מר מני הסהס, בנין הארץ

את ההרצאה הבאה העביר מר מני הסהס, סמנכ"ל הפיתוח העסקי של בנין הארץ, מי שגם הנחה את הכנס מתחילתו ועד סופו.

מהסקירה המקיפה שנתן, עולה כי חברת בנין הארץ מבצעת פרויקטים שונים של דריכת אחר ברחבי הארץ. בהרצאה הוצג השימוש בדריכות אחר מנקודת השקפתו של האחראי על הביצוע. הסהס דיבר על אתגרי התכנון והביצוע של פרויקטים אלה, כגון פערים בין התוכנית ההנדסית ובין הנעשה בשטח, הצורך לנהל באופן מיטבי את המשאבים ואת התקציב, והדרישה הבלתי מתפשרת לדיוק בעבודה ולעמידה בלוח הזמנים של הפרויקט.

תחת הכותרת יעילות תפעולית, הציג הסהס את המתודולוגיה הייחודית של בנין הארץ – המושגת על ידי שיתוף פעולה עם קבלן השלד של הפרויקט. בשיטת עבודה זאת, הנחת תושבות הדריכה ופרישׂת כבלי הדריכה מבוצעות באמצעות קבלן השלד וצוותיו, ואילו קבלן הדריכה אחראי לניהול הפרישׂה ולפיקוח עליה – ולאחר יציקת הבטון מבצע את עבודת הדריכה. שיטה זאת מאפשרת את צמצום זמני ההמתנה בין קבלן השלד לקבלן הדריכה, האצה של קצב בניית הבניין, ייעול שימוש במשאבים וחיסכון בכוח אדם באתר, וכמו כן תורמת לבטיחות ולדיוק בעבודה.

עוד הציג הסהס מספר פרויקטים מרשימים שמבצעת החברה, ביניהם דריכת התקרות במגדלי עזריאלי ספירלה, גורד שחקים בגובה של 350 מטרים, ביצוע תקרות החניונים במתחם ביג גלילות, מגדל רוגובין אקרו One Tower הייחודי, וביצוע 4 קומות חניון תת קרקעי עם כ-800 מקומות חניה בפרויקט "גב-ים" ברעננה, אם למנות כמה מהם.

לאחר ארוחת צוהריים מצוינת שנערכה במסעדה שבקומת הכניסה שבבניין, התכנסנו שוב למושב שני.

נקודות ציון לתכנון ולביצוע – מהנדס כורש חלפרי

מהנדס כורש חלפרי, מוותיקי התחום בארץ, העניק סקירה מקיפה של שיטות הדריכה הקיימות בעולם, תוך הדגשת יתרונות השיטה בשימוש בתקרות טרנספורמציה, בקורות טרנספורמציה עם עומסים גדולים, בגשרים ובחיזוק והשבחה של מבנים קיימים בעזרת דריכה חיצונית – גם במאגרי מים ובתקרות.

מהנדס חלפרי הרחיב לגבי היבטים טכניים והנדסיים שונים של טכנולוגיה זאת, וגם הציג סקירה של הכשלים האפשריים בשיטת דריכת האחר, ובדרכים שבהן אפשר למנוע כשלים אלה.

מעבר לצורך בתקינה ישראלית שתהיה תואמת לתקינה בעולם, ישנם מספר אתגרים לביצוע דריכות אחר שהמהנדס חלפרי ביקש להסב אליהם את תשומת הלב: בראש ובראשונה, הצורך בהטמעת תוכניות האינסטלציה והחשמל כבר בתוכניות הדריכה על מנת למנוע בעיות בהמשך הדרך, ובעיות הקשורות ליישום שגוי של השיטה: פרישׂה לא תקינה של הכבלים באתר, ציוד לא תקין, פגיעה בכבלים בזמן השינוע, חלודה או פריצת כבלים מבעד ליציקת הבטון – דברים שאפשר למנוע על ידי ביצוע קפדני ומדויק של העבודה שלב אחר שלב, באמצעות צוות מקצועי ומיומן שעבר הכשרה מתאימה.

פרישת כבלי הפלדה לדריכת-אחר (עטופים בפלסטיק כחול) וברזלי הזיון בשתי וערב, לקראת יציקת הבטון

מערכות מודבקות לעומת מערכות בלתי מודבקות – מהנדס זיו סלומון

בהרצאתו המעמיקה שחתמה את יום העיון, מהנדס זיו סלומון שפך אור על היבט נוסף של יישום טכנולוגיית דריכת האחר – והוא מערכות מודבקות (Bonded) לעומת מערכות בלתי מודבקות (Unbonded) של דריכת אחר.

מערכות מודבקות הן בדרך כלל מערכות רב-גדיליות (Multi Strand) המכילות מספר רב של כבלים בודדים, המונחים בדרך כלל בתוך שרוולי פח, ונדרכים בבת אחת לאחר יציקת הבטון. לאחר הדריכה, ממלאים את השרוולים בדייס – חומר צמנטי – אשר מדביק את הכבלים בעוצמה לשרוולי הפח ומעניק חוזק נוסף לאלמנט.

בדריכה שאינה מודבקת, כל גדיל עטוף בשרוול פלסטיק ומגורז (מצופה בגריז), כך שגם לאחר יציקת הבטון, הכבל חופשי לנוע בתוך המעטפת. מערכות בלתי מודבקות הן בדרך כלל חד-גדיליות (Mono Strand) וכל כבל נדרך בנפרד.

היתרון העיקרי של דריכת האחר הרב-גדילית המודבקת הוא החוזק שלה – כושר נשיאת העומסים שלה. בשיטה זאת נעשה שימוש בתכנון ובביצוע של אלמנטים שנדרכים במאמצים גדולים, כגון קורות משמעותיות של גשרים או קורות טרנספורמציה.

בהתאם, שיטת הדריכה המודבקת היא מורכבת יותר ודורשת יותר תשומות, וגם יותר עבודה, הכוללת את פרישׂת העורקים והשחלת הכבלים בתוך העורקים.

קולות מהשטח

בין הרצאה להרצאה, ובארוחת הצהריים, יצא לנו לשוחח עם כמה מהמשתתפים שנרשמו ליום העיון. גילינו מגוון גדול של אנשים שהגיעו ליום העיון ממגוון סיבות. החל ממהנדסים באחת מחברות ההנדסה הגדולות הארץ, שעדיין לא משתמשים בטכנולוגיה אך מתכננים להיכנס לתחום, דרך מהנדסים ומהנדסות עצמאיים שהגיעו מתוך סקרנות טכנולוגית, וכלה באנשי לוגיסטיקה ותמחור בחברות גדולות המתמחות בבניית מגדלים, שהגיעו כדי להכיר לעומק את שלבי הביצוע במטרה לדעת כיצד לתמחר נכון ולהיערך בצורה מיטבית לביצוע של פרויקט שבו דריכות אחר.

לסיכום: רוצים ללמוד עוד

הנדסה אזרחית נחשבת לתחום שמרני, אך בפועל הטכנולוגיה מביאה אליה חדשנות רבה. למהנדסים שנמצאים בחוד החנית של המקצוע שלהם, טכנולוגיה זאת מציעה יתרונות רבים על פני הבנייה הקונבנציונלית, ואין ספק כי בזכות יתרונותיה הרבים, השימוש בדריכת אחר רק ילך ויתפוס תאוצה בשנים הקרובות. אם יש תובנה ששמענו מספר פעמים ממשתתפי יום העיון היא, שהם היו רוצים ללמוד עוד על הטכנולוגיה ועל יישומה בשטח. בדיוק לצורך כך, הקמנו את מרכז הידע.

הפוסט חוד החנית של ההנדסה האזרחית – רשמים מיום עיון הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

אדריכל: משה צור אדריכלים ובוני ערים

תכנון: דורון שלו הנדסה

קבלן ראשי: לוינשטין נתיב

קבלן שלד: יילמזלר (טורקיה)

קבלן דריכה: בנין הארץ

[א] תקציר

מגדל רוגובין אקרו One Tower הוא מגדל ייחודי המתבלט בקו הרקיע של מתחם העסקים בבורסה ברמת גן. המגדל תוכנן על ידי האדריכל ומתכנן הערים פרופסור משה צור, והוא מעוצב בצורה ייחודית שבה תקרת המגדל "מסתובבת" סביב גרעין המבנה, ומבצעת שתי שבירות של הרצף האנכי של המבנה.

המבנה הוא מגדל מסחר ומשרדים בן 36 קומות המתנשא לגובה של 160 מטרים, עטוף בקירות מסך לכל גובהו, ומשתרע על פני 45 אלף מ"ר – נוסף על 5 קומות חניון בשטח של 15 אלף מ"ר. צורתו הייחודית של הפרויקט ייצרה אתגרים הנדסיים משמעותיים. כך, למשל, בבניית שלד המגדל בוצעו התקרות תוך שימוש בטכנולוגיות דריכת תקרות בדריכת אחר (Post Tensioning), דריכה שמתבצעת באתר הבנייה עצמו. בסך הכול בוצעו 37 קומות של תקרות בדריכת אחר, כאשר שטח כל קומה הוא 1,200 מ"ר – סה"כ 44 אלף מ"ר של תקרות דרוכות.

ביצוע התקרות הדרוכות באתר נמשך כשנה, תוך עמידה מלאה בלוחות הזמנים כפי שנקבעו בתיאום עם קבלן השלד והקבלן הראשי. הבנייה באתר, שהחלה ב-2019, הושלמה לאחרונה, והבניין נמצא בשלבי גמרים לקראת אכלוס.

במסמך זה נסקור את טכנולוגיית דריכת אחר כפי שבוצעה בפרויקט זה, נפרט את היתרונות והתועלות של השימוש בשיטה זאת בפרויקט, ונבחן אתגרים מיוחדים שעלו במהלך הפרויקט , הן אתגרים הנדסיים והן אתגרים תהליכיים, ואת הפתרונות שנבחרו לביצוע, אשר יכולים לשמש כהשראה לפרויקטים דומים.

[ב] מבוא: בטון דרוך

דריכת בטון היא טכנולוגיה מתקדמת לחיזוק בטון ואלמנטים מבניים. בשיטה זאת, כבלי פלדה שנפרשים לאורך ולרוחב אלמנט הבטון נמתחים לאחר יציקת הבטון על מנת לייצר עומס מלאכותי על האלמנט, אשר יתנגד לעומס השימוש הצפוי של האלמנט ולמעשה יקזז אותו.

ישנן שתי שיטות מרכזיות לדריכת בטון:

1. דריכת קדם (Pre-Tensioning)

בשיטה זו משתמשים להכנת לוח"דים – לוחות דרוכים מוכנים – אלמנטי בטון שמיוצרים במפעל בטון ונדרכים מראש, המגיעים לאתר הבנייה כשהם מוכנים. יתרונה המרכזי של דריכת קדם הוא שהדריכה נעשית במפעל, בתנאי מעבדה מפוקחים ובמידת דיוק גבוהה. חסרונות השיטה הן בחוסר גמישות ביצועית בשטח, שכן חוזק הלוח"ד נקבע מראש ובהתאם לסטנדרטים קבועים, ובקושי בהובלת הלוח"דים אל אתר הבנייה.

2. דריכת אחר (Post Tensioning)

בשיטה זו מתבצעות הן יציקת הבטון והן דריכת כבלי הפלדה באתר הבנייה עצמו. דריכת האחר מתבצעת באופן הבא: נפרשים כבלי הפלדה לאורך ולרוחב תבנית התקרה, במהלך פרבולי של עלייה וירידה בכיוונים הפוכים לכיווני הקריסה של הבטון בהתאם לתוכנית הקונסטרוקטור, ולאחר יציקת הבטון, הם נמתחים (נדרכים) על ידי בוכנות מיוחדות.

הרעיון שמאחורי דריכת אחר הוא ליצור מראש לחץ במקומות נבחרים בהתאם לדרישות התכנוניות ולעומסי השימוש הצפויים על האלמנטים השונים. את הלחץ יוצרים על ידי מתיחה (דריכה) של כבלי הפלדה הייעודיים, ליצירת עומס מלאכותי שיתנגד לעומסי השימוש של האלמנט ולמעשה יקזז את חלקם. היתרון של שיטה זו טמון בדיוק התכנוני המותאם לצורך ספציפי, וביכולת ליישם בשטח ללא הקושי של הובלת לוחות גדולים וכבדים אל אתר הבנייה.

[ג] יתרונות של דריכת אחר

דריכת אחר של בטון: יתרונות על פני יציקת תקרה רגילה

לדריכת אחר של בטון יש מספר יתרונות שהופכים אותה לכלי מרכזי בבניית מגדלים רבי קומות, מבני תעשייה ומסחר ומבנים ציבור:

• מבחינה הנדסית – רכיבי בטון העשויים מבטון בדריכת אחר הם חזקים יותר, עמידים יותר בפני סדיקה, עמידים יותר בפני קריסה, ומאפשרים מפתחים גדולים היוצרים חללים מרווחים, שמאפשרים גמישות תכנונית רבה יותר בתכנון החלוקות הפנימיות.
• חיסכון תקציבי לפרויקט – על ידי חיסכון בפלדה וחיסכון בבטון.
• הקטנת עובי התקרה – לחיסכון בבטון ובפלדה יש יתרון נוסף מהיבט תכנוני – השימוש בדריכת אחר מאפשר הקטנת עובי התקרות. הפרש זה, שעשוי להגיע ל-10 ס"מ לכל קומה, עשוי במגדלים רבי-קומות להגיע להפרש של קומה שלמה בבניין – שמשמעותה עוד שטח בנוי.
• קיצור משך הבנייה – שיטה זאת מאפשרת ביצוע מהיר יותר של הפרויקט כולו בהשוואה לשיטות בנייה אחרות משום שאפשר לפרק את תבניות הטפסנות של הבטון מהרגע שבו נדרכה התקרה, לאחר ארבעה ימים – בשונה מבטון רגיל – שבו אי אפשר לפרק את תבניות הטפסנות בפחות משבעה ימים מיציקת הבטון. עובדה זאת מקצרת בכמעט מחצית את משך הזמן הדרוש לביצוע התקרות, והיא גם מקטינה את כמויות חומרי התפעול הנדרשות באתר – משום שאפשר להשתמש שוב ושוב באותם חומרים ובאותן תבניות, במקום להחזיק במלאי גדול שיספיק לשבעה ימי המתנה שבהם התבניות תפוסות.

יתרונות של דריכת אחר על פני דריכת קדם

לוח"דים (לוחות דרוכים) הם אלמנטי בטון מזוין ודרוך שמגיעים מוכנים ממפעל בטון, שיטת דריכה זאת מכונה "דריכת קדם". הלוח"דים מגיעים בדרך כלל בלוחות ברוחב של 120 ס"מ ובאורכים משתנים. מבחינה הנדסית, לוח"דים משמשים לקירוי והם בעלי יתרונות דומים בהשוואה לבטון מזוין שאינו דרוך: יכולת הנשיאה שלהם ביחס לנפחם גבוהה, והם מאפשרים יצירת מפתחים גדולים, מפחיתים את הצורך בעמודי תמך, וחוסכים מקום וזמן ביישום בשטח. העובדה שהלוח"דים מיוצרים במפעל בטון תחת בקרת איכות הדוקה מבטיחה דיוק בכושר הנשיאה המוצהר. החיסרון הבולט ביותר של שימוש בלוח"דים הוא הלוגיסטיקה המורכבת הכרוכה בתיאום ייצור האלמנטים, הבאתם לאתר ואחסונם.

יתרונות של דריכת אחר על פני לוח"דים:

• תלות בלוחות הזמנים של מפעל הבטון: ייצור הלוח"דים במפעל הבטון הוא תהליך ממושך שלוקח מספר שבועות, ובהתאם לכך מפעלי הבטון עובדים בלוחות זמנים קשיחים שנקבעים זמן רב מראש. בסביבה כזאת, הגמישות בייצור או באספקה של רכיבי הבטון כמעט שאינה קיימת.
• לוגיסטיקה – הלוח"דים הם אלמנטים גדולים ושינוע שלהם לאתר הבנייה דורש משאיות גדולות, תיאום מראש עם הרשויות, חסימות נתיב ושימוש במנופים, ובהתאם גם היכולת לאחסן כמות גדולה שלהם באתר הבנייה מוגבלת. הגבלות אלה עלולות להאט את מהירות הבנייה באתר ולגרום לשיבושים בלוחות הזמנים. כשמדובר בבנייה של מבני תעשייה נמוכים יחסית באזורי תעשייה רחבים מחוץ למרכזי הערים היבט זה פחות בעייתי, אך בבניית מגדלי מגורים רבי-קומות באזורים צפופים כגוש דן ההיבט הלוגיסטי הזה הופך להיות משמעותי ביותר, במיוחד באתרי בנייה שבהם היכולת לאחסן כמות גדולה של לוח"דים מוגבלת, ועולה צורך לשנע שוב ושוב לוח"דים לאתר.
• גמישות תכנונית – לוח"דים מגיעים בצורת מלבן או ריבוע, ואי אפשר להזמין אותם בעיגולים, בטרפזים או בצורות גיאומטריות מיוחדות, בעוד דריכת אחר מקנה את הגמישות הזאת. גם כאן, כשמדובר במבני תעשייה שהם לרוב מלבניים או מרובעים, השימוש בלוח"דים רווח יותר. אך כשמדובר במגדלי משרדים ומסחר בתכנון אדריכלי, לרוב נעשה כיום שימוש בדריכת אחר של בטון.
• גמישות ביצועית – דריכת אחר באמצעות צוות קבוע שעובד באתר מאפשרת גמישות רבה בלוחות הזמנים. בשיתוף פעולה הדוק עם קבלן השלד והקבלן הראשי, יכולה גמישות זאת לבוא לידי ביטוי בחיסכון של זמן ומשאבים.

[ד] Bonded או Unbonded, זאת השאלה

היבט נוסף של יישום התקרות הדרוכות בתקרת אחר הוא ביצוע Bonded – מודבק – שבו מושחלים כבלי הפלדה בקבוצות של 3, 5, 12 או 19 כבלים לתוך שרוולים מיוחדים המכונים דאקטים, ומותקנים עוגנים בשני הצדדים. לאחר יציקת הבטון דורכים את גדילי הפלדה בעזרת ג'ק "מולטי-סטרנד" – רב גדילי, המותח למעשה את כל הכבלים בבת אחת ולא כל כבל בפני עצמו. כשהם נדרכים בקבוצה, מקבלים הגדילים המון כוח. לאחר מכן ממלאים את הדאקטים בחומר בטון בלתי מתכווץ המכונה "דייס". כאשר הדייס ממלא את החלל ומתקשה, הוא למעשה מוסר את הכוח שהיה בכבלים לתוך הבטון דרך תערובת הדייס ה"מדביקה" את הכבלים אל הבטון – ומכאן שמה של השיטה.

על פי רוב, יעדיפו המתכננים וקבלני הביצוע להשתמש בדריכת אחר מודבקת בנקודות מסוימות שבהן רוצים לנקז הרבה כוח, או הרבה מאמצים, ואי אפשר להשיג זאת בדריכת אחר בלתי מודבקת, שבנויה יותר לשטח מפורס ומפוזר. חברת בנין הארץ מבצעת את כל השיטות בהתאם לצורכי העבודה.

לרוב, מורכבת העבודה על פרויקט דריכת אחר מכ-95% דריכה בלתי מודבקת וכ-5% של דריכה מודבקת.

[ה] היישום בשטח: אתגרים ופתרונות

שיטת הביצוע – תקרות דרוכות

כל התקרות המקשיות של המגדל מחוץ לתחום הגרעין בקומות 1 עד 36 ומרתף 1- בוצעו כתקרות דרוכות.

הדריכה הייתה בשיטת Unbonded (דריכה בלתי מודבקת) ותוכננה עבור העומסים האנכיים – כפי שצוינו בתוכניות המגדל ובפרוגרמה.

תהליך עבודה דו-שלבי

תהליך הביצוע של דריכת אחר של תקרות הוא דו-שלבי. בשלב הראשון יש לפרוש את כבלי הפלדה בהתאם לתוכנית ההנדסית. לאחר מכן, מתבצעת יציקת הבטון, ויש להמתין שלושה ימים עד שהתקרה תתחזק ותתקשה. בשלב הבא מגיעים פועלי הדריכה לביצוע דריכת כבלי הפלדה לשם יצירת עומסים מלאכותיים בבטון הטרי.

בביצוע דריכת אחר של תקרות בפרויקטים גדולים של בנייה, שיתוף הפעולה מול הקבלן הראשי ומול קבלן השלד הוא חיוני, כמו גם הדרישה לעמידה בלוחות הזמנים התובעניים של הפרויקט.

שיטת דריכת האחר נושאת יתרונות רבים, אך יישומה המוצלח כרוך בהתמודדות עם מספר אתגרים – העיקריים שבהם הם:

1. האתגר – צוואר בקבוק תהליכי

בביצוע תקרות דרוכות בדריכת אחר נוצר מעין צוואר בקבוק בתהליך הבנייה, והוא פרק הזמן הדרוש לפרישת כבלי הפלדה ולעבודה עליהם. בזמן פרישת הכבלים והטיפול בהם, העבודה על שלד הבניין נעצרת עד לתום הפרישה והיציקה. אם אין סינרגיה טובה ושיתוף פעולה פורה בין הקבלן הראשי, קבלן השלד וקבלן הדריכה, עלולים להיווצר עיכובים מיותרים ויקרים.

הפתרון – צוותים מקבילים ושיתוף פעולה תפעולי

אחד הפתרונות הביצועיים שהטמיעה חברת בנין הארץ בחלק מהפרויקטים שלה ברחבי הארץ הוא שיטת עבודה שמוצעת לקבלן השלד ולקבלן הראשי, שמטרתה לשחרר ככל האפשר את צוואר הבקבוק הזה שנוצר בין ביצוע השלד ובין דריכת התקרות.

בשיטה זאת, משתמשים אנשי הדריכה של בנין הארץ בפועלי השלד של קבלן השלד, תוך כדי ליווי ופיקוח של בנין הארץ בכל ההיבט המקצועי. שיטה זאת מאפשרת גמישות תפעולית ופעולה סינרגטית באתר, שקשה להשיגן באופן אחר.

כך, לדוגמה, אם פועלי השלד סיימו את ההכנות לביצוע דריכת התקרה בשעה עשר בלילה, במקום שקבלן הדריכה ייכנס רק בשבע בבוקר, יכולה משמרת הלילה של קבלן השלד להיכנס מייד לעבודה על דריכת התקרות וכך ליצור מצב של אפס זמן המתנה. במצב אחר, גם אם ביצוע עבודות השלד המקדימות נמשך זמן קצר יותר מהצפוי, יתקשה קבלן הדריכה לגלות גמישות בנקודות אלה, ולהקדים את ביצוע עבודות הדריכה. שיתוף פעולה כזה מאפשר לקבלן הדריכה להיות גמיש ומהיר.

2.  האתגר – ביצוע מדויק

דריכת אחר של תקרות היא עבודה הדורשת דיוק רב והיצמדות לתוכנית מהנדס היציקה, וחשוב מאוד לשמור בה על כל הפרטים הקטנים, שלב אחר שלב. היות וקשה מאוד לתקן טעויות בבטון שהתגלו לאחר היציקה, ישנה חשיבות מכרעת לעבודה מדויקת לכל אורך הדרך.

הפתרון – הסמכות מקצועיות

כוח אדם איכותי הוא המפתח להבטיח כי יישום התקרות הדרוכות יהיה מדויק ויספק עמידות וביצועים לטווח ארוך. לשם כך, מספר רב של גופים וחברות מקצועיות בארצות הברית ובאירופה מציעות הכשרות מקצועיות בדריכת אחר, לאנשי צוות המבצעים את פרישת הכבלים והמתיחה ולאנשי פיקוח.

אנשי הצוות המקצועי של בנין הארץ עוברים הכשרות והסמכות הן של חברת GTI (General Technology Inc) והן של תאגיד TTM האירופי – לשימוש בשיטות הדריכה ובציוד שלהן.

מובילי הצוות המקצועי של בניין הארץ אחראיים לכל היבטי הביצוע של העבודה, וכאשר נעשה שימוש באנשי הצוות של קבלן השלד כפי שתואר לעיל, הם מסמיכים את הפועלים בשטח לעבודת פרישת הכבלים בלבד, מלמדים אותם את העבודה ומדריכים אותם בכל ההיבטים המקצועיים. את פעולת הדריכה מבצעים אך ורק עובדי בנין הארץ המוסמכים.

3. עיצוב ייחודי – אתגר הנדסי וביצועי

העיצוב המיוחד של מגדל רוגובין אקרו One Tower, שנראה כשלוש קוביות זכוכית המונחות זאת על גבי זאת, כשהן מוסטות בתנועה סיבובית המקנה לבניין עיצוב דינמי ובולט, כלל למעשה שתי שבירות אופקיות מרכזיות שהיוו אתגר הנדסי וביצועי.

שיטת ביצוע – קומות השבירה הזוויתית

• קומות השבירה הזוויתית הינן קומות שבהן קיים שינוי בזווית העמודים האלכסוניים וכתוצאה מכך מתפתחים כוחות אופקיים.
• בקומות שבהן יש שבירה זוויתית במבנה – 2,45,11,14,17,23,26,29 – נדרשה מערכת דריכה נוספת עבור התקרות כדי לקזז את העומסים האופקיים המתווספים.
• בקומות שבהן נדרשה דריכה נוספת עבור העומסים האופקיים בוצעו שתי מערכות דריכה:
• דריכה צנטרית באמצעות דיווידאגים במרכז החתך (ראו בשרטוט סימון דריכה בתוכניות קומות השבירה)
• רצועות דריכה באמצעות כבלים בלתי מודבקים ישרים בפן העליון והתחתון של החתך.

• בכל עמוד בקומת שבירת הזווית נדרש פרט שבירה מפלדה – פרופיל שמעוגן בעמוד מלמעלה ומלמטה ופחי פלדה הנמשכים אל תוך התקרה, שנועד לקבל את העומסים האופקיים. בעמודים שבהם התבצעה דריכה באמצעות דיווידאגים, בוצעה הדריכה כנגד פרט הפלדה.

מרכיבי פרט השבירה:

1. פרופיל אנכי להעברת הכוח הצירי בעמוד – מעוגן בעמוד מלמעלה ומלמטה
2. פלטת חיבור בין פרופילים
3. פח אופקי מעוגן ברצפה
4. פח אנכי ושני פחים ניצבים – לעיגון הדיווידאגים
5. פח כפול מחוזק בצלעות הקשחה, להעברת כוחות דריכת הדיווידאגים
6. מוטות דריכה ציריים – שעוברים במרכז החתך ומעוגנים
7. רצועות דריכה באמצעות כבלים בלתי מודבקים ישרים בפן העליון והתחתון של החתך

מוטות דיווידאג (Dywidag)

מוטות הדיווידאג הם מוטות פלדה עם הברגה גסה לכל אורכם, שנועדו לחיבור שני חלקי תבנית מתועשת. המוטות עמידים בפני עומסים גדולים. מוטות הדיווידאג מתאפיינים בחתך אובלי עם שטח חלק משני צידי המוט, צורת הברגה המיועדת לאפשר תברוג קל בעזרת אומי פרפרים ואביזרים משלימים אחרים.

השימוש במוטות הדיווידאג במגדל One Tower התבצע בקומות שבהן יש שבירה בזווית של הבניין. במקומות אלה, מוטות הפלדה העבים נדרכים ומחברים את הקירוי על הגרעין המרכזי של הבניין. עבודות אלה הן מאתגרות יותר, מורכבות יותר ומצריכות מיומנות רבה יותר של אנשי הצוות.

סיכום

כפי שראינו במקרה בוחן זה, טכנולוגיית דריכת אחר של תקרות בטון היא פתרון מתאים לבניית מגדלי מגורים רבי-קומות בלב אזור עירוני. יתרה מזאת, על מנת לבצע את העיצוב האדריכלי הייחודי של המבנה, טכנולוגיית דריכת אחר היא כמעט כורח המציאות – ומספקת חוזק הנדסי וגמישות תכנונית שטכנולוגיות בנייה מסורתיות אינן מסוגלות לספק.

אחד הגורמים המכריעים ביותר בביצוע המהיר והיעיל של 37 התקרות הדרוכות בפרויקט מגדל רוגובין אקרו Tower One, תוך עמידה בלוחות הזמנים, היה שיתוף הפעולה והסינרגיה בין חברת בנין הארץ, ששימשה קבלנית הדריכה, ובין קבלן השלד והקבלן הראשי של הפרויקט.

הפוסט קייס סטאדי: דריכת אחר של תקרות במגדל רוגובין אקרו One Tower הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

תחום ההנדסה האזרחית, הנחשב לתחום שמרני, נמצא בקפיצה טכנולוגית בשני העשורים האחרונים. שימוש בחומרים מרוכבים, כמו יריעות סיבי פחמן (CFRP), יישום טכנולוגיות של דריכות קדם ודריכות אחר, כמו גם כלי מדידה חדשניים, מציעים יתרונות משמעותיים ביישום וחיסכון בעלויות ומשנים את פני התחום. אחת ממטרות מרכז הידע היא להשאיר את המהנדסים, המתכננים ומנהלי הפרויקטים מעודכנים בטכנולוגיות וביישום שלהן, ובכלל כך לקיים ימי עיון מקצועיים.

סוגי דריכת בטון: דריכת קדם ודריכת אחר

בטון דרוך הוא טכנולוגיה מתקדמת של בטון מזוין, המתקבל משילוב רשתות או מוטות פלדה או חומר אלסטי אחר עם הבטון, היוצרים יחד חומר חזק במיוחד בעל כושר התנגדות לסוגים שונים של מאמצים, המעניק לו תפקיד מרכזי בבנייה של מבנים גבוהים או מבנים המתפרשים על פני שטח גדול. לאחר יציקת הבטון, נמתחים או נדרכים כבלי הפלדה ליצירת עומס מלאכותי על האלמנט, אשר מתנגד לעומסי השימוש של האלמנט ולמעשה מקזז את חלקם.

ישנן שתי שיטות עיקריות של בטון דרוך: דריכת קדם (Pre Tensioning), שבה מיוצרות קורות הבטון המזוין במפעל בטון, והן מגיעות לאתר כשהן יצוקות ודרוכות. קורות מבטון דרוך משמשות בדרך כלל לבניית גשרים או לקירוי הנושא עומסים גדולים על פני מפתחים גדולים. שיטה נוספת, ההולכת וצוברת תאוצה בשנים האחרונות, היא דריכת אחר של בטון (Post Tensioning).

דריכת אחר: יישום מדויק מאפשר יתרונות רבים

דריכת אחר של בטון (Post Tensioning) היא שיטה שבה הבטון אינו מגיע מוכן ודרוך מראש, אלא נוצר באתר הבנייה עצמו. בטכנולוגיה זו, הדורשת תכנון קפדני, שימוש בתוכנות מחשב מיוחדות ויישום קפדני ומקצועי במיוחד, מונחים כבלי הפלדה על גבי סולמות, שרוולי מתכת או צינורות פח, בטרם יציקת הבטון, והם נדרכים (נמתחים) רק לאחר שהבטון שנוצק התקשה והתחזק.

השימוש בשיטה זו מאפשר את הקטנת עובי התקרה, כמו גם את הפחתת כמויות הבטון והפלדה שבהן צריך להשתמש על מנת להגיע לחוזק הרצוי. כמו כן, באמצעות תקרות דרוכות אפשר לגשר בקלות על פני מפתחים גדולים ולהוריד את מספר עמודי התמיכה הנדרשים. בהשוואה לשיטות בנייה אחרות, אלמנטים דרוכים בדריכת אחר עמידים יותר בפני רעידות אדמה, לא נסדקים ואטומים יותר למים, וכתוצאה מכך בעלי יכולת להחזיק מעמד זמן רב יותר.

יום עיון מקצועי של איגוד המהנדסים ובנין הארץ

יום עיון מקצועי ראשון מסוגו בנושא דריכות אחר של בטון יתקיים ב-29.6 בחסות איגוד המהנדסים ובנין הארץ, המפעילה את מרכז הידע למהנדסים. ביום העיון, יציגו מיטב המהנדסים והמנהלים את הפיתוחים האחרונים בתחום, את הפוטנציאל של תכנון וביצוע תקרות דרוכות בדריכת אחר, את עקרונות התכנון והביצוע של שיטה זו ואת הדרכים ליישום נכון ומדויק שלה.

בין השאר, ירצו המהנדס נחום יחזקאל על יתרונות הבטון הדרוך, דורון קורמן על יבוא כבלים מחו"ל, מני הסהס, מנהל תחום הדריכות בבנין הארץ, ירצה על יעילות תפעולית וחדשנות בעולם הדריכות, מהנדס כורש חלפרי מ"ארמה מהנדסים" יציג נקודות לציון בתכנון ובביצוע של דריכות אחר, דידי ליבי, מנכ"ל סקאן אין, יציג פן נוסף של השימוש בטכנולוגיות אלו ואת האופן שבו אפשר לבצע שינויי תשתית בתקרות דרוכות, ומהנדס זיו סלומון ירחיב על ההבדל בין שיטת Bonded (מודבקת) ובין שיטת Unbonded (בלתי מודבקת) בדריכות אחר.

איך נרשמים ליום העיון על דריכות אחר?

יום העיון מקצועי, שייערך בפתח תקווה ב-29.6.22, מיועד למהנדסים, מתכננים, יזמים ומנהלי פרויקטים. עלות ההרשמה ליום העיון, כולל ארוחת צוהריים, עומד על 190 ₪ (לחברי איגוד המהנדסים 150 ₪).

לחצו כאן לפרטים נוספים ולהרשמה – מספר המקומיות מוגבל

הפוסט להיות בחוד החנית של ההנדסה האזרחית: יום עיון מקצועי בנושא "דריכת אחר" הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

ביצוע: אוקטובר 2020

תוכנית הניסוי והבדיקה חוברה בהשתתפות:

ד"ר בוריס מורבין (אינטגריטי דיאגנוסטיקס, ndt.co.il)

ולדימיר שפילוב (כי"ל ים המלח)

רן עקיבא (מכון תמ"י – מרכז המחקר המרכזי של כימיקלים לישראל)

בדיקות אולטראסוניות: גבי שואף

שרון אלבז (בנין הארץ)

רקע

רכיבי פלדה ובטון זקוקים לשיקום מעת לעת.

רכיבי הפלדה והבטון המבניים במפעלי ICL (לשעבר "כימיקלים לישראל – כי"ל") באתר סדום בים המלח נדרשים לשיקום בתכיפות גבוהה, שכן הם נתונים לשחיקה מואצת ולקורוזיה עקב תנאי האקלים הקיצוניים שם, המתאפיינים בריכוז מלחים גבוה באוויר ובטמפרטורות גבוהות. כתוצאה מכך, נדרש המפעל לשקם רכיבי קונסטרוקציה פגועים מדי שנה בעלות של כ-3,000,000 דולרים בשנה.

נוסף להוצאות הישירות על שיקום הרכיבים, סופגת החברה נזק משני משמעותי, בשל העובדה שעבודות השיקום מפריעות לעבודתו הסדירה של המפעל.

הפתרונות הקיימים לוקים בחסר

ישנם שני פתרונות מרכזיים לשיקום רכיבי בטון ופלדה: החלפת הרכיב בשלמותו, או תיקון על ידי ריתוך של פלטות ממתכת לגיבוי. ברוב המקרים, מוחלפים רכיבי הפלדה הפגומים בשלמותם – גם במקרים שבהם הקורוזיה היא מקומית בלבד.

1. החלפת הרכיבים הפגומים בשלמותם

לשימוש בשיטה זאת יש מספר חסרונות:

• כדי לבצע עבודות אלה, נדרש פירוק של המערכות הבנויות על רכיבי הפלדה שיש להחליף. המשמעות במקרים רבים היא הפרעה לייצור ואפילו השבתתו.
• מדובר בעבודות "חמות" הדורשות ריתוך ומסוכנות בסביבה נפיצה ודליקה. אחת הדרכים להתמודדות עם בעיה זו היא, שוב, עצירת הייצור בעת ביצוע העבודות.
• הצורך בהקמת תמיכות זמניות התופסות נפח ועלולות להפריע לפעילות היצרנית הרגילה של המפעל ולשבש עבודות תחזוקה נדרשות אחרות.
• ביצוע שיקום בשיטות המסורתיות דורש זמן רב וכרוך במספר שלבים רב במהלך הביצוע.

2. תיקון הרכיבים הפגועים על ידי ריתוך של פלטות ממתכת לגיבוי.

גם שיטה זאת כרוכה בהפרעות לייצור, מסיבות דומות לאלה שנמנו בשיטה הקודמת. מעבר לכך, קיים חיסרון נוסף והוא שפעולת הריתוך עצמה מהווה מוקד לקורוזיה ועלולה להאיץ אותה. בעבר נעשו ניסיונות רבים לביצוע תיקוני ריתוך מקומיים, אך הניסיון הראה כי התוצאות לא הצדיקו את המאמצים.

כך, למרות החסרונות הנלווים, ברוב המקרים שבהם מתגלה רמת קורוזיה מקומית בינונית מחליטים כיום על החלפת הרכיבים הפגומים בשלמותם, מבלי לנסות לתקן אותם.

צורך בכלי שיקום נוסף

בשל היקף הבעיה ובשל מוגבלות הפתרונות הקיימים והרצון להימנע מהשבתת המפעל ומעצירת הייצור, נוצר צורך בכלי שיקום נוסף לקונסטרוקציה הפגועה.

חברת בנין הארץ, המתמחה בעבודות הנדסיות מורכבות וביישום יריעות פחמן מחוזק (CFRP) לחיזוק מבנים, הציעה לכי"ל את האפשרות של חיזוק רכיבי הפלדה הפגועים על ידי שימוש בחומרים מרוכבים – יריעות סיבי פחמן. יריעות הפחמן המחוזק מאפשרות ביצוע של חיזוק נקודתי, ללא שימוש בריתוך, ותוך הפרעה מינימלית לעבודת המפעל.

יצוין כי לכי"ל כבר היה ניסיון מוצלח בעבודות חיזוק באמצעות יריעות פחמן מחוזק של אלמנטי בטון שבוצעו על ידי חברת בנין הארץ בשנים האחרונות.

רקע – פולימרים מחוזקים בסיבי פחמן (CFRP)

סיבי פחמן הם חומר המורכב מסיבים דקים מאוד של אטומי פחמן. סיבי הפחמן מאורגנים בגבישים זעירים הסדורים לאורך הסיב. קוטרו של כל סיב בודד אינו עולה על 0.010 מילימטרים. השימוש הבסיסי בסיבים אלה הוא שזירתם של כמה אלפי סיבים יחד, לקבלת חוט בעל חוזק רב שאותו אפשר לשזור לאריג. באמצעות טבילת אריג סיבי הפחמן בפולימר מתקבל חומר מרוכב שמתאפיין בחוזק רב יחסית לעוביו ולמשקלו, ומאפשר לעצב משטחים חזקים בעלי משקל קל ונפח קטן. שרף האפוקסי הוא דבק פלסטי רב עוצמה ויישום שלו עם היריעות יוצר מערכת המאפשרת חיזוק משמעותי של מבנים ורכיבים.

לסיבי הפחמן מספר יישומים שונים שבהם אפשר להשתמש בהתאם לצרכים ההנדסיים. בהתאם לעיצוב האריג ולכיוון הסיבים, יריעות הפחמן מסוגלות לשאת מאפיינים מבניים שונים: היריעות יכולות להיות חד-כיווניות, כלומר חזקות וקשיחות רק בכיוון מתיחת הסיבים; דו-כיווניות – הארוגות בשתי וערב שמקנים להן כוח וקשיחות זהים לכל כיווני מישור היריעה, ורב-כיווניות, המיוצרות בזוויות מדויקות בהתאם לתכנון ההנדסי הנדרש.

סיבי הפחמן מגיעים במספר תצורות:

יריעות: יריעות סיבי פחמן הן בעובי של כ-0.33 מילימטרים. היריעות מגיעות בגלילים ואפשר לפרוש אותן בהתאמה לתצורות השונות של רכיבי המבנה הזקוקים לשיקום או לחיזוק. היריעות משמשות לחיזוק ולהגדלת עומסים במבני בטון, לשיקום וחיזוק עמודי בטון תומכים, להגדלת העומס הדינמי בגשרים, ולשיקום וחיזוק של קירות סדוקים ועוד. היריעות מודבקות באמצעות שרף האפוקסי סיקה-דור 300 ופריימר מסוג סיקה-דור 330, חומר כימי המשמש להכנת המשטח ולשיפור היצמדות היריעות.

למינטים: לוחות סיבי פחמן שמגיעים בצורת רצועות גמישות שנדחסו במפעל, והן מגיעות בגליל שאפשר לחתוך ממנו פסים באורך הנדרש לפי מידה ומוכנות להדבקה על פני המשטחים או הרכיבים המבניים שאותם יש לחזק. מודול האלסטיות של הלמינטים מסדרת M של סיקה זהה לזה של פלדה, בעובי של 1.4 מילימטר בלבד. הלמינטים מודבקים באמצעות שרף האפוקסי סיקה-דור 31.

מוטות (רודים): מוטות קשיחים מוכנים של פולימר פלסטי מחוזק בסיבי פחמן. במוטות אלה נעשה שימוש בדרך כלל בטכניקת NSM – "הרכבה קרובה לפני השטח" – שבה מושחלים המוטות לחריצים ייעודיים שנחרצו לצורך כך ברכיבי הבנייה שאותם יש לחזק. היות שהממשק בין הפחמן לאפוקסי חזק יותר מזה שבין הפלדה לבטון, אפשר להתקין את המוטות בחריץ מינימלי בגבול עובי הכיסוי, ללא פגיעה בזיון הקיים, וללא צורך לכסות בחומרים מעכבי חלודה.

סיבי פחמן כפתרון שיקומי לפלדה

ככלי שיקומי – השימוש בטכנולוגיה זאת של חיזוק רכיבי פלדה בטכנולוגיית פחמן מחוזק במקומות של קורוזיה מקומית כגון מפעל כי"ל עשוי לחסוך משאבים רבים ולספק תועלת רבה.

עד כה נעשה בישראל שימוש בטכנולוגיית יריעות הפחמן בעיקר בחיזוק רכיבים של בטון או בטון מזוין. דוגמאות אפשר למצוא כאן וכאן. אך לא היה ניסיון בארץ בשימוש בטכנולוגיה זאת לחיזוק רכיבים מבניים מפלדה.

דוגמאות לחיזוק פלדה על ידי יריעות פחמן קיימות ומוצגות בחו"ל על ידי יצרן לוחות סיבי הפחמן, אך הואיל ופתרון זה טרם יושם בישראל או באזור אחר בעולם שבו תנאים אקלימיים הדומים לאלו השוררים באזור ים המלח, ולאור העובדה שהתקינה הבינלאומית לגביו אינה מקיפה דייה, הוחלט לערוך ניסוי לבדיקת חומרי החיזוק והשפעתם על האלמנטים הפגועים מקורוזיה על מנת לבחון את היתכנות החיזוק באמצעים אלה, ונוסף על כך, לחשוף קשיים אפשריים ביישום טכנולוגיה זאת בתנאי האתר.

כמו כן בוצע ניסוי נפרד שבחן את עמידות שרף האפוקסי עצמו – הדבק הפלסטי רב העוצמה שבו משתמשים להדבקת יריעות הפחמן – בתנאי מעבדה שמדמים חשיפה ממושכת לתנאי אקלים קיצוניים הדומים לאלו השוררים באתר – פירוט מלא בהמשך.

רקע: תקנים ומחקרים בעולם

אף כי בעולם בוצעו מחקרים בנושא של חיזוק רכיבי מתכת בטכנולוגיית יריעות פחמן מחוזק, ובמספר מדינות אף הוצעו תקנים לביצוע חיזוק מסוג זה, הן המחקר והן התקינה בנושא לוקים עדיין בחסר.

בבריטניה, התאחדות המחקרים והמדע של תעשיית הבנייה (CIRIA) פרסמה את דו"ח CIRIA C595: חיזוק רכיבי מתכת תוך שימוש ביריעות פחמן מחוזק מודבקות, שכולל הנחיות המקיפות את כל היבטי תכנון החיזוק ובכללם רכש, עיצוב, יישום ופיקוח.

מכון המהנדסים האזרחיים ICE הבריטי פרסם ב-2021 מחקר על התנהגות קורות פלדה שחוזקו ביריעות פולימרים מחוזקים בפחמן (CFRP). המחקר התבסס על ניסוי שבו נבדקו מאפייניהן של קורות פלדה שחוזקו בטכנולוגיה זאת, הראה כי חיזוק זה הגביר את עמידות הקורות בפני עומס ושחיקה, והוכיח כי מדובר בשיטה יעילה שמגבירה גם את עמידותן של קורות פלדה סדוקות.

במחקר מ-2006, בדקו שנרץ' (Shnerech) ואחרים את התנהגות השרף האפוקסי בחיזוק רכיבי פלדה, ודנו בשיטות להכנת פני השטח לפני היישום, ובאמצעים למניעת קורוזיה גלוונית.

באיטליה, מועצת המחקר הארצית של איטליה, גוף המחקר הממשלתי שאחראי גם על התקנים הטכניים וההנדסיים, פרסמה קו מנחה שעוסק בחיזוק רכיבי מתכת בעזרת יריעות פחמן מחוזק (CFRP) תקן CNR-DT 202 2005.

בשנת 2013 יושמה טכנולוגיה דומה לחיזוק קורות של ברזל יצוק בתקרת הרכבת התחתית של לונדון בסמוך לתחנת אמבנקמנט.

ניסוי בתנאי האתר

על רקע תנאי האקלים הקיצוניים באתר המפעל וחוסר הניסיון בשימוש בטכנולוגיית יריעות פחמן לחיזוק רכיבי פלדה בתנאים אלה, הוחלט לבצע בתנאי האתר ניסוי של חומרי החיזוק ושל השפעתם על האלמנטים הפגועים מקורוזיה.

מטרות הניסוי:

• לבדוק את אפשרות השיקום של רכיבי הפלדה על ידי סיבי פחמן
• לנתח את אופן התנהגות הרכיבים המחוזקים בתנאי האתר
• לבחון את המגבלות של ביצוע השיקום באופן זה
• לערוך בדיקת שיטה בתנאי האתר במתקני החברה באתר סדום

בניסוי נוסף שנערך במקביל, נבדקה ונותחה עמידות שרף האפוקסי בתנאי חשיפה של אלף שעות בתא מלח.

תוכנית הניסוי: השוואה משולשת בין קורות פלדה חדשות, פגועות וקורות פגועות שעברו חיזוק על ידי CFRP

תוכנית הניסוי כללה השוואה בין שמונה קורות פלדה בעלות פרופיל H – קורות שהשימוש בהן נפוץ בתעשייה הבנייה. קורות הפלדה חולקו לשלוש קבוצות:

1. קבוצה ראשונה: שלוש קורות חדשות.
2. קבוצה שנייה: שתי קורות פגועות מקורוזיה.
3. קבוצה שלישית: שלוש קורות פגועות מקורוזיה שחוזקו ביריעות פחמן מחוזק (CFRP).

חיזוק קורות הפלדה בקבוצה השלישית בוצע על ידי חברת בנין הארץ. על מנת להבטיח יישום תקני ואחיד ברמה עולמית, נערך חיזוק רכיבי הפלדה בצמוד לתקן האיטלקי CNR-DT 202 2005 בהיבטים הטכניים של יישום טכנולוגיות הפחמן המחוזק (CFRP) לחיזוק מתכות.

יישום הניסוי: הכנות, ביצוע וניטור

שלב א': מיון קורות הפלדה והכנתן לניסוי

1. בחירת הקורות: קורות הפגועות מקורוזיה פורקו ממתקן קיים של כי"ל באתר סדום שהוקם בשנות ה-80 של המאה הקודמת. הקורות שפורקו הן פרופילי פלדה בגודל 160HEA באורך 4–5 מטרים עם פגיעות קורוזיה אופייניות. בקורות התגלו שקעים עם איבוד עובי דופן עד 80%. משום שהקורות הגיעו באורכים שונים, על מנת לקבל מִפתח אחיד שיאפשר השוואה מדויקת בין התנהגות הקורות הוארכו כל הקורות בקצותיהן לאורך של 5.4 מטרים עם חיבור תקני על ידי ריתוך פלטות גיבוי.על כל הקורות נערכה בדיקת מעבדה אולטראסונית לגילוי עובי הדופן הקיים של פרופיל הפלדה במספר נקודות. הבדיקה בוצעה על ידי מעבדת גבי שואף.

2. בדיקת הקורות: דגימות של הקורות המיועדות לחיזוק נשלחו לבדיקת הרכבן הכימי והתכונות המכניות שלהם. על בסיס תוצאות הבדיקות האלה נקבע סוג הפלדה של הקורות והתבצעה הזמנה של קורות חדשות להשוואה בהתאם לתוכנית הניסוי.
3. חלוקת הקורות לקבוצות: בהתאם לתוכנית, נבדקו 8 קורות המחולקות לשלוש קבוצות: חדשות, פגועות ופגועות שחוזקו.
4. סימון ומיפוי הקורות: בכל הקורות הפגועות (המחוזקות והבלתי-מחוזקות) סומנו נקודות פגיעת הקורוזיה במרחק של 500 מילימטר ממרכז הקורה. בקורות המחוזקות בוצעו צילומים של הפגיעות לפני החיזוק וסומנו מקומות אחרי ביצוע החיזוק בצבע צהוב בולט. לפני תחילת הניסוי בוצע מיפוי עובי הדופן של הקורות על ידי קבלן מורשה, כולל הכנת תיעוד מיפוי עובי הדופן.

מתקן הניסוי להעמסה על קורות הפלדה וניטורן

מתקן הניסוי הוקם באחד ממתחמי חצר המפעל, במיקום שאִפשר מדידה ומעקב נוחים במהלך הניסוי. מתקן הניסוי עצמו יוצר על ידי קבלן קונסטרוקציה שפעל בשירות המפעל באתר סדום. המתקן כלל מסגרת עם מפתח קורה של חמישה מטרים, שבמרכזה בוכנה הידראולית שמפעילה עומס מלמעלה כלפי מטה. שיטת העמסה זאת מדמה את העומס שיופעל על האלמנט בעת שימוש בו, ולכן תוצאותיה נחשבות לאמינות.

שלב ב': חיזוק קורות הפלדה הפגועות

חיזוק קורות הפלדה הפגועות מקורוזיה בוצע לאורך כל הקורה. החיזוק התבצע באתר על ידי עובדי חברת בנין הארץ לפי מפרט יצרן הלוחות.

חומרי החיזוק

למינטים של פולימרים מחוזקים בפחמן סיקה קרבו-דור M914 בעובי 1.4 מ"מ הודבקו לקורות הפלדה באמצעות דבק אפוקסי דו-רכיבי מסוג סיקה-דור 31 S-02 SBA.

תהליך חיזוק קורות הפלדה

תהליך חיזוק קורות הפלדה הפגועות בוצע בשלבים הבאים:

1. ניקוי ראשוני והסרת חלקים רופפים. ניקוי מכני כולל שיוף במברשת פלדה עד להגעה לפלדה בריאה. הניקוי נעשה בכלים ייעודיים עם בדיקה רצופה לאיכות פני האלמנט. אחרי הניקוי בוצע סילוק חומר על ידי מפוח ייעודי.
2. בדיקות עובי דופן הקורות וסימון מקומות לשיקום או לחיזוק בהתאם להוראת מנהל הפרויקט, וחישוב אחוזי פגיעת הקורוזיה.
3. סימון מקומות לבדיקת עיבורים ושקיעות.
4. מילוי שקעים שנוצרו על ידי קורוזיה בחומר ייעודי.
5. חיתוך יריעות ולוחות פולימרים מחוזקים בפחמן (CFRP) בהתאם למידות האלמנטים המיועדים לחיזוק.
6. יישום חומרי הדבקה והדבקת הלוחות והיריעות עם הידוק ראשוני.
7. הידוק סופי והמתנה של 72 שעות לייבוש החומרים.

שלב ג': ניטור

על מנת לבחון את תפקוד הקורות בזמן ההעמסה, לווו כל בדיקות ההעמסה בניטור שהתבצע במקביל על ידי מספר חיישנים:

• מד עיבורים (סטריין גייג'): מד העיבורים מבוסס על העברת זרם חשמלי בין שני רכיבי החיישן, וזיהוי של כפיפות ומתיחות מזעריות על ידי ניטור השינויים שנגרמים לזרם החשמלי בעת ההעמסה על הרכיב.
• קראק מטר: חיישן המבוסס על סרט מדידה רגיש מאוד המתארך ומתכווץ בחזרה באמצעות קפיץ. חיישן זה מאפשר לזהות שקיעות לאורך הקורה, בדיוק של מאיות מילימטר.
• חיישן עומס – מתמר שקילה: מתמר שקילה הוא פלטה המחוברת לחיישן שמזהה כמה כוח מופעל עליו ומציג אותו כמשקל. חיישן זה מוקם בין הקורה ובין הבוכנה שהפעילה את ההעמסה.

הפרמטרים שנבדקו בעזרת החיישנים:

1. דפורמציה – שקיעות של הקורה כלפי הקרקע במרכז מפתח הקורה נמדדו כהפרש הגובה בין תחתית הקורה במצב ללא עומס ובמצבה תחת עומס בכל נקודת העמסה, ונרשמו כפונקציה של רמת ההעמסה בנקודת זמן נתונה. השקיעה נמדדה במילימטרים ברמת דיוק של מילימטר אחד, לפי נתוני יצרני ציוד המדידה.
2. עיבורים (עיוותים) – נמדדו בשני חתכים במרחק 200 מילימטרים בקורות הפגועות. נוסף על כך, לכל קורה פגועה נמדדו העיבורים בשתי נקודות עם פגיעת קורוזיה בתחום של 200 מילימטרים במרכז הקורה. בקורות החדשות, נמדדו העיבורים בחתך אחד במרכז הקורה, בשלוש נקודות בכל חתך. בכל שלב ושלב ההעמסה, בוצעה השוואה בין מדי העיבורים כדי לראות אם קיים שוני בין אזורים עם קורוזיה וללא קורוזיה. כמו כן, הותקן מד עיבורים אחד על נקודת חיזוק ה-CFRP על מנת להשוות את רמת העיבורים לזאת של הפלדה.

3. ניטור באמצעות טכנולוגיית פליטות אקוסטיות:

פליטה אקוסטית היא תופעה פיזיקלית של פליטת קול עקב דפורמציה (שינוי צורה, עיוות) או התפתחות שבר בחומר. הטכנולוגיה מבוססת על ניטור גלי מתח (Stress Waves) – גלי קול בתדרים הנמצאים מחוץ לטווח השמיעה האנושית – בין 1 קילו הרץ ל-20 קילו הרץ, הנוצרים בגוף שפועלים עליו כוח חיצוני, לחץ פנימי או שינוי טמפרטורה.

על ידי שימוש בחיישנים פיזואלקטריים, הממירים זעזועים מכניים לאותות חשמליים, ואנליזה מיוחדת של הגלים שנקלטו, טכנולוגיה זאת מאפשרת זיהוי ומיקום של האזורים הפגומים ברכיב הנבדק, וכמו כן מסייעת לאבחן את סוג הכשל, את קצב התעצמות הכשל, וכל שינוי בעומס, במאמץ (Stress) ובמצב התפעולי של הרכיב הנבדק.

ביצוע ניטור פליטות אקוסטיות

ניטור הפליטות האקוסטיות התבצע בצורה רציפה במהלך ההעמסות באמצעות חמישה חיישנים שהותקנו לאורך הקורה.

במקרים של ניטור הפליטות האקוסטיות של הקורות המחוזקות בלוחות הפחמן המחוזק CFRP התבצעה ההעמסה פעמיים – פעם אחת לעומס שירות מרבי, ובפעם השנייה עד לכשל. ההעמסה הראשונה נדרשה לצורך הרפיית/שחרור המאמצים בהדבקות יריעות הפחמן המחוזק.

מטרת בדיקת הפליטות האקוסטיות היא:

1. לזהות עומסים שבהם יתפתחו סדקים ופגמים אחרים.
2. לזהות עומס של אי-יציבות מבנית והתפתחות פגמים. בקורות עם קורוזיה שנמצאות תחת עומס, יכולים להתפתח פגמים כגון סדקים פנימיים עוד בטרם מובחנת דפורמציה פלסטית משמעותית.
3. בדיקת הדבקות CFRP, כולל זיהוי התפתחות הפרדות ושבר סיבים במהלך ההעמסה.
4. הערכת עומסי השירות הבטוחים לקורות עם פגמים ולקורות מחוזקות.

        4. בדיקה ויזואלית

מלבד הניטור באמצעים טכנולוגיים, נערכו גם בדיקות ויזואליות של הקורות, לפני ואחרי ההעמסה:

• בחינה ויזואלית של המראה החיצוני של הקורה.
• בחינה ויזואלית של אזורי החיזוק (בקורות שחוזקו).
• זיהוי שינויים חזותיים באזורים המחוזקים בשלב ההעמסה.
• הערכת פגיעות במידה שהן קיימות בחומר החיזוק (פתיחת רקעים, עיוותים).
• הערכת עיוות הקורה (פיתול וכו').
• בדיקת הקשה על יריעות החיזוק לזיהוי היפרדות במהלך ההעמסה ואחרי הניסוי.
• צילום וידיאו רציף של הניסוי, במיוחד בשלבים המתקדמים של ההעמסה.

בדיקת הקורות

בטרם בוצע הניסוי, ביצעה בנין הארץ חישוב תיאורטי הנדסי של חוזק הקורות החדשות, שצפה תזוזה של 24 מילימטרים בעומס שירות מרבי של 2.9 טונות, וגבול אלסטי של הקורה בעומס של 4.06 טון (FE).

עומס השירות הוא העומס המתוכנן על הקורות. לשם כך לוקחים בחשבון מקדמי הפחתה.

הגבול הפלסטי-אלסטי מסמן את הגבול האלסטי של קורת הפלדה. לקורת פלדה יש תחום אלסטי שבו אם יופעל עליה כוח, היא תחזור לאחר מכן לקדמותה. כאשר קורה יוצאת מתחום זה, היא הרוסה, וכבר לא תוכל להחזיק את העומסים המתוכננים עליה.

על בסיס מידע זה, בוצעה ההעמסה על הקורות בשלבים מדורגים של 40%, 60%, ו-80% מעומס השירות המרבי.

1. הוצבה קורה במתקן הניסוי.
2. חוברו סטופרים (מעצורים) בקצוות הקורה להגבלת תנועתה.
3. נמדדה השקיעה הראשונית (10 דקות לפחות אחרי שלב ההעמסה הראשון) במרכז הקורה. העמסה על ידי מרם המוצב במרכז המפתח ברמה של 40%, 60%, 70% ו-80% מהגבול האלסטי (שהתקבל במהלך הבדיקה של קורה ללא פגיעה).
4. במידה שהתקבלו עיבורים גבוהים מהגבול האלסטי בקורות עם קורוזיה, ובתנאי שהעומס הינו נמוך משמעותית (30%-20%) מזה של קורות חדשות, הורד העומס ב-20% על מנת לבדוק אם הקורה חוזרת לשקיעה שנרשמה בשלב הקודם ולבדוק שלא נוצרה דפורמציה פלסטית גלובלית בקורה. לאחר מכן חודשה ההעמסה עד כניעת הקורה.
5. בוצעה העמסה במרווחים של 10% ממאמץ הכניעה אחרי 80% מהגבול האלסטי עד לכניעה. ההעמסה הופסקה אחרי הגעת הקורה לנקודת הרס (כניעה בפועל).
6. בקורות המחוזקות ביריעות CFRP בוצעה ההעמסה פעמיים – פעם אחת לעומס השירות המרבי והשנייה לכשל.
7. בסיום הבדיקות, צולמה כל קורה ופורקה מהמתקן, ונשלחה לאחסון במקום המיועד לכך.

טבלה 1. הקורות שנבדקו

תוצאות, מסקנות והמלצות

בסיום הבדיקות הוכן דו"ח בדיקת הקורות. דו"ח הבדיקות כלל ניתוח תוצאות אנליזה, פליטות אקוסטיות ועמידות החיזוק לאורך הניסוי.

הדו"ח נכתב על ידי ד"ר בוריס מורבין, מומחה לאנליזת כשל חומרים.

הנתונים שהתקבלו מניטור העיבורים נותחו ונקבע כי:

1. בעומס שירות של 100%, כל שלוש הקורות המחוזקות הציגו רמות עיבורי מתיחה נמוכים בחלק התחתון של הקורה בהשוואה לקורות חדשות ולקורות שחוקות שלא עברו חיזוק. בה בעת, עיבורי הדחיסה בחלק העליון של הקורות היו דומים בכל הקורות שנבדקו.
2. בקורות 1–6 לא הובחן בעיבורים בלתי הפיכים בעומס שירות של 100%.
3. בקורה 7 נרשמה פליטה אקוסטית רבה בעומס שירות של 60%. כמו כן, נצפו עיבורים בלתי הפיכים בעומס שירות של 60%.
4. בקורה 8 הובחן בדפורמציה בלתי הפיכה בחלק העליון של הקורה (הבלתי מחוזק) אך עם זאת, רמות העיבורים בצד המחוזק היו נמוכות יותר והקורה הצליחה להמשיך לשאת בעומסים גבוהים יותר.
5. מהשוואת נתוני העיבורים שנמדדו בחלק התחתון של הקורות בעומס שירות של 100% עולה כי בכל הקורות השחוקות וגם באחת מהקורות החדשות נרשמה רמת עיבורים של יותר מ-1,250 מיקרו-סטריין. בקורות המחוזקות נרשמו רמות נמוכות מזו.
6. מהשוואת נתוני העיבורים בחלק התחתון של הקורות בעומס של 6 טון, עולה כי רמות העיבורים בכל הקורות החדשות היו גבוהות מ-1,250 מיקרו-סטריין. בקורות המחוזקות נרשמו רמות נמוכות מזו.

תוצאות ניטור פליטות אקוסטיות

מניתוח הנתונים שהתקבלו מניטור הפליטות האקוסטיות במהלך הניסוי נקבע כי:

1. פעילות אקוסטית שעשויה להעיד על התפתחות פגמים בקורות, הכוללת התפתחות עיוותים פלסטיים, נזק כתוצאה משחיקה, היסדקות במתכת ושברים בסיבי הפחמן, נרשמה בשלבי העמסה שונים (ראו תרשים).
2. המקור העיקרי של הפליטה האקוסטית בכל הקורות שנבדקו נמצא במרכז הקורה. נוסף על כך, הקורות הפגומות הראו התפזרות משמעותית של פליטות אקוסטיות לכל אורך האזורים השחוקים.
3. פעילות פליטות אקוסטיות המעידה על התפתחות נזק נרשמה ברמות עומס שונות בקורות השונות.
4. לא נצפתה היפרדות של לוחות הפחמן מן הפלדה (דה-למינציה) באף אחת משלוש הקורות שחוזקו, גם לא בעומסים שקרובים לכשל.

מסקנות: קורות פגועות שחוזקו על ידי CFRP תפקדו כקורות חדשות

בהתבסס על ניתוח תוצאות הניסוי, התקבלו המסקנות הבאות:

1. קורות פגועות מקורוזיה שלא חוזקו קרסו תחת עומסים נמוכים בהרבה בהשוואה לקורות חדשות.
2. קורות פגועות מקורוזיה שחוזקו ביריעות פחמן מחוזק (CFRP) הראו שיפור משמעותי ביכולות נשיאת ההעמסה, שאינן נופלות מיכולותיהן של קורות חדשות ובחלקן אף עולות עליהן. על בסיס התוצאות אפשר להניח שחיזוק החלק העליון של הקורות הפגועות (שלא בוצע במסגרת הניסוי) יוכל להגביר עוד יותר את יכולת הנשיאה שלהן.
3. לוחות הפחמן המחוזק לא הראו כל פגיעה משמעותית בעת העמסה של 100% FE ולא הראו כל אינדיקציה להיפרדות או לחוסר יציבות מבני אחר כפי שתועד תוך שימוש בטכנולוגיות פליטות אקוסטיות.

ניסוי עמידות שרף האפוקסי

בניסוי נפרד, נבדקה עמידות הדבקים – שרפי האפוקסי המשמשים להדבקת לוחות הפחמן ומהווים חלק מהחומר המרוכב. עמידות השרפים נבדקה במעבדות כי"ל על ידי חשיפתם של קופונים – לוחות פלדה – שצופו בשרף האפוקסי, בתא מלח, שבו ריכוז גבוה של מלחים באוויר, למשך אלף שעות, השוות ערך לחשיפה בתנאי האתר למשך מספר שנים.

השרף שנבדק

השרף האפוקסי שנבדק היה Sikadur 31 SBA S-02, המשמש להדבקת יריעות הפחמן.

החשש שלאורו בוצע הניסוי היה לאזורים שבהם אין חפיפה מלאה בין יריעות הפחמן, והחציצה היחידה בין התנאים האטמוספריים השוררים במפעלי ים המלח ובין הפלדה היא דבק האפוקסי.

כך, הוכנו קופוני פלדה עם ציפוי של שרף האפוקסי שבו נעשה שימוש לצורך הדבקת יריעות הפלדה באותו עובי – כשני מילימטרים. הציפוי בוצע על ידי חברת בנין הארץ.

יצירת הסביבה הכימית

מאחר שבמפעלי ים המלח הציוד נחשף לאשלגן כלורי יותר מאשר לנתרן כלורי, הוחלט להפעיל את תא המלח עם אשלגן כלורי.

הבדיקה בוצעה לפי תקן ASTM D 4541 בתא מלח. הבדיקה נמשכה אלף שעות, שבמהלכן בוצע מעקב אחר התקדמות מצב הקורוזיה אחרי 250, 500 ו-750 שעות. קביעת מצב הקורוזיה הסופי (לאחר ניקוי) נערכה אחרי אלף שעות חשיפה.

כמו כן נערכו בדיקות אדהזיה לפי תקן ASTM D 4541.

בוצעה הדבקת דולים בקוטר 20 מילימטרים לציפוי העליון – הודבקו שלושה דולים לכל מערכת צבע. נעשה שימוש בדבק מסוג אפוקסי דו-רכיבי של חברת 3M מסוג DP 460.

לאחר 48 שעות ייבוש, בוצ קידוח כוס ותלישת הדולים בעזרת המכשיר.

טבלה 1: ממוצע עובי הדגמים וסטיית התקן לפני ואחרי חשיפה לאלף שעות בתא מלח
טבלה 2: תוצאות בדיקת אדהזיה לדגמי בלנק

מסקנות והמלצות

לא נראה שינוי בפני השטח של דבק האפוקסי, לא הובחן בסדקים, בבועיות או בהתרוממות של הדבק ממצע הפלדה.

אדהזיית שרף האפוקסי למצע הפלדה גבוהה: MPa 10-15.

מומלץ לחשוף את קופוני הפלדה עם ציפוי Sikadur 31 SBA S-02 בשטח מפעלי ים המלח.

סיכום

השימוש בטכנולוגיית יריעות פחמן מחוזק (CFRP) לחיזוק קורות פלדה פגועות מקורוזיה נבדק בניסוי מבוקר ונמצא יעיל ביותר.

הקורות המחוזקות התגלו כחזקות לא פחות מקורות פלדה חדשות והטכנולוגיה הוכחה כמתאימה לשיקום רכיבים מבניים גם בתנאי מזג אוויר קיצוני כמו אלו השוררים באזור ים המלח. כמו כן, שרף האפוקסי שבו משתמשים להדבקת רצועות הפחמן התגלה כמתאים לשימוש ועמיד גם הוא בתנאי האקלים באזור.

לאור היתרונות הנוספים של טכנולוגיה זאת כשיטת שיקום – עוביין הדק של היריעות והשינוע הפשוט שלהן, והיכולת ליישם אותן על פני הרכיבים המותקנים ללא צורך בעבודות ריתוך כלשהן או בהחלפת הקורות בשלמותן תוך הקמת פיגומי תמיכה מגבילים – אפשר לומר כי פתרון זה מהווה כלי שיקומי חדש ויעיל לקורות פלדה במפעלים, שמאפשר חיסכון משמעותי בהוצאות הישירות והעקיפות של מבצע שיקום כזה ומספק תוצאות עמידות ביותר.

הפוסט ניסוי: שיקום קונסטרוקציית פלדה על ידי יריעות פחמן (CFRP) במפעלי כי"ל ים המלח הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

ממתחם סרגיי בירושלים ועד בית הכנסת הגדול בתל אביב

משרד האדריכלים של אורי פדן מתמחה בשימור מבנים מאז 2006. המשרד מספק שירותי ליווי בפרויקטים של שימור ושיקום, תיעוד, פיקוח על הכנת תוכניות בניין ערים (תב"עות) והגשת בקשות להיתרים. בין הפרויקטים המיוחדים שבהם עוסק המשרד בשנים האחרונות אפשר למצוא את מתחם סרגיי בירושלים, את בית הכנסת הגדול בתל אביב, את רחוב הביל"ויים בגדרה, ופרויקטים נוספים בטבריה, בעכו ובפתח תקווה.  

ריאיון זה מתקיים לאור מיזם ייחודי שבוצע בירושלים, במסגרת שימור של מבנה בסמוך לשוק מחנה יהודה במרכז ירושלים. משרדו של אורי פדן ערך את תיקי התיעוד של מספר מבנים במתחם "עץ החיים", שאחד מהם הוא מבנה גן הילדים ההיסטורי של הישיבה, מבנה עתיק בן יותר ממאה שנה, שנבחר לשימור כחלק מפרויקט פיתוח רחב שבנייתו החלה לפני כשנתיים.  

במסגרת הפרויקט, המבנה ההיסטורי חוזק ונכלא בתוך קונסטרוקציית פלדה, נותק מיסודותיו, הורם על ידי מערכת בוכנות הידראוליות בחמישים סנטימטרים ונתלה על יסודות חליפיים וזאת על מנת לאפשר ביצוע של חפירת שבע קומות חניון תת קרקעי תחתיו, ונוסף על כך כדי להתאים את המפלס שלו למפלס של המבנים האחרים בפרויקט.  

"לכל מקום האמת שלו ולכל אדם הסיפור שלו" 

אדריכלות שימור מצריכה תפיסת עולם רחבה וידע רב תחומי שמשלב אדריכלות ובינוי ערים, תרבות, אומנות, חברה, אנתרופולוגיה, ארכיאולוגיה ועוד. התחלנו את הריאיון בשאלה הבסיסית: מאיפה מתחילים? 

אורי, איך ניגש אדריכל שימור למיזם שנוגע לבניין היסטורי? 

בשלב הראשון אנחנו מכינים תיק תיעוד. תיק תיעוד מכיל בתוכו מספר פרקים: פרק של הבנת הסטטוטוריקה, כלומר הרקע המשפטי של המקום, פרק של הבנת האדריכלות, שכולל את השרטוטים של המקום, איך הוא כיום, איך הוא היה במקור, ומהם השינויים שחלו בו ואיך הוא התפתח. נוסף על כך, יש סקר היסטורי שמכיל את הסיפור של המקום, על הנפשות שחיו בו, על הגיבורים שעברו בו או האירועים שהתרחשו בו. תיקי תיעוד הם הדרך לגלות מקום ולהבין אותו, וגם את המהות של השינויים שמתחוללים בו, כי יש מקומות שלשינויים יש סיפור משל עצמם ואז אתה בעצם הולך לנווט או להוביל שינוי נוסף. 

כלומר, אדריכל שימור חייב להיות מסוגל "לוותר על האגו" ולהשתלב בסיפורו של מקום?  

אני חושב שזה נכון לגבי כל אדריכלות, לא רק אדריכלות שימור. יש ביטוי של רנצו פיאנו, האדריכל שתכנן את מרכז פומפידו בפריז, שאמר שלכל מקום יש את ה"גנוס לוקי" שלו. כלומר, ה"גן" של המקום, המהות. את זה אתה מחפש כאדריכל. זה נכון שכאדריכל שימור זה מקבל דגש גדול יותר, כי אתה בא מנקודת המוצא שגם המבנה שקיים שם וגם החברה שמתנהלת שם, גם התרבות סביב המקום הזה וגם האירועים שקורים שם – כולם בעלי חשיבות, ושימור הוא לא תמיד רק המבנה עצמו. 

תוכל לתת דוגמה? 

יש לנו פרויקט בתל אביב באזור של פלורנטין מערב, אזור עם תכונה מאוד גדולה, וחשוב מאוד שלא רק המבנים יישארו אלא גם המהות של המקום שזה מלאכות, תעשייה קלה, נגרות וכיוצא בזה. הצורך הוא למצוא את ערכי המקום ולשמור אותם. אז אני מאוד מאמין בזה וחושב שזה גם המקום שממנו התחברתי לשימור. 

ובכל זאת, השימור צריך לאפשר לבניין להמשיך לחיות גם במציאות חדשה. איך מאזנים? 

אכן. בשימור יש צורך לפתח את המקום. לבצע התאמות למציאות. למשל, בחצר סרגיי יש חדרי שירותים שנמצאים במגדלים שבחצר. בייעוד מתוכנן של מלון מודרני, אי אפשר לעשות שירותים בחצר. אתה חייב לעשות התאמות להיום. זה נכון גם לגבי שימושים נוספים שלפעמים משתנים ומתפתחים.  

האם השקפה זאת רלוונטית גם לפרויקט השיקום במתחם עץ החיים? 

גם במיזם עץ החיים, מדובר במבנה שהתחיל כמבנה מגורים, הפך לישיבה, לגן ילדים, והיום אמור להפוך למבנה מסחרי. יש כל הזמן התפתחויות. אתה צריך כל הזמן לבדוק את עצמך, לבדוק את ערכי המקום, לבדוק אם אתה מצליח לשמור על האותנטיות של המקום. זאת המשימה. זה משמעותו של שימור. ההצלחה שלך נמדדת ביכולת לשמור על אותנטיות של מקום שממשיך להתפתח, וזה הכיף. 

"הייתה לנו הזכות להציל את מבנה גן הילדים במתחם עץ החיים" 

ספר לי קצת על פרויקט שימור מבנה גן הילדים במתחם עץ החיים. כיצד ניגשתם לעבודה הזאת, מה תכננתם? 

את מבנה גן הילדים הייתה לנו את הזכות להציל, כי בשלב שאנחנו נכנסנו למיזם, המבנה יועד להיות חלק ממבואה במגדל, כלומר שבפועל היו משאירים איזושהי חזית או חלק ממנה, שהיה משולב בתוך מבואה של מגדל. זה היה הופך את המבנה למין קישוט. תיק התיעוד אפשר לנו להעביר את חשיבות המבנה ואת הצורך להפוך אותו לחלק מהמתחם במקום לשלב אותו בתוך מגדל. 

מה בתיק התיעוד של הבניין גרם לך להבין שחייבים להציל את המבנה הזה? 

ראשית, יש לו ערך אדריכלי גבוה, הוא דוגמה יפהפייה לבנייה העות'מאנית של סוף המאה ה-19. כמו כן, יש את הערך ההיסטורי: גן הילדים היהודי השני שנבנה מחוץ לחומות, וזאת נוסף לעובדה שהוא חלק ממתחם ישיבת עץ החיים שגם לה יש סיפור היסטורי. ערך נוסף שיש למבנה הוא הערך הטכנולוגי: הוא בנוי בקומות, מאבן עם מילוי על בסיס דבש, הכולל סיד ולעיתים חרסית. ולבסוף, גם בשלמות שלו יש ערך. שמרנו על המבנה ולא על חלק ממנו. 

לצורך הפרויקט, נתלה הבניין על יסודות חליפיים והורם בחמישים סנטימטרים. מדוע? 

המתחם עבר תהליך ארוך של תכנון מורכב הכולל שילוב של הרבה פונקציות: מלונאות, מגורים, מסחר, מרכז ספורט. תת-קרקע גדול עם חניונים ופעילות גם על הקרקע אמור להיות ציבורי ופתוח לקהל ופתוח לציבור בכלל. כל המערכת הזאת יחד עם המבנה לשימור צריכה לעבוד יחד, ובאיזשהו רגע מסוים הייתה הבנה שהמפלס של המבנה נמוך מכל הקרקע שסביבו. ובגלל שבכל מקרה הייתה תוכנית לתלות אותו כדי לבנות תחתיו את החניון, החליט האדריכל איאן באדר ממשרד PEI, שזה המשרד שתכנן את הלובר בפריז, יחד עם האדריכלים המקומיים – אריה קוץ, יגאל לוי, והיום זה ברעלי לויצקי כסיף – להרים את המבנה למפלס הרחוב. 

זה אולי נשמע פשוט, אבל להרים מבנה בשלמותו בחמישים ס"מ זה מבצע הנדסי מורכב, לא?

בהחלט. מדובר באחד ממיזמי הבנייה המורכבים ביותר בישראל. הוא כלל את ההתמודדות ההנדסית של המשקל האדיר של המבנה הזה, וניתוק שלו מהקרקע בלי לזעזע אותו יתר על המידה. צריכים להבין שהמבנה בנוי מאבנים ועפר, שהמקבילה של זה עבור מי שלא נמצא בתחום של הנדסה אזרחית היא ארמון בחול, מודבק ברוח הטובה. 

כאדריכל, איך הייתה העבודה מול אנשי "בנין הארץ" שתכנננו וביצעו את ההרמה?  

יצא לי במסגרת הפרויקט הזה לעבוד עם אנשי "בנין הארץ". קודם כול, כל הכבוד שהם לקחו על עצמם את האחריות והרימו את הכפפה לאתגר הנדסי וטכנולוגי שהוא כמעט פורץ דרך בישראל. אני מסיר את הכובע בפניהם, וגאה שיצא לי להשתתף בפרויקט. 

כלומר, לאדריכלי שימור יש קשר שוטף למהנדסים ולמבצעים? 

יש מהנדסים שהם מהנדסי שימור, שזאת ההתמחות שלהם, והדיון איתם הוא באמת הדיון הטכנולוגי של איך לחזק כזה מבנה, איך לתחזק אותו, איך לחדש אותו, וגם לעיתים איך להוסיף עליו ולשנות אותו. על פי רוב ההמלצה שלי זה שיהיה גם מהנדס שימור שיודע ללוות ולתת מענה לצרכים של המבנה מבחינה טכנולוגית. אז כן, נדרשת הכרה של התחום הטכנולוגי בהנדסה אזרחית לביצוע אדריכלות שימור. 

האם טכנולוגיות חדשות כמו יריעות CFRP מאפשרות חופש גדול יותר?   

בהחלט. יש מקומות שבהם התכונות של יריעות הפחמן CFRP הן האופטימליות לטיפול במבנים לשימור. יש להן עמידות מתיחה, יש להן חתך דק מאוד, ויש מקרים שבהם מתבקש להשתמש בהן. לדוגמה: אם נדרש חיזוק של עמוד, אפשר לבצע זאת על ידי עיטוף ביריעות פחמן. אם היית עושה את זה עם בטון היית צריך עשרים סנטימטר או חמישה עשר סנטימטר של ברזל ובטון, ופה היריעה עצמה היא סנטימטר או שני סנטימטרים פחות או יותר, עם החומרים שבהם משתמשים כדי להדביק אותן. זה שומר על הפרופורציות של הרכיב האדריכלי. 

לסיום, כיצד היית מסכם את התובנות שלך מהפרויקט הזה? 

אני חושב שזה היה פרויקט יפה, וגם שיתוף פעולה יפה בין הצוות האדריכלי, האדריכלים של היזם ושל הפרויקט וגם של העירייה שנרתמה, הוועדה המקומית והוועדה המחוזית, מחלקת השימור, שנרתמו בשביל לקדם כזה פרויקט יפה, וכמובן המהנדסים והמבצעים של הפרויקט המורכב. אני יכול לסכם את התובנה שלי בכלל ממיזמי שימור: אנחנו בעידן של להרוס ולבנות מחדש, אבל אתה לא בהכרח מגלה את אמריקה בכל פעם שאתה בונה. אתה יכול לגלות את אמריקה דווקא מתוך הכרה והבנה של מה שהיה פה לפניך, מה הוא עשה והאופן שבו הוא עשה את זה. 

הפוסט האדריכל אורי פדן: "זהו אחד ממיזמי הבנייה המורכבים ביותר שנעשים בישראל" הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

מרסנים ויסקוזיים יכולים לתת מענה לחיזוק נקודתי של אלמנטים מבניים/תעשייתיים שונים מפני רעידות אדמה, והם מתאימים ליישום על אלמנטים שאי אפשר לחזקם בשיטות סטנדרטיות, כגון אלמנטים שאינם בני הקשחה, דוגמת קירות לבנים, או מתקן שאי אפשר להזיזו ממקומו או להפסיק את פעילותו לצורך ביצוע עבודות חיזוק בבטון ופלדה, דוגמת מכל חומרים מסוכנים.

מרסן ויסקוזי הידראולי מורכב מבוכנה בתוך צילינדר (סגור) שבו נוזל יכול לנוע בין שני תאים פנימיים. פעולתו דומה לזה של בולם הזעזועים ברכב: המרת אנרגיה קינטית בכניסה לבולם הזעזועים לצורה אחרת של אנרגיה – בדרך כלל חום – אשר לאחר מכן יוצאת מן המערכת. כשמבנה נע בעת רעידת אדמה, בוכנת המרסן הוויסקוזי מניעה את הנוזל בין שני תאי הצילינדר, וממירה את האנרגיה הקינטית לאנרגיית חום שמתפזרת באמצעות המרסן עצמו.

הפוסט מרסן ויסקוזי הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

ישנן מספר שיטות לדריכת בטון.

דריכת-קדם: שיטה שמתבצעת במפעלי בטון בלבד, ובמסגרתה גדילי פלדה מיושמים בתוך הבטון, ונמתחים (נדרכים) במפעל לאחר הגעת הבטון לחוזק. אלמנטי הבטון המוצקים מובלים לאחר מכן לאתר הבנייה. בשיטה זאת מיוצרים לוחות דרוכים (לוח"ד).

דריכת-אחר: שיטה זאת נמצאת בשימוש באתר הבנייה עצמו, ובמסגרתה נפרשים גדילי הפלדה לאורך ולרוחב מתווה היציקה, ונדרכים לאחר יציקת הבטון והגעת הבטון לחוזק. תקרות המיוצרות בשיטה זאת מכונות "תקרות דרוכות".

הפוסט תקרות דרוכות הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

לקריאה נוספת – מהנדס ירון אופיר על תיכון תפקודי במרכז הידע לחיזוק מבנים

הפוסט תכן תפקודי הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

ככלל, מבנים מתוכננים לעמוד בעומס אנכי כדי לשאת את משקל הבניין ואת תכולתו, אך במקרה של רעידת אדמה, מופעלים על הבניין גם כוחות אופקיים משמעותיים ביותר, כאשר במקרים קיצוניים עלולים אף להגיע לערכים בסדר גודל דומה לתאוצת הכובד (g) ואף למעלה מכך. תקני הבנייה בישראל (ת"י 413, 1995, תיקון 5) מנחים את המהנדס כיצד לתכנן כנגד תאוצות הקרקע האופקיות, אך עמידותם של מבנים שנבנו לפני שתקנים אלו קיבלו תוקף מוטלת בספק.

מפת תאוצות הקרקע המכונה "מפת המקדם הסיסמי לתקן 413" מציגה דירוג של אזורים בארץ על פי עוצמת רעידת האדמה החזויה בהן. מפה זאת נועדה לצרכים הנדסיים והיא מציגה בפני המתכנן את ערך המקדם הסיסמי Z – שהוא תאוצת הקרקע האופקית המרבית (PGA – Peak Ground Acceleration) שלגביה קיים סיכוי (הסתברות) של 10% שכמותה או גבוהה ממנה תתרחש לפחות פעם אחת בתקופה כלשהי של 50 שנה.

מבחינה סטטיסטית, הסתברות זו מקבילה לסיכוי שתתרחש תאוצת קרקע Z או גבוהה ממנה לפחות פעם אחת בתקופה כלשהי של 475 שנים.

תאוצת הקרקע Z היא תאוצת הקרקע שתתפתח בבסיס הבניין בהנחה שהבניין ממוקם על סלע.

רשומת תאוצות הקרקע ברעידת אדמה והשתנותן עם הזמן מכונה "אקסלוגרמה", והיא חלק מהמסמכים שיש לעשות בהם שימוש בעת ביצוע תהליכי חיזוק.

הפוסט תאוצת קרקע הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

קירות אלה מתאפיינים בחוזק נמוך עקב תכולת פלדה נמוכה עד אפסית בהם, ובתכונות מכניות נחותות עקב תכולת צמנט נמוכה והרכב אגרגטים אשר אינו יוצר פעולת מטריצה צמנטית יעילה.

במחקר של "המכון הלאומי לחקר הבנייה" אופיין בטון דבש ככזה שעונה על שניים מתוך שלושת התנאים הבאים:

1. בטון שנוצק לפני זמן רב (40 שנה או יותר)
2. בטון המכיל אגרגטים גדולים יחסית (מעל 100 מ"מ)
3. בטון בעל חוזק לחיצה נמוך יחסית (פחות מ-15 מגה-פסקל בדגם קובייה בצלע 15 ס"מ)

קירות הדבש הם בעלי מידות יחסית גדולות ולכן גם קשיחותם יחסית גבוהה. בעת רעידת אדמה, הלחצים והתנודות השונות המופעלים על קירות הדבש צפויים להיות גבוהים מיכולתם לשאת בעומס, וכתוצאה מכך צפויים להיווצר כשלים במבנה, עד כדי סכנת כשל כללי במבנה.

בטון הדבש שממנו נוצקו הקירות אינו בטון תקני, ולכן אי אפשר להעריך את תכונותיהם המכניות של קירות העשויים מבטון דבש, וביחוד את תסבולתם בפני מאמצי גזירה. בחיזוק קירות תמירים מבטון דבש ללא זיון, שני אתגרים עיקריים עומדים בפני המתכנן: חיזוק הקיר כנגד מומנט הכפיפה, וחיזוק הקיר כנגד כשל בגזירה.

הפוסט קירות דֶבֶּש הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

הדריכה של מערכות סטרס-הד קרבו-סטרס נעשית בעזרת שימוש בשני עוגנים – אחד מהם מקובע והשני נדרך לאחר ההתקנה. העוגן המקובע מחזיק קצה אחד של הגיד במיקום מוגדר, ובקצה השני נמצא עוגן שניתן לדריכה בעזרת בוכנה הידראולית.

שיטה זו של דריכת רצועות פחמן, המבוססת על רצועות פחמן מחוזק (CFRP) מתוצרת חברת סיקה (Sika) ועל הפיתוח של חברת סטרס-הד, נמצאת בשימוש בחיזוק קורות, תקרות, עמודים ומבנים בעלי אלמנטים מעגליים כמו מאגרי מים. השיטה מציעה מספר יתרונות על פני פתרונות חיזוק אחרים כגון חיזוק בעזרת כבלי פלדה: יחס גבוה של משקל/חוזק, עמידות גבוהה – בין היתר בפני קורוזיה, וגמישות ביישום בתנאי שטח ובמבנים שונים.

קייס סטאדי: חיזוק בריכת "מאור מודיעין" באמצעות דריכת רצועות פחמן

הפוסט סטרס-הד קרבו-סטרס (StressHead Carbo Stress) הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

מוטות הפחמן משמשים לחיזוק מבנים, ומחליפים למעשה את ברזל הזיון בתוך הרכיב שאותו מחזקים. היות שהממשק בין הפחמן לאפוקסי חזק יותר מזה של הפלדה והבטון, אפשר להתקין את המוטות בחריץ מינימלי בגבול עובי הכיסוי, ללא פגיעה בזיון הקיים, וללא צורך לכסות בחומרים מעכבי חלודה.

הפוסט מוטות פחמן CFRP הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

הלוח"דים מגיעים כפלטות טרומיות בעלות רוחב קבוע (120 ס"מ בדרך כלל) ואורכים משתנים, בהתאם לדרישות המבנה בעת תכנונו.

כיוון שיכולת הנשיאה של הלוח"דים גבוהה ביחס לנפחם, הם מאפשרים יצירת מפתחים גדולים, מפחיתים את הצורך בעמודי תמך, חוסכים מקום וזמן ביישום בשטח, ומיוצרים תחת בקרת איכות הדוקה שמאפשרת דיוק בכושר הנשיאה המוצהר.

הלוח"דים משמשים למגוון יישומים בענף הבנייה, ובעיקר לבניית תקרות במבני תעשייה ומסחר, בנייני משרדים, חניונים ורבי-קומות.

אחד החסרונות של שימוש בלוח"ד הוא המורכבות הכרוכה בשינויים במבנה לאחר הבנייה, מה שלעיתים מצריך יישום של חיזוק באמצעות יריעות סיבי פחמן.

קייס סטאדי: הסבת בניין משרדים לבית חולים תוך שימוש בסיסי פחמן לצורך חיזוק תקרת לוח"ד.

הפוסט ­­­לוח"ד: לוחות דרוכים הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

כליאת בטון משמשת להגברת החוזק והמשיכות של בטון. הגברת החוזק היא תוצאה מיידית ומתבטאת בדרך כלל בעמידות מוגברת לכוח השיא. הגברת המשיכות דורשת חישובים מורכבים יותר על מנת לקבוע את יכולת העמוד לנוע או להסתובב ללא פגיעה משמעותית בחוזק.

התקן האמריקאי (ACI 440.2R-08) לתיכון ולביצוע של כליאת אלמנטים מבטון מזוין על ידי רצועות  FRP  מגדיר את ההנחיות הבסיסיות ואת הדרישות (בארה"ב), וכולל נוסחאות להתאמת החומרים לחתך על מנת להביא לעמידה בעומס הרצוי.

במרכז הידע לחיזוק מבנים אפשר למצוא כלי תכנון לכליאת בטון – חיזוק חתכי בטון ללחיצה

הפוסט כליאת בטון הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

היות וישראל ממוקמת באזור השבר הסורי-אפריקאי, והסיכוי להתרחשות רעידת אדמה במגניטודה חזקה ב-80 שנה גבוה, החליטה מדינת ישראל להיערך לנושא של חיזוק סיסמי ובמיוחד בכל הנוגע למפעלי חומרים מסוכנים (חומ"ס). כך, למשל, ב-7.4.2010 אישרה ועדת שרים לענייני ההיערכות לטיפול ברעידות אדמה החלטת ממשלה בעניין "פעולות ומטלות של משרדי ממשלה ויחידות הסמך בנוגע להיערכות לטיפול ברעידות אדמה". בהתאם, המשרד להגנת הסביבה החל לקבוע למפעלים מסוימים העושים שימוש בחומרים מסוכנים תנאים בהיתר רעלים, שיישומם יסייע בצמצום או במניעת אירועי חומרים מסוכנים בעקבות רעידת אדמה.

חיזוק מבנים קיימים מתאפיין באתגרים ייחודיים לו, ובראשם הצורך בהשגת מידע מלא ככל האפשר על המבנה. כאשר במדובר במבנים קיימים, העשויים להיות בני עשרות שנים, יש לפעול כדי למצוא את תיעוד תיקי הבניין, תוכניות הקונסטרוקציה והחישובים הסטטיסטיים של המבנה. נוסף על כך, יש לערוך מדידות ובדיקות בשטח כדי לגלות את האלמנטים הקונסטרוקטיביים, המיקום שלהם והממדים שלהם, ולעיתים יש אף לבצע חפירות להכרת ביסוס המבנה.

הפוסט חיזוק סיסמי הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

חומרים מרוכבים מתקדמים אלה אינם איזוטרופיים, כלומר, תכונותיהם אינן שוות לכל כיוון. זאת בהשוואה לחומרים מסורתיים כגון בטון ופלדה, שהם איזוטרופיים. תכונה זאת מאפשרת גמישות בתכנון החומרים על מנת להתאים במידה הטובה ביותר לצרכים ההנדסיים מחומר הגלם.

חומרים פלסטיים מחוזקים (FRP – Fiber Reinforced Plastic) הם חומרים מרוכבים העשויים ממטריצת פולימר מחוזקת עם סיבים – העשויים בדרך כלל מפיברגלס או מפחמן. הפולימר הוא בדרך כלל אפוקסי, פוליאסטר תרמוסטטי, וינילסטר, פוליסולפון או פלסטיק אחר.

חומרי FRP, ובמיוחד כאלו המבוססים על סיבי פחמן – CFRP – Carbon-Fiber-Reinforced Polymers, משמשים לחיזוק קורות ועמודים במבנים.

הפוסט חומר מרוכב הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

בעוד חומרי בנייה מסורתיים כגון בטון ופלדה הם איזוטרופיים, חומרים מרוכבים המשמשים לחיזוק מבנים בפני רעידות אדמה כגון יריעות פחמן מחוזק(FRP) , מיוצרים בטכנולוגיה מתקדמת ותכונותיהם שונות לכל כיוון והם אנ-איזוטרופיים, תכונה המאפשרת גמישות בתכנון חומרי הבנייה המודרניים כך שיתאימו במידה הטובה ביותר לצרכים ההנדסיים.

הפוסט חומר איזוטרופי הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

מספר גורמים עשויים להשפיע על חוזק הבטון, ביניהם: סוג הצמנט ואיכותו, דירוג האגרגטים ורמת ניקיונם, איכות התוספים שהוספו לבטון (או היעדרם), שיטות היציקה והטיפול בבטון, ערבול הבטון, הטמפרטורה ועוד. המדד המקובל להערכת חוזק בטון הוא בדיקת חוזק הלחיצה שלו.

בדיקות חוזק הבטון בלחיצה נערכות מספר פעמים במהלך בניית השלד – על אלמנטים מבניים שונים, על ידי מעבדת בטון מוסמכת, כחלק מתנאי היתר הבנייה והאכלוס של המבנה. במהלך בדיקת הבטון, נציג מעבדת הבטון לוקח דגימה מהבטון המיועד ליציקה ויוצר ממנה קוביות בטון בגודל של ס"מ * 10 ס"מ. קוביות אלה נלקחות למעבדת הבטון, שם עוברות הקוביות אשפרה במים במשך שבעה ימים ולאחר מכן מתבצעת הבדיקה הראשונה. בדיקה ראשונית זאת מאפשרת לשער את חוזק הבטון, אך חוזקו הסופי נקבע רק לאחר כ-28 יום, בבדיקה השנייה. בעת הבדיקה, מופעל כוח מכבש על הקובייה, עד שהיא נסדקת ונשברת. על פי מידת הכוח המופעל אפשר לקבוע את סוג הבטון. לדוגמה, קובייה המגיעה לנקודת השבירה כאשר הכוח המופעל עליה הוא 30 מגה פסקל תדורג כסוג ב-30.

בישראל, על חוזק הבטון המתקבל להתאים לדרישות ת"י 118. על פי דרישות אלה, חוזק בטון מתאים הינו סוג הבטון +10%. כלומר, בטון מסוג ב-30 יעבור את הבדיקה כשחוזק הבטון שלו בלחיצה יעמוד בקריטריון לחיצה של 33 מגה פסקל ומעלה.

הפוסט חוזק בטון הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

שרף האפוקסי מתאפיין בחוזק לחיצה גבוה ובחוזק מתיחה גבוה. הוא נדבק לבטון בצורה מיטבית ובכך מבטיח איחוד חזק מאוד של חלקי הבטון שנפרדו על ידי הסדק. הצמיגות הנמוכה של האפוקסי בטרם התייבש מאפשרת לחומר להגיע, בעזרת תהליך ההזרקה בלחץ, גם לסדקים עמוקים וצרים.
למידע נוסף 

הפוסט הזרקת אפוקסי הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

הדריכה נעשית על ידי מתיחת גדילי פלדה המיושמים בתוך הבטון, מה שמפעיל עומס מלאכותי המתנגד לעומסי השימוש של האלמנט ומקזז בפועל את חלקם.

בדריכת קדם, הדריכה מתבצעת במפעל, והתוצרים, המכונים "לוח"דים" (לוחות דרוכים), מגיעים אל השטח מוכנים ליישום. זאת בניגוד לבטון בדריכת-אחר (Post Tensioning), שבו מתבצעות הן הדריכה והן היציקה של הבטון באתר הבנייה עצמו.

השימוש בדריכת קדם נעשה בבניית מגוון מבנים ואלמנטים טרומיים כגון גשרים, מבני ציבור, מבנים מסחריים, חניונים וכדומה, בהתאם למפתחים הרצויים ולעומסים הצפויים.

הפוסט דריכת-קדם (Pretensioning) הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

בטון בדריכת-אחר הוא בטון מזוין דרוך שיציקתו ודריכתו מתבצעות באתר הבנייה עצמו, זאת בניגוד לבטון בדריכת-קדם, שדריכתו מתבצעת במפעל המייצר והוא מועבר לשטח כמוצר מוגמר.

דריכת-אחר של בטון נעשית על ידי הנחת כבלי פלדה בסידור מיוחד לאורך ולרוחב מתווה היציקה עוד בטרם יציקת הבטון, והם נדרכים רק לאחר יציקת והתייבשות הבטון והגעתו לחוזק המתאים. את העומס המלאכותי על הבטון, המכונה "דריכה", מבצעים באמצעות הוספת מאמצי מתיחה לזיון האלמנט, בדרך כלל באמצעים הידראוליים. העומס המלאכותי המועמס על אלמנט הזיון מתנגד לעומסי השימוש של האלמנט ומקזז את חלקם.

בטון בדריכת-אחר מתאים לבניית מבנים מסיביים בעלי מפתחים גדולים, שמתוכננים לשאת עומסים כבדים, ומשתמשים בו לבניית קורות גשרים, תקרות מבני מסחר ותעשייה, תחנות תת קרקעיות של תחבורה ציבורית ועוד.

הפוסט דריכת-אחר (Post-Tensioning) הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

הפוסט בטון דרוך הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

בשונה מדריכת בטון מודבקת (Bonded) , שבה לאחר הדריכה מוחדרים חומרי מליטה נוזליים אל תוך צינורות כיסוי שמכילים את כבלי הפלדה, בדריכת בטון לא מודבקת כבלי הפלדה חופשיים לשנות במידה מסוימת את מיקומם היחסי במדיום הבטון.

הפוסט דריכה לא מודבקת (Unbonded) הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

זאת בהשוואה לדריכת-אחר לא מודבקת, שבה נדרכים כבלי הפלדה כשהם בודדים או בצמות, והם אינם מודבקים אל הבטון המקיף אותם, מה שמאפשר להם חופש תנועה יחסי במדיום.

הפוסט דריכה מודבקת (Bonded) הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

לקוח: מי נתניה

מהנדסת מים מטעם מי נתניה: עינב בן הרוש

מפקח בנייה מטעם אגף הנדסה, עיריית נתניה: רומן לופטנר

חיזוק ושיקום מגדל מים: תקציר

בשנים האחרונות, כחלק ממאמץ רגולטורי ארצי, מבצעים תאגידי המים ברחבי ישראל סקרי עמידות למתקני המים שברשותם בעת רעידת אדמה. במסגרת סקירה זו, נסקרים רוחבית מאגרי המים בישראל, הכוללים בריכות, מאגרים ומגדלי מים, על מנת לזהות אלמנטים הזקוקים לחיזוק לצורך שיפור העמידות הסיסמית.

בבדיקה שערכה חברת מקורות במגדל מים בקריית נורדאו בנתניה, התגלו כמה נקודות תורפה במגדל המים, שנבנה ב-1976, ואינו עומד בתקנים המודרניים של עמידות מבנים בפני רעידות אדמה. הפתרון הנדרש היה חיזוקן של אותן נקודות התורפה שהתגלו, ושדרוג המבנה בהתאם לתקן הנדרש, זאת באמצעות שילוב של מספר שיטות חיזוק מתקדמות.

תכנון וביצוע הפרויקט כללו כמה אתגרים, וביניהם בעיות נגישות לאלמנטים שיש לחזק וכן הדרישה שמגדל המים, המופעל על ידי תאגיד המים המקומי, מי נתניה, ימשיך לתפקד כרגיל גם בזמן ביצוע העבודות. דרישה נוספת הייתה לפגום כמה שפחות באסתטיקה של מגדל המים כמונומנט עירוני בולט.

בסיפור מקרה זה, זה נסקור את הפרויקט, נציג באופן מפורט את האתגרים שהיו כרוכים בו, את החלופות שנבחנו ואת החלופות שנבחרו, ואת תהליך היישום בפועל שבוצע באמצעות שילוב של יציקות בטון, זיון בפלדה ויישום יריעות סיבי פחמן מחוזק.

רקע

מגדל מים הוא מבנה מוגבה התומך במכל מים בגובה מספיק כדי לייצר לחץ הידרוסטטי למערכת אספקת המים המקומית, ומשמש גם מאגר מים לשעת חירום, וגיבוי למשאבי כיבוי אש.

מבחינה פיזיקלית, מגדלי מים אינם רק אוגרים מים, אלא למעשה אוגרים אנרגיה. מרבית מערכות אספקת המים עושות שימוש במשאבות מכניות, המעלות את המים במעלה המגדל אל מאגר המים המוגבה, ומשום כך צוברים המים אנרגיה פוטנציאלית, או אנרגיה אגורה. אנרגיה אגורה זו מסוגלת להתבטא כאנרגיה קינטית, כאשר מאפשרים למים לזרום מתוך מכל האגירה אל מערכת צינורות אספקת המים שפרושה על פני השטח הנמוכים יותר.

יחסית לעומסי שימוש רגילים הנהוגים בתכנון אלמנטים ומבנים, אחסון מים יוצר עומסים גדולים בהרבה. כך, למשל, כמה מטרים רבועים של מים יוצרים עומסים של טונות רבות. משום כך, בריכות מים נבנות בדרך כלל על הקרקע או מתחת לקרקע.

מרכז הכובד של מבנים כגון מגדלי מים, שבהם יש מאגרי מים, הוא גבוה, והדבר מהווה אתגר כשלעצמו. ברעידות אדמה, כאשר כוחות חיצוניים מזיזים או מנענעים את המבנה הגבוה, נוצרים במבנה הגבוה מומנטים גדולים שעלולים להביא לקריסתו.

במקרה של תשתית המים, מדובר בתשתית חיונית שפגיעה בה במקרה של רעידת אדמה מייצגת סיכון ברמה אסטרטגית לאומית.

מגדל המים בקריית נורדאו, נתניה

מגדל המים בקריית נורדאו בנתניה מתנשא לגובה של 40 מטר, ומכיל בחלק העליון שלו בריכת מים של כ-1,000 קוב (מטר מעוקב). המגדל הוא מגדל מים פעיל, הממוקם בלב שכונה עירונית, ומטרתו היא לשמור על לחצי המים בעיר. מגדל המים נבנה בשנת 1976, כמבנה בטון קונוסי כפול – בצורת שעון חול.

בהתאם להנחיות נציב המים, נערכה באתר בשנת 2020 בדיקת עמידות בפני רעידות אדמה. במסגרת הבדיקה בוצעו בדיקות מודל לחיזוי התנהגות מגדל המים בעת רעידת אדמה, והתגלו בו שלוש נקודות חולשה שאותן צריך היה לחזק על מנת להשיג עמידות בפני רעידות אדמה:

1. יסוד המבנה – חיבור קירות הקונוס התחתון ליסוד עצמו נמצא יחסית חלש והוערך כי עמידותו נמוכה בפני לחצים סיסמיים, שכוללים מאמצי גזירה ומתיחה. בקירות הבטון האופקיים, מנות הזיון התגלו כנמוכות מדי, כאלה שלא יהיו מסוגלות להתמודד עם כוחות המתיחה הממברנית.
2. צוואר מגדל המים – בחלק הצר, באמצע המגדל, אשר מחבר בין הקונוס העליון ובין הקונוס התחתון, התגלה כי הברזל שמחבר בין שני החלקים אינו מספיק.
3. תחתית הבריכה – החלק התחתון של הבריכה הנמצאת בראש המגדל, בגובה של כ-30 מטרים, שעליה מופעלים עומסי שימוש רבים בשל משקל המים, התגלה כנקודת חולשה נוספת.

המטרה: חיזוק מגדל המים על פי עקרונות ת"י 413

על פי עקרונות התכנון של ת"י (תקן ישראלי) 413, "תכן לעמידות ברעידות אדמה: הערכה ושיפור של עמידות מבנים קיימים ברעידת אדמה", מטרת העבודה הייתה ביצוע עבודות לחיזוק המבנה ולשדרוג סיסמי לכוח הצפוי ברעידת אדמה, שלגביה קיימת הסתברות של 10% שתאוצה חזקה ממנה תתרחש פעם אחת בתוך תקופה של 50 שנה, או במילים אחרות, זמן חזרה של 475 שנה.

אחת הדרישות שהציבה חברת מי נתניה לביצוע עבודות החיזוק היא לא להשבית את פעולתו של מגדל המים, כך שריקון הבריכה ממים לא היה אופציה אפשרית.

דרישה נוספת הייתה מינימום פגיעה באסתטיקה החיצונית של המגדל, שמהווה מונומנט גבוה ובולט בשטח.

פתרונות שנשקלו:

1. בניית קונסטרוקציות פלדה בחלק הפנימי של המגדל: פתרון זה הוא אומנם אופרטיבי אך לא מאוד אפקטיבי. הפתרון כרוך בהתקנת כמויות גדולות של פלדה בחלקו הפנימי של המגדל ועיגונן לקירות המבנה. פתרון זה עשוי לספק עמידות רבה בפני מאמצי מתיחה וגזירה, אך הוא יוצר תוספת משקל בגובה, תופס נפח רב, ומשפיע על האסתטיקה של המבנה מבפנים.
2. קשירת כבלי פלדה ודריכתם בחלק הפנימי של המגדל: עיגון כבלי פלדה בנקודות החולשה של המבנה עשוי לסייע לקירות הבטון לפזר את האנרגיה הקינטית ולספוג מאמצי מתיחה וגזירה רבים. פתרון זה מוגבל ביכולתו לספוג אנרגיה, ומשפיע אף הוא על האסתטיקה של המבנה מבפנים.

הפתרונות שנבחרו:

על מנת לענות על האתגר של חיזוק מגדל המים בשלוש נקודות תורפה משמעותיות, תוכנן ובוצע תכן המשלב טכנולוגיות מסורתיות ומתקדמות, עם ביסוסי בטון מזוין, לוחות פלדה, וחיזוק עם יריעות פולימרים מחוזקים בפחמן (CFRP) ועיגונים מתאימים. שילוב הפתרונות אפשר מתן מענה מדויק לאתגרים השונים, והוא נעשה ביישום מוקפד ומקצועי על ידי אנשי מקצוע שעברו הסמכה, ותוך מתן פתרונות לאתגרי הנגישות הבלתי צפויים שעלו במהלך העבודה.

א. חיזוק יסוד מגדל המים

הפתרון הנבחר לחיזוק יסוד מגדל המים ונקודת החיבור בין קירות מגדל המים ובין יסוד הבטון עצמו הוא יציקת טבעת בטון שמטרתה לחבר בין פלטת היסוד של המגדל לבין הקירות עצמם. על מנת להגיע ליסוד, נחפרה האדמה סביב מגדל המים, ולוחות הבטון נקשרו באמצעות קוצים ומוטות עיגון אלכסוניים. בכל מקום שבו יש מגע בין הבטון הישן לחדש, חוספסו פני שטח הבטון הקיים, ונקדחו שגמים. הקוצים והמוטות יושמו על ידי שימוש בדבק מסוג Hilti HIT RE500-V3. בדיקות מדגמי הבטון לחוזק לחיצה התבצעו לפי ת"י 26 ו-ת"י 118, בדיקות חוזק נעשו שבעה ימים ו-28 יום לאחר היציקה.

לאחר יציקת הבטון, בוצע איטום על ידי מריחת חומרי איטום, ומסביב למגדל בוצעה רולקה צמנטית (יציקת בטון מעוגלת המחברת בין החלק האופקי – הבסיס, לחלק האנכי – הקירות), לאורך מישק החיבור של היסוד החדש עם קירות הבטון של המגדל.

כתחליף זיון לחיזוק קירות הבטון של המגדל, נבחר השימוש בחומר מרוכב: יריעות פחמן מחוזק (CFRP) אשר מאפשר להתמודד עם כוחות המתיחה בתוך הקירות באזור שבו המומנט הוא מקסימלי. הסיבות לבחירה בטכנולוגיית חיזוק מתקדמת זאת הן עוביין הדק של היריעות, כמו גם גמישותן הרבה ביישומן על גבי קירות הבטון, נוסף על חוזקן הרב – שמחליפות יציקה של קו"בים רבים של בטון, שתופסים גם נפח רב ומשפיעים רבות על האסתטיקה של המבנה.

יריעות פחמן הינן דקות וקלות משקל, גמישות ועם זאת בעלות עמידות גדולה במתיחה. המבנה המולקולרי של יריעת הפחמן, ואופן האריגה שלה, מאפשרים לה להיות תחליף יעיל ופשוט לכמויות גדולות של ברזל, וליישום גם במקומות שבהם הנגישות מוגבלת.

ביריעות אלה נעשה שימוש על מנת להגדיל את תסבולת האלמנטים למאמצי גזירה, לחיצה וכפיפה, בהתאם ליישום הנדרש.

במקרה זה, התבצע חיזוק העמודים על ידי הדבקה חד כיוונית של יריעות חיזוק גמישות. מערכת החיזוק בחומרים מורכבים אלה כוללת את יריעות סיבי הפחמן ואת שרף האפוקסי, שבו משתמשים להדבקת היריעות. חומרים אלה מתוכננים לעבוד יחד ומתייחסים אליהם כאל מערכת שלמה.

היריעות שנבחרו לצורך כך הן יריעות SikaWrap-600 C. פריימר ושרף מסוג Sikadur-300.

הכנת תשתית הבטון ליישום יריעות סיבי פחמן

היבט נוסף המאתגר את יישום יריעות החוזק הוא הצורך בעבודת הכנה קפדנית בתשתית הבטון הקיימת ושימוש בחומרים מיוחדים ליישור ולהחלקה של הבטון.

הכנה זאת כוללת:

• הסרת בטון רופף או אבני סגרגציה, השחזה ושיוף של פני הבטון ובליטות כולל ניקוי יסודי מאבק, קיטום ברזלים בולטים או פגועים משיתוך (קורוזיה) וטיפול בהם על פי מפרט נפרד לעצירת תהליך הבלאי. תהליך זה מאפשר הדבקה חזקה ומדויקת של יריעות סיבי הפחמן.
• הכנת תערובת מדויקת של חומר מליטה צמנטי, דו רכיבי, מועשר בפולימרים ליישור ולהחלקה של תשתיות הבטון כהכנה ליישום היריעות.
• לצורך התקנת כפתורי העיגון של היריעות, נקדחו קדחים בבטון, ולאחר מכן מולאו בדבק.

 ב. חיזוק אזור צוואר מגדל המים

על מנת לחזק את אזור צוואר מגדל המים, בחיבור בין הקונוס התחתון לבין הקונוס העליון, נבחר פתרון של שילוב אלמנטי פלדה ובורגי עיגון. בעזרת התקנת פחי פלדה, ועיגונם לאלמנטי הבטון, אפשר להבטיח את העברת העומסים הרציפה ואת עמידות העמודים בחלק הזה של המבנה.

פחי הפלדה יוצרו בהתאם לדרישות בבית מלאכה על פי הנחיות מטלורג חומרים מורשה, כולל ביצוע עיבוד תרמי והרפיה לפלדה לשחרור מאמצים.

פחי הפלדה הותקנו חיצונית למבנה, ולביצוע העבודה השתמשו המתקינים בבמת הרמה.

טרם יישום פחי הפלדה בעמודים, היה צורך לבצע עבודות ניסור קוביות בטון, יישור והחלקת פני הבטון, חספוס עדין וניקוי. להדבקת הפחים לבטון נעשה שימוש בדבק אפוקסי דו רכיבי, בהתאם להוראות היצרן.

ג. חיזוק תחתית הבריכה

הפתרון שנבחר לחיזוק נקודת התורפה השלישית של המבנה, בתחתית בריכת המים המוצבת בחלקו העליון של המגדל, בגובה של כ-30 מטרים, הוא התקנת לוחות חיזוק מפלדה ועיגונם.
העלאת לוחות פלדה אלה, השוקלים 150 ק"ג כל אחד, במעלה מגדל המים, והטייתם בזווית אלכסונית לצורך התקנתם, התבררה כאתגר לא פשוט, עקב הגיאומטריה המורכבת של מגדל המים.

האתגר שהתגלה בשטח – קשיי נגישות

תחתית הבריכה ממוקמת מעל פיר בגובה של 30 מטר בקוטר מרבי של 11 מטר, שבנקודה הצרה ביותר שלו, בנקודת החיבור בין הקונוסים, קוטרו כ-5 מטרים בלבד. גיאומטריה מורכבת זאת הקשתה על הנגישות מצידו הפנימי של המגדל, והעלאת פחי הפלדה לגובה התבררה כאתגר, ונוסף על כך, קירות הבטון של המבנה אינם ישרים אלא זוויתיים – ויש להתקין את לוחות הפלדה בזווית. שתי חלופות נבחנו לצורך העניין:

בניית פיגום קונזולי מתכוונן, תלוי באוויר: בשונה מפיגום תמיכה רגיל, אשר מעוגן בקרקע, פיגום קונזולי מתכוונן מעוגן אל קורות המבנה בגובה בעזרת ברגים ואומים מהירים, וזווית הפתיחה שלו מתכווננת וניתנת להתאמה. אף כי התכנון המקורי התבסס על פיגומים, רק כאשר הגיעו אנשי הביצוע לאתר הם הבינו כמה הדבר מסובך ויקר לביצוע. לאחר התייעצות עם מתקיני הפיגומים, הוחלט כי יש צורך במציאת פתרון אחר.

הפתרון שנבחר – ביצוע עבודות החיזוק מבפנים באמצעות סנפלינג:

על מנת לבצע את עבודת הסנפלינג בצורה בטוחה היה צורך ברישות התקרה בטבעות, שיצר מעין מסלול לאורך קירות מגדל המים בצד הפנימי שלהם.

היות שעל הלוחות לעבור דרך הצוואר הצר של המבנה, ולאחר מכן לעלות בזווית על מנת להתאים לשיפוע הקונוס העליון, כדי להתגבר על זוויתיות המבנה, נפרשה בחלק העליון של הקונוס מערכת של גלגלות שאפשרה להעלות אותם לגובה בזווית.

תחת פיקוח הדוק של מנהל העבודה, שפיקח על העבודות מגרם המדרגות שמוביל אל מרכז הפיר, גולשי סנפלינג שנשכרו למשימה מיוחדת, ועברו הכשרה, התקינו את פחי הפלדה הגדולים בחלק התחתון של בריכת המים בליווי צמוד של מהנדס בנין הארץ וצוותו.

סיכום: "פרויקט שאיכות הביצוע בו חשובה במיוחד"

פרויקט חיזוק מגדל המים בקריית נורדאו בנתניה בפני רעידות אדמה דרש שילוב של טכנולוגיות חיזוק מבנים מסורתיות וחדשניות, עם יכולות מציאת פתרונות חכמים בשטח ליישום יעיל ו-Cost Effective.

ידידיה לרמן, מנהל הפרויקט מטעם חברת בנין הארץ, מסכם: "קיבלנו לידנו פרויקט שאיכות הביצוע בו חשובה במיוחד, זאת בשל החשיבות האסטרטגית של תפקוד מגדל המים, בשגרה או בשעת חירום כגון רעידת אדמה. במחשבה נכונה, תכנון נכון ואיכות ביצוע גבוהה, הפרויקט בוצע בהצלחה לשביעות רצון המהנדס המתכנן, מזמין העבודה והפיקוח, תוך עמידה בלוחות זמנים נוקשים, וללא הפרעות לסביבת המגורים המאוכלסת סביב מגדל המים ולתפקוד השגרתי של המגדל".

הפוסט שיקום מגדל מים וחיזוקו מפני רעידות אדמה – קריית נורדאו, נתניה הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

מהנדסי קונסטרוקציה: דוד מהנדסים

מהנדסי שימור: שפר רונן מהנדסים

מהנדס תלייה מטעם הקבלן: מהנדס ברוך ירמולינסקי מחברת ברוך ירמולינסקי מהנדסי מבנים; ד"ר בוריס פיקס מחברת ב.פ. ניטור מבנים כבישים ותשתיות.

אדריכל השימור: אורי פדן

ביצוע:

קבלן מבצע: אשטרום ירושלים

מנהל הפרויקט מטעם אשטרום: עופר ענבר

הלקוח: קבוצת JTLV בשיתוף קבוצת ב.ס.ר.

מנהל הפרויקט מטעם ב.ס.ר: שמעון טרלצקי

ביצוע תלייה וניטור: בנין הארץ

מנהל הפרויקט מטעם בנין הארץ: שרון אלבז

טכנולוגיות הנדסיות: קונסטרוקציות פלדה, יציקות בטון, הזרקות סיד הידראולי, ג'קטינג לחיזוק הפתחים, מערכת הרמה הידראולית ממוחשבת, חיישנים וכלי ניטור מתקדמים

תאריך ביצוע: 2021

משך הפרויקט: כשנה (עבודות החיזוק, הניתוק וההרמה)

רחוב יפו 115 ירושלים, גוש 30076 חלקה 190

תלייה והרמה של מבנה לשימור – תקציר:

מבנה גן הילדים במתחם ישיבת "עץ החיים" בירושלים הוא בניין בן שתי קומות בעל ערך היסטורי, שנבחר לשימור במסגרת פרויקט פיתוח גדול במתחם. כחלק מאותו פרויקט פיתוח, תוכננו מתחת לבניין הישן שבע קומות של חניון תת-קרקעי. כדי לבצע את החפירות מתחת לבניין, מבלי לפגוע בו, התעורר צורך "לתלות" את הבניין, כלומר לנתק אותו מהקרקע, ולייצב אותו זמנית באוויר על גבי קונסטרוקציית פלדה וכלונסאות חדשים, שנמצאים מחוץ להיקף הבניין.

נוסף על כך, היות שהמבנה נמצא במפלס נמוך ממפלס הרחוב, היה צורך להעלות את המבנה כולו ב-50 ס"מ, באמצעות מערכת הידראולית מיוחדת בהתאם לצורכי תכנון הפרויקט המלא.

המבנה עצמו נבנה מאבנים, טיט וברזל בשיטת בנייה עות'מאנית האופיינית לתקופה של לפני יותר מ-100 שנה, ולא חוזק בבטון או בפלדה. בבדיקה שנערכה הוא נמצא כבלתי תקין הנדסית בסטנדרטים המקובלים, ודרש חיזוק ושימור בטרם יבוצעו תוכניות אחרות.

ביצוע הפרויקט, הגדול מסוגו בישראל עד כה, היה כרוך בתכן מקצועי המבוסס על יישום טכנולוגיות מתקדמות בשילוב עם אמצעי ניטור מתקדמים למעקב רציף אחר מצבו של הבניין במהלך תלייתו והרמתו, ובביצוע קפדני של צוות של מהנדסים ואנשי מקצוע מהשורה הראשונה.

חברת בנין הארץ נבחרה כדי לתכנן ולבצע את הרמת הבניין על ידי תכנון ובניית מערכת בוכנות הידראוליות והרמת הבניין תוך ניטור מלא ורציף של מצב הבניין ותפקוד הבוכנות ההידראוליות.

במסמך זה נסקור את הפרויקט המורכב של תליית והרמת המבנה בשלמותו, נציג את האתגרים ההנדסיים והביצועיים שהיו כרוכים בחיזוק המבנה, בהרמתו ובתלייתו, נראה שרטוטים שונים מתוך התוכנית ונצרף כמה מהחישובים הסטטיים שבוצעו לצורך הפרויקט.

[א] רקע – פרויקט בסר מחנה יהודה

במתחם שבו פעלה ישיבת עץ החיים בירושלים, המשתרע על פני 6.2 דונם בסמוך לשוק מחנה יהודה, אושרה תוכנית פיתוח מקיפה, כחלק מהתוכנית לפיתוח לב העיר ירושלים וחיזוק אזור השוק. לפי התוכנית, יוקמו במקום שני מגדלי מגורים בני 30 קומות כל אחד, בית מלון, מרכז מסחרי, ספרייה ציבורית ומרכז ספורט תת-קרקעי, וכמו כן שבע קומות של חניון תת-קרקעי.

בשל הרצון לשמר את אתרי המסורת ההיסטוריים של העיר, הוחלט לשמר ולחדש מספר מבנים במתחם, ביניהם מבנה גן הילדים.

[ב] האתגר: חפירה מתחת מבנה לשימור – גן הילדים

המבנה שנבחר לשימור שימש גן הילדים העברי השני בירושלים. זהו מבנה אבן בן שתי קומות ובמשקל 4,000 טון שנבנה בשנת 1890.

המבנה בנוי כולו מאבן והוא נבנה בשיטות בנייה מסורתיות האופייניות לתקופה העות'מאנית. בקומת הקרקע במבנה קיימת תקרה מקמרונות צולבים ובקומה השנייה תקרה עשויה קורות ברזל (רלסים) וביניהן מילוי קמרונות אבני גוויל. הקירות הרחבים, כ-120 ס"מ, בנויים מאבן משני צדדיהם וממולאים באבנים קטנות, בעפר ובמלט. המבנה נבנה על הקרקע (סלעית) ללא ביסוס בטוני.

כיוון שתחת הבניין תוכננו שבע קומות חניה, התעורר צורך לחפור מתחתיו. אחד הפתרונות האפשריים הוא לפרק את המבנה ולבנותו מחדש במיקום אחר. אולם, על מנת שלא לפגוע במבנה העדין, הוחלט לשמרו במקומו, וכדי לאפשר את החפירה תחתיו, לבצע "תלייה" של הבניין בשלמותו באוויר על יסוד זמני של כלונסאות קונסטרוקציית פלדה, מה שיאפשר לחפור את שבע קומות החניונים התת קרקעיים מתחתיו.

נוסף על כך, המבנה נבנה בגובה נמוך ב-50 ס"מ מגובה הקרקע של המתחם הסובב אותו. משום כך, עלה הצורך להרים את כל הבניין בכ-50 ס"מ על מנת ליישרו עם מפלס הפרויקט בהתאם לצורך התכנוני של המתחם החדש.

אתגר נוסף שהתגלה הוא מצבו ההנדסי של המבנה. בניתוח הנדסי של מצב הבניין, הוא נמצא כבלתי-תקין הנדסית באופן אובייקטיבי, ללא קשר לתוכניות האחרות לגביו. את הליקויים והמפגעים שספג הבניין היה צורך לתקן בדחיפות, כדי לא לעכב את העבודות ההנדסיות של הרמת ותליית הבניין.

אפשר לומר כי הפרויקט העמיד בפני המבצעים אתגר מרובע:

1. חיזוק: שימור וחיזוק הבניין הבלתי-תקני כדי שיעמוד בעומסי ההרמה והתלייה.
2. כליאה והרמה: כליאת המבנה בקונסטרוקציית פלדה והעלאתו ב-50 ס"מ לקו האפס של המתחם על ידי בוכנות הידראוליות.
3. תלייה: תליית המבנה בגובה של 22 מ' על יסודות זמניים, לצורך חפירת קומות החניון תחתיו.
4. ניטור רציף: על מנת לבצע את האמור לעיל בהצלחה היה צורך גם בניטור מדויק ורציף של מצב הבניין ושל תפקוד הבוכנות ההידראוליות, על מנת לתת מענה מיידי בשטח לכל סימן שעשוי להעיד על פגיעה אפשרית בשלמות המבנה.

אין זו הפעם הראשונה בישראל שמרימים או תולים מבנה לשימור, אך זוהי הפעם הראשונה שבה מבנה אבן כה גדול וכבד הורם לגובה כה רב.

[ג] ביצוע הפתרונות הנבחרים:

שלב א' – שימור וחיזוק המבנה

כאמור לעיל, היות שתחזוק הבניין הוזנח במשך שנים רבות, מה שיצר פגמים הנדסיים במבנה, היה צורך בביצוע עבודת הכנה לקראת התלייה וההרמה, כדי לאפשר את הרמת המבנה בשלמותו ומבלי שייסדק או יתפורר בנקודות החולשה שלו. עבודות החיזוק כללו:

1. טיפול בסדקים בחזיתות הבניין.
2. השלמת אבנים חסרות בקירות.
3. חיזוק אבנים רופפות.
4. טיפול בסדקים בקירות ובקמרונות בקומת הקרקע.
5. טיפול בתקרת קורות הפלדה שבקומה א'.
6. שיקום גג העץ, חיזוק והחלפת הרכיבים הרקובים והפגומים.

כמו כן עלה צורך בביצוע עבודות הכנה שלא קשורות ישירות לשימור המבנה, כגון פינוי הריצוף ולוחות השיש בקירות, פינוי חפצים שונים ופסולת מהבניין, וביצוע חפירות גישוש במטרה למדוד את עומק הסלע שעליו נבנה הבניין.

חיזוק הפתחים – חלונות ודלתות

לצורך חיזוק הפתחים נעשה שימוש בטכנולוגיית "ג'ט גראוטינג": הרכבת רשתות זיון בשני צדדיו של קיר בלוקים קיים, קידוח והחדרה של מוטות קשירה בקיר, וביצוע התזת בטון בעובי 7 ס"מ מכל צד. עם זאת, לא את כל הפתחים במבנה אפשר היה לסגור, זאת על מנת לאפשר מעבר חופשי לצורך ביצוע העבודות.

תמיכה בגמלונים

גמלון הוא אלמנט אדריכלי בצורת משולש שווה-שוקיים בחזית של מבנה, שנועד בעיקר למטרות עיצוביות. במבנה גן הילדים, חוברו הגמלונים באמצעות קורות עץ בלבד, ועל מנת לחזקם הורכבו קורות קשר מפלדה לאורך הגמלונים, שחוברו לקירות בעזרת הזרקות סיד הידראולי.

שלבים ב' וג': – העלאת המבנה ותלייתו

הפתרון הנבחר להעלאת המבנה ולתלייתו הוא כליאת המבנה בקונסטרוקציית פלדה, ביסוסו על כלונסאות והרמתו על בוכנות הידראוליות.

1. קונסטרוקציית פלדה

קונסטרוקציית הפלדה אשר "כלאה" את המבנה הורכבה במקום מאגדים של פלדה – אלמנטים כבדים מפלדה אשר מיוצרים במפעל המתמחה בפלדה ומועברים בחלקים לאתר להרכבה סופית. גובה רכיבי האגד – 3.70 מטר בהיקפם ו-11 מטר באורכם – דרש הסדרי תנועה מיוחדים ביום הובלתם לאתר.

2. ביסוס כלונסאות

בהיעדר ביסוס למבנה, ובהינתן הקרקע הסלעית בבסיס המבנה, הפתרון שנבחר לביסוס הבניין לצורך הרמתו ותלייתו היה קידוח ויציקת כלונסאות מיקרופייל, אשר מאפשרים את העברת העומסים מהמבנה לקרקע באמצעות חיכוך בין מעטפת הכלונס לקרקע ובאמצעות לחץ תחתית הכלונס על האדמה.

כלונסאות המיקרופייל נוצקו במבנים של "גרעיני כלונסאות" – בסידור של ארבעה כלונסאות שעליהם נוצקו פלטות בטון, שעליהן הוצבו בוכנות ההרמה.

לביסוס סמך אגדי הפלדה להרמה ולתלייה של הבניין, בוצעו עשרה גרעיני כלונסאות בעומק של 30 מ'. כל גרעין הורכב מארבעה כלונסאות מיקרופייל בקוטר 60 ס"מ ומפלטת יסוד בקוטר של 300/300 ס"מ שנוצקה מעליהם. בפלטות היסוד נעשה שימוש כמשטח להרכבת הבוכנות להרמת הבניין.

3. הרמת קונסטרוקציית הפלדה

ההרמה התבצעה בשיטה של חמישה אגדים מפלדה, שכל אחד מהם ניצב על שתי בוכנות, התומכים בקונסטרוקציית פלדה שאפשרה את כליאתו של המבנה ואת העברת העומסים לביסוס החדש.

4. הרכבת האגדים והקורות

לצורך ביצוע הרכבת האגדים, נחפרה סביב הבניין תעלה בעומק כ-150 ס"מ, ובוצעו תושבות בצורת מזלג להתקנת האגדים הפנימיים. לאחר מכן, נגררו האגדים לתוך התושבות באמצעות מנוף, ונקשרו ביניהם באמצעות קורות קשר.

5. מערכת קורות פלדה לתמיכת הקירות

אחרי הרכבת האגדים וקורות הקשר מתחת לבניין, הורכבה מערכת קורות נפרדת לתמיכת הקירות החיצוניים והפנימיים של הבניין. מערכת קורות התמיכה נבנתה במנותק ממערכת האגדים, כך שמדובר למעשה בשתי קונסטרוקציות נפרדות. קורות הקשר חוברו אל הקירות במתודה של חיכוך לכל אורך המגע בין הקורות לקיר, על ידי הזרקת סיד הידראולי NHL 7.5.

6. ניתוק הבניין הקיים מהיסודות

אחרי ביצוע עבודות ההכנה, הרכבת וחיבור האגדים, הקורות וקורות הקשר, ולאחר אישור ביצוע על ידי המהנדס המתכנן, בוצע ניתוק של קירות הבניין מהיסודות הקיימים והעברת העומס על המערכת הקונסטרוקטיביסטית החדשה. כדי להעביר את העומס למערכת החדשה, בוצע בקירות הפנימיים והחיצוניים סיתות חורים עדין, ובתוך החורים הושחלו קורות פלדה. ברווחים שנותרו בין קורות הפלדה לבין הדפנות שנחצבו הוזרק סיד הידראולי NHL 7.5 למילוי הרווחים. הצורך בחיזוק בעזרת קורות פלדה שהושחלו לרוחב כל הקיר נבע מכך שחומר הקירות הוא חומר רך ופריך – וכדי להרים קיר מסוג זה יש צורך במתן תמיכות לכל רוחב הקיר, ולא בעזרת תמיכה נקודתית, שלא הייתה מספקת את התמיכה הנדרשת לקיר, בשל תסבולת נמוכה של מאמץ מגע של חומר הקיר – אשר עשוי להתפורר בתגובה למאמצים שמופעלים עליו. למעשה, קירות אבן שנבנו באופן זה אינם יודעים כלל להתמודד עם מומנטים. לכן היה צורך בייצור ערסול לקיר והרמה עם פני שטח רחבים מלמטה.

כדי לבצע את הניתוק עצמו, ולנטר את התקדמותו, נעשה שימוש בשילוב של מספר אלמנטים, בתהליך הדרגתי ומבוקר.

חיישני LVDT – Linear Variable Differential Transformer – הפועלים על בסיס מגנטיות ופלט דיגיטלי, שהורכבו על אגדי הפלדה, בשני קצותיהם ובמרכזם. חיישנים אלה סיפקו משוב באשר לתזוזת הבניין.

סטריין גג'ים – (Strain Gauge) חיישנים לזיהוי מתיחת האגדים.

בדיקה פיזית-ויזואלית – עם התקדמות מאמצי הבוכנות, בדיקה ויזואלית אפשרה לראות את הסדיקה במישור החיבור של המבנה לסלע, עד לניתוק מלא.

מדד נוסף להתקדמות הניתוק היה נתונים ממדדי לחץ הבוכנות. כל עוד הלחץ בבוכנות ממשיך לעלות, פירוש הדבר כי ההתנגדות משתנה, עד לנקודה שבה התייצב הלחץ על הבוכנות והפסיק לעלות.

כמו כן, נקבעה נקודת מדידה קבועה מחוץ למגרש על ידי מודד חיצוני, ולפיה נעשו בדיקות שקיעות האגדים.

עוד על מערכת הניטור המשולבת, בהמשך.

7. מערכת בוכנות ממוחשבת להרמת הבניין

לצורך הרמת הבניין הישן, תכננה חברת בנין הארץ מערכת בוכנות ייחודית שנבנתה במיוחד לצורכי הפרויקט, לצד מערכות ניטור מתקדמות, שיכולה לתת מענה להבדלים בין העומסים השונים והבלתי צפויים במקומות שונים במבנה, תוך שמירה על רמת דיוק גבוהה בין הבוכנות, רמת דיוק של עשירית המילימטר.

על רקע הצורך בדיוק גבוה מאוד בין הבוכנות, והשאיפה למנוע כל אפשרות להיווצרות של פערים בין הבוכנות, הותקנו שתי מערכות שונות הפועלות על עקרונות פעולה שונים – האחת הידראולית והשנייה מכנית.

המערכת ההידראולית היא זאת שביצעה את ההרמה, והמערכת המכנית של בורג שהסתובב על ידי מנוע, שימשה מנגנון אל-חוזר.

בוכנות הידראוליות

בוכנה הידראולית היא התקן שמשתמש בלחץ של נוזל על מנת לדחוף גליל שמבצע עבודה מכנית שדורשת כוח רב. בוכנות הידראוליות משמשות למספר תחומים בהנדסה אזרחית, כמו למשל בעת בניית גשרים ושיפוצם, כדי להרים גשרים ולהחליף להם את הסמכים או כדי לשפר עמידות של מתקנים לרעידות אדמה.

חמישה זוגות של בוכנות הותקנו מתחת לקונסטרוקציית הפלדה, שכל אחת מהן מסוגלת לשאת משקל של עד 600 טון ולהרימו לגובה של עד 600 מ"מ. הבוכנות מבוקרות ומנוהלות על ידי מחשב ייעודי – בקר – שמנהל את ההרמה לפי הגדרות תנאי הסף (Threshold) שנקבעו מראש על ידי המבצעים והמתכננים. תחת הגדרות אלה, המבוססות על מדדים כגון מהירות ההעלאה, גובה ההעלאה והלחצים בבוכנות, המערכת יודעת לעצור לבד את ההרמה כאשר מתגלית חריגה בערכי הסף שנקבעו.

8. שדרוג מערכת התליה וחיזוקה

לאחר שהונח המבנה במצב סטטי על קוביות פלדה בגובה של חצי מטר, הושלם למעשה חלקה של חברת בניין הארץ בפרויקט. בהמשך העבודות, על מנת לאפשר את חפירת החניון מתחת למבנה, נדרש שדרוג מערכת תליית המבנה וחיזוקה. זאת משום שככל שמעמיקים לחפור, חושפים את מצע הקרקע שבו היו עמודי הכלונס, והם הופכים להיות חופשיים, ללא חיכוך של אדמה שיאפשר להם להחזיק את העומס.  

הדבר נעשה באמצעות קונסטרוקציית קורות פלדה אנכית שחוברה לכלונסאות וחוזקה על ידי יציקת בטון, בעומק של כעשרה מטרים מתחת למבנה (בוצע על ידי אחרים). 

שלב ד' – אתגר הניטור

על מנת לקבל ניטור מדויק ודינמי הן של מצב המבנה עצמו והן של תהליך ההרמה, שיאפשר למנהלי הפרויקט לקבל החלטות ולטפל באלמנטים שונים בבניין בהתאם לתגובת הבניין למאמצי ההרמה, בזמן אמת ובאופן רציף, נפרשו כ-200 חיישנים מחמישה סוגים שונים לאורך ולרוחב המבנה וקונסטרוקציית הפלדה, אשר שידרו תמונת מצב עדכנית ומדויקת היישר אל חדר הבקרה, משם נוהלה הפעלת הבוכנות.

שימוש בקורות ייחוס

מכשירי מדידה מיוחדים הותקנו על קורות ייחוס סמוכות לבוכנות, וסיפקו נתונים לגבי תנועת הקורות הן כלפי מעלה והן כלפי מטה, על מנת לוודא שאין כל שגיאה באופן שבו הבוכנות עולות. ניטור מערכת הבוכנות כלל כמו כן את ניטור הלחצים בתוך הבוכנות.

מערכת הניטור הורכבה מחמישה סוגי חיישנים:

• חיישנים מסוג Tiltmeter (טילטמטר) – חיישני זווית לבדיקת נטיית המבנה. טילטמטר הוא חיישן זווית רגיש שנועד למדוד שינויים מזעריים ממפלס אנכי, על פני הקרקע או על מבנים, על מנת למדוד שאין נטייה של הקורות ממצב מאוזן.
• חיישנים לרעידות (Vibrations monitors) – חיישנים רגישים מאוד המודדים תנודות ומאפשרים להעריך את מידת ההשפעה שיהיו לתנודות אלה על המבנה, בזמן אמת.
• ניטור מדי עיבורים (Strain Gauge) (סטריין גג'ים) – שיטה המאפשרת זיהוי דפורמציות בעמודים ובקירות בטון, וזיהוי כשלים במבנה. בשיטה זאת, מדביקים פרופיל פלדה לעמודי הבטון, ועליו מדביקים חיישנים, המאפשרים מדידה והערכה של עיבורים (עיוותים) המתהווים בקורות. חיישנים אלה מיועדים למדוד את המתיחה של הקורות, ומאפשרים לדעת מהו המתח שבו נמצאות הקורות וכמה כוח מופעל עליהן.
• ניטור התפתחות סדקים באמצעות LVDT – מתמרי מרחק מסוג Linear Variable Differential Transformer הפועלים על בסיס מגנטיות ופלט דיגיטלי, ואינם מושפעים משינויים תרמיים. החיישנים מאפשרים לעקוב אחר שינויים מזעריים בהתרחבות סדקים. בחיישנים אלה נעשה שימוש לבדיקת כפף הקורות ולבדיקה שאין שקיעה בכלונסאות.
• חיישנים מסוג Crackmeter (קראקמטר) – משמשים לניטור תנודות בנקודות חיבור ובסדקים. בחיישנים אלה נעשה שימוש לבדיקת עליית הקורות בעת העלאת הבניין, ולווידוא שנקודות רגישות מבחינה הנדסית אינן קורסות תחת הלחץ.

מהלך הניתוק וההרמה ארך כשמונה ימי עבודה. בחלקו הראשון – ניתוק איטי ומדורג של המבנה בקצב של כ-1–1.5 מ"מ בשעה עם הפסקות לבדיקות והמתנה לתגובת המבנה, עד לגובה של 30–40 מ"מ, עד שקונסטרוקציית הפלדה שכלאה את הבניין נמתחה והתנתקה מהקרקע.

בשלב השני המשיכה העלאת הבוכנות בקצב של כ-15–20 מ"מ ביום, כאשר בפועל נדרש הצוות לעצור מדי פעם את פעולת הבוכנות ולטפל באלמנטים שונים על מנת לוודא שההעלאה מתקדמת באופן יציב ומאוזן שאינו גורם להלם בלתי-הפיך במבנה.

באופן זה הועלה הבניין לגובה 53 ס"מ, כשבגובה זה הוכנסו תחת הבניין קוביות פלדה המשמשות תמכים זמניים, ואז הורד בחזרה ב-3 ס"מ לגובה 0, שלאחריו נוצקה רצפת הבטון.

אחרי הרמת הבניין, נוצקה רצפת בטון בעובי 18 ס"מ במישור קורות היסוד. תפקיד הרצפה הוא לשמש בסיס קשה ואופקי להעברת העומסים מקירות הבניין ליסודות הזמניים, על מנת למנוע את קריסת הקירות. לחיזוק הרצפה, הועברו מוטות זיון מפלדה דרך הקורות, לקשירת הרצפה התלויה בשני צידי הקירות הקיימים.

סיכום: "פרויקט רב מימדי של הנדסת בניין עם דיוק של הנדסת מכונות"

פרויקט ההעלאה והתלייה של מבנה גן הילדים לשימור במתחם עץ החיים בירושלים היה מבצע הנדסי לא פשוט, שביצועו היה כרוך בתכן מקצועי המשלב בין טכנולוגיות בנייה מסורתיות וחדשניות, ובביצוע קפדני על ידי מהנדסים ואנשי מקצוע אחרים מהשורה הראשונה. תליית הבניין הושלמה ב-2021 בהתאם לתוכניות, ופיתוח הפרויקט מתקדם וצפוי להגיע לסיומו ב-2024.

"לחברת בנין הארץ יש היסטוריה של יכולת להתמודד גם עם אתגרים טכנולוגיים וגם עם אתגרים הנדסיים. הם לא חוסכים בשום ציוד, בשום חומר, ומגיעים בסוף לתוצאות מדהימות", סיכם שחר רפאל, מהנדס ראשי בדוד מהנדסים.

"העבודה נעשתה בצורה מאוד מקצועית, מאוד יסודית. בנין הארץ תקפו את האתגרים מכל הכיוונים, גם מבחינת הניטור, גם מבחינת הביצוע עצמו", אמר אבי ברדח, מחברת ההנדסה האזרחית והתשתיות ירון שמעוני שחם שהוזמן להתרשם מהפרויקט.

ידידיה לרמן, מנהל הפרויקט מטעם חברת בנין הארץ, סיכם: "זהו פרויקט דגל, פרויקט ראשון מסוגו בארץ, ויוצא דופן במורכבותו, שהתיאור הכי קרוב להמחשתו הוא ביצוע משימה של הרמת ארמון חול באוויר בלי שיתפרק. האתגרים בפרויקט היו רב מערכתיים: בהנדסה אזרחית, בהנדסת מכונות, ואף בהנדסת אלקטרוניקה ובקרה. בנינו צוות שיודע להתמודד עם האתגר ולעבור את הקשיים והשינויים במהלך הפרויקט, מה שהביא את הפרויקט לידי סיום בהצלחה רבה".

נספח – קובץ חישובים סטטיים

במהלך הפרויקט נערך חישוב סטטי סופי, ממוחשב. בקובץ החישובים המצורף תוכלו לראות את החישובים הסטטיים עבור פתרון התלייה באמצעות אגדים. כמו כן נעשו חישובים של שאר האלמנטים של המערכת הקונסטרוקטיביסטית, הקורות הראשיות ואחרות.

קרדיטים:

יזם: ב.ס.ר

קבלן ראשי: אשטרום ירושלים

קונסטרוקטור: דוד מהנדסים

מהנדס השימור: אינג' עופר כהן

אדריכל השימור: אורי פדן

מהנדסי התלייה: ברוך ירמולינסקי, ד"ר בוריס פיקס, ב.פ ניטור מבנים כבישים ותשתיות

קבלן תלייה והרמה: בנין הארץ

מערכת הניטור בשיתוף סקאן אין

הפוסט תלייה והרמה של מבנה לשימור: מתחם עץ החיים, ירושלים הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

מפעלי חומרים מסוכנים ורעידות אדמה: חשש כפול

המשמעות של רעידת אדמה עבור מפעלים העושים שימוש בחומרים מסוכנים (מפעלי חומ"ס) היא סכנה כפולה.

ראשית, הסכנה לפגיעה בחיי אדם ובסביבה. כמדינה שבה ריכוזי אוכלוסייה נמצאים בסמוך למפעלים ולהתקנים תעשייתיים, כפי שאפשר לראות, למשל, באזור חיפה והקריות, אזור אשדוד ואזורי תעשייה נוספים, קיימת חשיבות להגן על חיי אדם. בעת רעידת אדמה בעוצמה בינונית ומעלה, צפויים להיפגע מבנים ומתקנים בתוך מפעלי חומ"ס שיגרמו לדליפות של חומרים מסוכנים, התלקחויות ונזקים נוספים, שעלולים להביא לנפגעים רבים במפעל ומחוצה לו.

בצד הסכנה הממשית לחיי אדם ולבריאות הציבור, קיימת גם סכנה פרטנית לבעלי המפעלים: פגיעה ביכולת של המפעל להמשיך לפעול, באופן מלא או חלקי. כפי שאפשר לראות מנזקי רעידות אדמה שכבר התרחשו בעולם, הפגיעה במפעלים יכולה לגרום להשבתת המפעל ולפגיעה משמעותית ברציפות התפקודית שלו, בין אם בעקבות קריסת קירות, שברים במתקנים או התבקעות והיסדקות של מכלים.

החדשות המעודדות: אפשר להיערך לנזקי רעידות אדמה על ידי שימוש בטכנולוגיות חיזוק שישפרו משמעותית את עמידותם של מפעלי חומ"ס לרעידות אדמה. כך, אפשר להקטין את ההסתברות לנפגעים ולהעלות את הסיכויים לרציפות תפקודית של המפעל.

מפעלי חומ"ס: היערכות ישראל לרעידות אדמה

מדינת ישראל ערה לחששות ולנזקים הצפויים בעקבות רעידות אדמה בקרבת מפעלי חומ"ס, כמו גם לאפשרות להיערך לחיזוק המפעלים ומתקניהם. בעשור האחרון החלה המדינה אף לנקוט פעולות מעשיות בנושא, בעיקר דרך רגולציה.

כך, למשל, ב-7.4.2010 אישרה ועדת שרים לענייני ההיערכות לטיפול ברעידות אדמה החלטת ממשלה בעניין "פעולות ומטלות של משרדי ממשלה ויחידות הסמך בנוגע להיערכות לטיפול ברעידות אדמה". בהתאם, המשרד להגנת הסביבה החל לקבוע למפעלים הרלוונטיים תנאים בהיתר רעלים, שיישומם יסייע בצמצום או במניעת אירועי חומרים מסוכנים בעקבות רעידת אדמה. המשמעות המעשית היא שעל מפעלים המסווגים כרלוונטיים לצאת לפרויקט חיזוק סיסמי לרעידות אדמה, כדי לקבל היתר רעלים ולהמשיך בתפקוד.

חיזוק מפעלי חומ"ס: המשמעות עבור המפעל

בהתאם לרגולציה, בשלב ראשון נדרש המפעל לבחון אם על פי תרחיש רעידות אדמה של המשרד להגנת הסביבה קיים סיכון לפגיעה בציבור. במידה שהתשובה חיובית, על המפעל לבצע סקר עמידות, המורכב מסקר סיסמי וסקר הנדסי. בהתאם לממצאים, יתוכנן פרויקט שיפור העמידות של המפעל.

חשוב לדעת, שפרויקט חיזוק מפעלים מפני רעידות אדמה משתנה משמעותית בין מפעל למפעל. לעיתים מדובר בפרויקט משמעותי, יקר וארוך, ולעיתים מדובר בפרויקט קטן, נקודתי וקצר. המדדים המשפיעים באופן ישיר ועקיף על היקף פרויקט החיזוק הם, בין השאר, שטחו של המפעל, גילם של המבנים, מספר המבנים וההתקנים שיש לחזק והנגישות אליהם. מדד משמעותי נוסף הוא אופן התפעול של המפעל. למבנה המפעל, רצף הייצור ושרשרת הפעילות יכולות להיות השלכות על תכנון החיזוקים ויישומם בשטח בפועל.

בשל כל אלה, ביצוע פרויקט של חיזוק מפעל חומ"ס מחייב קשר הדוק לשטח, משלב התכנון ההנדסי ועד לביצוע בפועל, לרבות מעורבות פעילה של צוות המפעל בפרויקט החיזוק. במילים אחרות: היערכות נכונה של המפעל מבחינה תפעולית, בחירה בפתרונות טכנולוגיים מדויקים וביצוע חכם בשטח יכולים להשפיע הן על עלות הפרויקט והן על משכו.

כיצד אפשר להיערך לפרויקט של חיזוק מפעל לרעידות אדמה?

יש מספר דרכים שבהן אפשר להיערך לפרויקט של חיזוק מפעלים לרעידות אדמה. ראשית, מעורבות גבוהה של המפעל כבר בשלב תכנון הפתרונות. שנית, היערכות לפער מובנה שיש בין תכנונים הנדסיים לבין המצב במפעל בשטח, ולשינויים שיש לבצע תוך כדי יישום הפתרונות, ולבסוף, קשר הדוק עם צוות הקבלן בשטח והמהנדס שלו.

כדי להבין את חשיבות המעורבות של המפעל בפרויקט, הן בשלב התכנון והן בשלב הביצוע, ולאחר שיחות שנערכו עם המשרד להגנת הסביבה והתאחדות התעשיינים, הופקה חוברת המרכזת את עיקרי הדברים עבור מנהלי מפעלי חומ"ס העומדים בפני מיזם חיזוק.

את החוברת אפשר להוריד מאתר האינטרנט "בנין הארץ – מפעלים", המרכז מידע רב בכל הנוגע לחיזוק מבנים במפעלים ומתקנים תעשייתיים. לדף באתר שממנו אפשר להוריד את החוברת לחצו כאן.

*אין באמור בכתבה זו בכדי להוות תחליף לייעוץ משפטי או רגולטורי בנוגע להליכי חיזוק מפעלים לרעידות אדמה

הפוסט חיזוק מפעלים לרעידות אדמה: האתגר וההזדמנות הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

מדוע החליט ירון אופיר לעסוק דווקא בתחום זה של רעידות אדמה, מה מייחד את התחום, ומה מתרחש בישראל בפועל כהכנה לרעידות אדמה? אלה חלק מהשאלות שהפנינו אל ירון בשיחה שקיימנו עימו לאחרונה.

"האור האדום נדלק אצלי אחרי רעידת האדמה בטורקיה ב-1999"

כמו הרבה מהנדסים אזרחיים בישראל, גם מהנדס ירון אופיר הוא בוגר הטכניון. אולם, שלא כמו אחרים, את התואר השני שלו בטכניון עשה ירון בתחום של הנדסת רעידות אדמה. ברזומה של ירון אפשר למצוא מעורבות במיזמים כמו נתב"ג 2000, המרינה בהרצליה, ומיזמי שדרוג סיסמי לבתי חולים, בתי ספר, מתקני תעשייה ומבני ציבור, ובין לקוחות משרדו נמצאים כיום שמות שכולנו מכירים כמו אוסם, תנובה, שטראוס, כיל, בזן, משרד הבריאות, משרד החינוך ועוד רבים אחרים.

ירון, מה מושך מהנדס צעיר לעסוק דווקא ברעידות אדמה?

התחום הזה התחיל לרתק אותי כבר בתואר הראשון, כיוון שהרגשתי שזה תחום ייחודי שבו המחקר פעיל, דינמי ורחוק מלהגיע למיצוי. אולם ההחלטה לעסוק בו באופן מלא נפלה בשנת 1999, במהלך ביקור שלי בטורקיה אחרי רעידת האדמה בחבל קוג'אלי ורעידת המשנה בחבל דוזג'ה. המראות שראיתי שם והדמיון לגישות הבנייה בישראל, במיוחד בעיר הנופש המודרנית בולו, הדליקו אצלי נורה אדומה לגבי ישראל.

מה ראית שם שגרם לאותה נורה אדומה להידלק?

התחושה בארץ הייתה שהבנייה בטורקיה נחותה מהבנייה בישראל, אך כשביקרתי בערים מודרניות שנפגעו ברעידת האדמה, כמו בולו, ראיתי שהבנייה שם דווקא דומה לישראל בגישה שלה, ובכל זאת הנזק היה עצום. זה היה הרגע שבו בחרתי לעשות את התואר השני בנושא זה, ולהחליט שזה התחום שבו אני מתעמק בקריירה המקצועית שלי.

מדוע נחשב התחום הזה לתת-תחום בתוך הנדסה אזרחית שמעטים עוסקים בו?

יש בתחום הזה כמה גורמים ייחודיים שמצריכים מומחיות מיוחדת. כך, למשל, בעוד מהנדסים רגילים לתכנן עומסים בחשיבה אנכית, ברעידות האדמה התזוזה היא תלת ממדית בדגש על הרכיב האופקי. יותר מכך, אופי התנודה הוא נשלט הזזה, וגישת התכן לכוחות השגורה והמוכרת אינה מתאימה להבנה ולמתן פתרונות תכן ושדרוג הולמים. דמו לעצמכם ניעור של שטיח, שמייצג את תנודת הקרקע ברעידת אדמה. הרכיב מאולץ להזזה, וברעידה חזקה שאליה אנו מתכוננים, חלק מהרכיבים נכנס לתחום הלא ליניארי החומרי, שבו תוספת כוח כבר לא משמעותית, אלא בעיקר התזוזה היחסית בין שני צידי האזור שנכנע. נוסף לכך, ההטרחות הפועלות על הרכיבים המבניים משתנות לאורך הזמן של הפעילות הסיסמית, וגם זו תופעה שפחות נוח למהנדסים להתמודד איתה.

וזה לא משהו שלומדים בבסיס התואר של הנדסה אזרחית?

בישראל אין מספיק מודעות לחשיבות הנושא ולכן הידע שמקבלים במוסדות האקדמיים בנושא זה הוא בסיסי וראשוני בלבד. מי שלא בוחר להתעמק בנושא ולהתנסות בו, יתקשה להבין לעומק את התופעה של תנודה סיסמית ולא יפתח את האינטואיציה הנכונה בגישה לפתרונות הנדסיים הקשורים בה.

יש חשיבות לביקורים של מהנדסים באזורי אסון כמו זה שאתה עשית בטורקיה ב-1999?

בהחלט. ביקרתי, יחד עם קבוצת מהנדסים מהחברה, בעוד שני מוקדי רעידות אדמה, בסין בשנת 2008 ובאיטליה ב-2016. כאשר רואים את ההריסות בשטח, מול רישומי הרעידות(Time history records) מבינים יותר לעומק את התופעה של רעידות אדמה ואת דרכי ההתמודדות הנכונות איתה. למשל, ברעידת Amatrice באיטליה ב-2016 אפשר היה לראות בבירור את השפעת הדומיננטיות המובהקת על תנודת הבסיס בכיוון מזרח–מערב שנפגע, לעומת הצד השני שבו לא נצפה נזק כפי שנראה בבירור באיור הבא. תופעה זו נגרמה בגלל "פולס המהירות", שהוא גל הרסני המתקבל לעיתים בנקודות מסוימות בקרבת קו השבר בתנאים מסוימים המשפיעים על אופן מעבר הגלים בקרקע. הסבר ופירוט הרשמים שלנו מהרעידה אפשר לקרוא באתר מִנהל התכנון.

אז למעשה התחום של חיזוק סיסמי תמיד מותאם פרטנית למבנה ספציפי?

יש קבוצות מבנים בעלות התנהגויות דומות, אך התפיסה היא שלכל מבנה יש הפתרון שלו. יכול להיות ששני מבנים בעלי שלד זהה יזדקקו לפתרונות חיזוק אחרים, כיוון שהם נמצאים על קרקע שונה, ומנגד – יכול להיות ששני מבנים שנמצאים על אותה קרקע יזדקקו לפתרונות שונים כיוון שהתכנון ההנדסי שלהם שונה.

"הגישה של תכן תפקודי מחייבת הבנת שימוש המבנה ולא רק את מיגון המבנה עצמו"

רעידת האדמה בטורקיה ב-1999 לא הדליקה נורה אדומה רק בראשו של ירון אופיר. כתוצאה מרעידת האדמה, ומהמראות הקשים שזכו לסיקור נרחב בישראל בשל פעילות משלחת ההצלה של צה"ל, הוקמה "ועדת ההיגוי הבין-משרדית להיערכות מדינת ישראל לרעידות אדמה". ירון אופיר הוא חבר בוועדת המומחים ההנדסית של ועדת ההיגוי הבין-משרדית, ואף כיהן כיו"ר ועדת המומחים לתקן ישראלי 2413 להערכת עמידות מבנים קיימים לרעידת אדמה וחיזוקם.

ירון, מה מצבה של ישראל מבחינת התקינה?

התקינה הישראלית מפגרת יחסית לתקינה הקיימת בתחום במדינות מסוימות. עם זאת, לשמחתי, בשלוש השנים האחרונות יש שינוי חיובי לגבי התקן הנוגע לחיזור מבנים קיימים (ת.י 413.3), הפותח פתח לגישות מתקדמות, כמו הגישה של "תכן תפקודי".

מה זה "תכן תפקודי"?

הגישה של תכן תפקודי (Performance based), בניגוד לתכן תקני (prescriptive based), לא מסתפקת בלבחון את השאלה אם החיזוק שאנחנו עושים במבנה תואם את דרישות התקן, אלא בוחנת מהו התפקוד הרצוי של המבנה לאחר התרחשותה של רעידת אדמה. לדוגמה: נניח שמדובר במבנה שיש בו מכונת MRI שמשרתת אלפי אזרחים 24/7. לפי גישת התכן התפקודי החיזוק צריך להוביל למצב שבו לא רק שרעידת האדמה לא תמוטט את המבנה או תגרום לנפגעים בנפש, אלא שהמבנה יוכל להמשיך לתפקד כמרפאה אחרי הרעידה ומכשיר ה-MRI, אספקת החשמל אליו והמיזוג בחדר ימשיכו לתפקד. החיזוק נעשה לשם פונקציה תפקודית של המבנה, השימוש שלו בפועל.

והתפקוד משתנה, מן הסתם, בין מבנה מגורים למבנה ציבורי או למפעל?

נכון. אם, למשל, אנחנו מדברים על בית חולים, הרי שחלק מהתכן התפקודי יהיה לוודא שימשיך לזרום חמצן למכונות הדיאליזה של בית החולים, מה שאומר שצריכים לטפל במכלי חמצן ובצנרת המזרימה אותם בין חלקי בית החולים. במפעל העושה שימוש בחומרים מסוכנים, לא מספיק לוודא שהמבנים לא יתמוטטו אלא חייבים להבטיח שלא יתפשט חומר מסוכן החוצה ממתקני המפעל בעקבות רעידת אדמה, ובמפעלים אחרים החיוניים למשק ולכלל האוכלוסייה, כמו מחלבה, יש לדאוג שהמפעל יוכל להמשיך לתפקד, בעת רעידת אדמה ואחריה.

כיצד משפיעה שיטת התכן התפקודי על גישת המהנדס למתן פתרונות חיזוק?

השיטה הזו מחייבת את המהנדס להבין לעומק את התנהגות המבנה. במקרה של רעידת אדמה – מה יקרה למבנה, ומהו תרחיש הכשל הצפוי: מה נכשל ראשון ומה אחר כך. במקרה של מפעל – השיטה מחייבת להבין כיצד יתפקד כל אחד מהאלמנטים במפעל, וכיצד עובד הקשר ביניהם. התכן התפקודי לא מאפשר לך, כמהנדס, לסמן וי על חיזוק ספציפי, אלא להבין מהי המשמעות של החיזוק הזה מבחינת התפקוד של המפעל.

"התכן התפקודי מאפשר גמישות והכנסת טכנולוגיות יישומיות חדשות"

בעוד התחום של הנדסה אזרחית נחשב לשמרני, דווקא בתחום של חיזוק סיסמי אפשר לראות יישום של טכנולוגיות חדשות למכביר, החל משימוש בפתרון המוכר של יריעות פחמן CFRP, דרך שימוש במרסנים ויסקוזיים ומבזבזי אנרגיה, ועד לניתוק ובידוד של מבנים שלמים מהקרקע.

יש סיבה לכך שדווקא בתחום של חיזוק סיסמי אנחנו רואים טכנולוגיות חדשות?

גם כאן יש משקל לגישת התכן התפקודי. הוא הופך את המהנדס לסוג של רופא מומחה, שיכול לאבחן בעיה ספציפית ולטפל בה, במקום לטפל בגוף כולו בגישה כוללנית מדי. ברגע שנדרשים פתרונות ייחודיים למצבים ייחודיים, הטכנולוגיה יכולה להיכנס ולתת מענה. כך, למשל, שימוש במרסנים ויסקוזיים יכול לאפשר חיזוק של מתקן ללא השבתתו. נוסף על כך, במהלך עבודה במפעל יכולים להתגלות תוך כדי עבודה אילוצים שמחייבים לחזור אל שולחן השרטוטים ולמצוא מענה טכנולוגי חדש.

כלומר, בפרויקט חיזוק מפעל, המהנדס ממשיך להיות מעורב גם לאחר התכנון?

זה נכון. ראשית, כאשר מדברים על מבנה קיים, תמיד יש נעלמים. זה יכול להיות עומק היסודות בפועל, או נתון אחר הנוגע לקרקע או למבנה. נוסף על כך, בתעשייה הישראלית אנחנו רואים מפעלים שנבנו בשלבים, עם שיפורים של המסד הקיים ואלתורים שונים. כך, תוך כדי עבודה יכולות להתגלות בעיות של נגישות למתקן או הגבלות טכניות אחרות, ויש למצוא פתרונות חלופיים לביצוע.

אז למעשה פרויקט חיזוק מפעל נגזר מסך החיזוקים הספציפיים שיש לבצע בו?

כן. בחלק מהמקרים הפרויקט יכול להיות מורכב, כזה הכולל טיפול בהרבה אלמנטים במפעל ובקשר שביניהם – אך בחלק מהמקרים הפרויקט יכול להסתכם בחיזוק נקודתי פשוט למכל ספציפי.

ובכל זאת, בעלי מפעלים רבים חוששים לצאת לדרך עם פרויקט כזה. למה?

מנקודת השקפתו של מנהל מפעל, הוא צריך להוציא לא מעט כסף על פרויקט שלא תורם לו לייצור באופן מיידי, ושאף עלול להשבית לו או לשבש לו את העבודה במפעל. זו נטייה טבעית לנסות לדחות כזה פרויקט. בגישת התכן התפקודי אפשר למצוא פתרונות שימזערו את אי הנעימויות האלה, אך עדיין זו אי נעימות. עם זאת, אני פוגש בענפים שונים גם אנשים שמבינים את החשיבות, את החשיבה ואת הצורך – ויוצאים לדרך, במיוחד כשהם מבינים שבאירוע סיסמי הייצור ופעילות הליבה עלולים להיות מושבתים לתקופה ארוכה מאוד ולסכן את ההמשכיות העסקית של המפעל.

מה אפשר לעשות כדי לעודד בעלי מפעלים לצאת לדרך? 

צריכים רגולטור חזק יותר שיוכל לתת אולטימטום ברור. נוסף על כך, חסרה בשנים האחרונות יותר הסברה שתעורר מודעות ותפיג חששות בקרב בעלי התפקידים הרלוונטיים במפעלים. אפשר להנגיש את נושא ההמשכיות העסקית, להנגיש ידע בתחום, לקיים כנסים מקצועיים, להסביר את חשיבות השרידות של מפעל והמשך תפקודו לאחר רעידת אדמה ועוד, אבל בפועל, לצערי, הטבע האנושי מלמד שרק אחרי שתתרחש בישראל רעידת אדמה, המודעות לחשיבות הנושא תעלה בהיקף נרחב יותר.

שאלה לסיום: אחרי כל כך הרבה פרויקטים של חיזוק מבנים – עדיין אפשר לאתגר אותך?

אני מרגיש שאפילו לא התחלנו. ברור שקרו דברים ויש התפתחויות. חיזקנו בתי ספר, בתי חולים, מתקנים אסטרטגיים, מפעלים בענפים שונים, אבל כל זה הוא בערך 3%-5% ממה שעוד צריך לעשות.

הפוסט מהנדס ירון אופיר: "גישת התכן התפקודי מאפשרת שילוב טכנולוגיות מתקדמות להגדלת הבטיחות במבנים באירוע סיסמי" הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

השימוש בחומרים מרוכבים כמו יריעות סיבי פחמן לצורך חיזוק מבנים מוכר כבר למעלה מעשרים שנים. בשנים האחרונות, עם התפתחות הטכנולוגיה, הוא כבר הפך לפתרון סטנדרטי ומקובל במגוון רב של מקרים. הטכנולוגיה של דריכת רצועות פחמן היא חדשה יותר ונועדה לנצל את החוזק הרב של סיבי הפחמן וגמישותם כדי לחזק אלמנטים שונים. יישום דריכת היריעות יכול להתבצע על אלמנטים שונים העשויים מבטון יציב וחזק במיוחד בלבד, והוא מתאים בעיקר לחיזוק מבנים מפני רעידות אדמה, חיזוק גשרים, הסרת קירות ועמודי תמך וכדומה.

המטרה של דריכת קיר הבריכה ע"י רצועות CFRP בצידה החיצוני היא יצירת כוחות לחיצה אופקיים בחתך הקיר לכל גובהו בכיוון רדיאלי, מבחוץ פנימה, כדי לנטרל את כוחות המתיחה הנובעים מהלחץ ההידרוסטטי של המים הפועלים בכיוון רדיאלי מבפנים החוצה. למי שאינו מהנדס, הדימוי הקרוב ביותר לכך הוא הלבשת מחוך על המבנה המעוגל כדי ללחוץ עליו מהצד החיצוני פנימה.

דריכת היריעות מתבצעת באמצעות רכיב מיוחד התופס את הרצועה בכל אחת מהקצוות שלה ומעוגן באופן ייחודי לבטון, באופן המאפשר את דריכת הרצועה לאחר הדבקה למבנה. הרכיב הייחודי רשום כפטנט של חברת STRESSHEAD השווייצרית, והחברה שנבחרה לביצוע היישום במיזם זה היא בנין הארץ, המוסמכת על ידי STRESSHEAD לביצוע המשימה. לרגל המאורע אף הגיע מהנדס STRESSHEAD לישראל, מרסל ריי, כדי ללוות את היישום בשטח.

"אנחנו עובדים בהרבה מדינות ברחבי הגלובוס, ומחזקים בעזרת הטכנולוגיה שלנו גשרים שניזוקו עקב תאונות או קורוזיה, מבנים שנסדקו, בניינים שיש לחזק מפני רעידות אדמה וכדומה", מסביר מרסל ומוסיף: "בישראל יש לנו שותפות אמיצה עם חברת בנין הארץ, ויחד איתה אנחנו מיישמים בימים אלה את הפרויקט הראשון בישראל של דריכת יריעות פחמן".

לאחר הגשת כיבוד קל, מתכנסים המהנדסים סביב צוות העבודה של בנין הארץ שמתחיל במלאכת הספגת רצועות הפחמן בחומר אפוקסי, ולאחר מכן בהדבקה מדויקת של הרצועה סביב לבריכה, שקוטרה הפנימי עומד על 8 מטרים. בעוד הצוות מתארגן לשלב הבא – דריכת הרצועה – ביקשנו לשוחח עם אחד ממהנדסי מקורות על המיזם, וכל מהנדס שאליו פנינו כדי לשאול על הפרויקט, הפנה אותנו לאדם אחד: אלקס בלדר.

חדשנות בעולם שמרני: חברת מקורות צועדת קדימה

אלקס בלדר הוא המהנדס האחראי מטעם מקורות על הפרויקט. אלקס הוא מנהל מחלקת הנדסה אזרחית במטה הארצי של מקורות, והספקנו לתפוס איתו שיחה קצרה בטרם ביצוע מלאכת הדריכה.

אלקס, מדוע הפרויקט הזה מעורר עניין כה רב בקרב המהנדסים?

מה שמיוחד כאן זה לא המבנה שאנחנו מחזקים, אלא השיטה. אנחנו רוצים לנסות, בפעם הראשונה בישראל, לחזק את הבריכה עם חומרים מרוכבים ובשיטה מיוחדת של דריכת רצועות סיבי פחמן, במקום בשיטות מקובלות כמו כבלי פלדה.

מדוע חברה ותיקה ושמרנית כמו מקורות מנסה בכלל שיטות חדשות?

המסע לחיפוש, גילוי ויישום טכנולוגיות חדשות מתקיים תמיד בחברת מקורות. לאחרונה הנושא אף קיבל תאוצה מיוחדת ויש כיום במקורות יחידה שעוסקת בחדשנות טכנולוגית: חיישנים, רחפנים, אמצעי ניטור, וגם שיטות חדשות בהנדסה אזרחית. לשיטה הזו של דריכת רצועות פחמן נחשפנו על ידי חברת בנין הארץ, שהציגה לנו את השיטה, המבוססת על חומרים של חברת SIKA ועל פיתוח של חברת STRESSHEAD. הפרויקט כאן מבחינתנו הוא פיילוט שממנו נגזור מסקנות לפרויקטים נוספים של מקורות.

ומה למעשה אתם בוחנים במסגרת הפיילוט?

עצם השימוש בסיבי פחמן לחיזוק מבנים אינו חדש, זהו פתרון מוכר שאנחנו כבר משתמשים בו ויודעים שהוא עובד. במקרה הזה אנחנו בודקים את השיטה של דריכת רצועות פחמן, ובעיקר אם היא כלכלית ליישום בהשוואה לפתרונות אחרים. כדי שטכנולוגיה כזו תיכנס לשימוש היא צריכה לא רק להיות טובה מבחינה הנדסית, אלא גם תחרותית מהפן הכלכלי. מובן שגם מעניין אותנו לראות איך היישום נראה בשטח.

ואיך אתה מתרשם עד כה מיישום השיטה בשטח?

רמת העבודה גבוהה מאוד ורואים את זה בכמה מישורים. למשל, ההקפדה על דיוק ורמת הפיקוח ובקרת האיכות. לא כל הקבלנים מיישמים את השיטות המורכבות האלה בשטח, למעט אם מדובר בפרויקט ענק, ובנין הארץ עושה את זה בכל פרויקט שאנחנו עושים איתה. נוסף על כך, מאוד מרשים שנציג של חברת STRESSHEAD הגיע לכאן משווייץ כדי ללוות את הפרויקט יחד עם בנין הארץ.

דריכת יריעות פחמן: הטכנולוגיה ממשיכה להתקדם

בסופו של התהליך ייעשה שימוש ב-8 רצועות שונות שיידרכו סביב הבריכה, והדריכה של הרצועות נעשית לפי סדר שנקבע מראש על ידי משרד המהנדסים שתכנן את החיזוק, רביץ מהנדסים. בשלב זה מתבצעת דריכה של הרצועה השנייה. צוות בניין הארץ, יחד עם מרסל, מבצעים מדידות אחרונות של המתח הנדרש ברצועה ושל אמצעי העיגון, והדריכה מתבצעת באמצעים הידראוליים. לפי חיוכו של מרסל, אנחנו מבינים שהדריכה התבצעה במדויק, והצוות מתחיל להתארגן לדריכת הרצועה הבאה בתור.

לדברי אליאל בלום, מנכ"ל בנין הארץ, יותר ויותר חברות מתייחסות אל פתרונות החיזוק באמצעות חומרים מרוכבים כאל פתרונות קו ראשון לחיזוק. "היתרונות של שימוש בחומרים מרוכבים הם רבים, והטכנולוגיה רק מתקדמת. הפתרון שאנחנו מיישמים פה עבור מקורות הוא לא רק פתרון אלגנטי וחכם יותר, אלא גם חוסך בעיות נוספות, כגון קורוזיה, שאופיינית לשימוש בפתרונות אחרים כמו כבלי פלדה".

זהו. הפרויקט הראשון של דריכת רצועות פחמן בישראל הסתיים. עד כמה מהר הוא יחדור לשאר השוק? כמו כל טכנולוגיה טובה, אנחנו מעריכים שמהר מאוד.

להצגת האתגרים ההנדסיים של הפרויקט, תהליך היישום והחישובים שבוצעו לצורך כך – קיראו את ה- case study המלא

הפוסט לראשונה בישראל: חיזוק בריכת מים על ידי דריכת יריעות פחמן הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.

כדי ליישם טכנולוגיה צריך ידיים שיודעות לעשות את העבודה

מהו האתגר שעמד בפניך כעולה חדש בעל השכלה ממדינה זרה?

מעבר לאתגר השפה, נתקלתי בקושי להיקלט לעבודה בתחום ההנדסה. על אף שהייתי כבר בעל ניסיון מוכח, הכירו בידע שלי רק באופן חלקי, ושלא בצדק: רמת הלימודים באיראן בתקופה שבה למדתי היא בעיניי גבוהה יותר מזו שיש בישראל. דבר נוסף ומשמעותי מאוד שאני פוגש בשטח הוא היעדר הניסיון. אני עבדתי באיראן תוך כדי הלימודים, וכאשר סיימתי אותם כבר הכרתי את העבודה. בארץ – בוגרי תואר בהנדסה יוצאים מהאקדמיה רק עם ידע תיאורטי, והיעדר הניסיון ניכר בשטח.

איך בכל זאת מצאת עבודה בתחום לאחר שעלית לישראל?

לאחר תקופה ארוכה של חיפוש עבודה, הצעתי את עצמי כשרטט, ולאחר מספר חודשים, כשהוכחתי בקיאות מקצועית, כבר עברתי לבצע עבודות הנדסיות. אתגר נוסף שעמד בפניי היה למידת התקן הישראלי הייחודי, השונה מאוד מהתקן האירופי. הופתעתי לגלות ערב-רב של שיטות הנדסיות שמיושמות על פי התקן הגרמני, הצרפתי והבריטי. הבנתי שכל מהנדס עובד לפי השיטה שלו, כיוון שרוב המהנדסים הם עולים חדשים.

האם הערב-רב של השיטות משליך כיום על היכולת ליישם טכנולוגיות חדשות?

הנדסה אזרחית היא תחום שמרני מאוד. זה לא תחום שמתקדם מהר כמו תחום האלקטרוניקה למשל. מי שמשפיע על הנושא של קבלת טכנולוגיות חדשניות הם בעיקר הקבלנים והיזמים, כיוון שכל טכנולוגיה חדשה שנכנסת לשוק מצריכה היתכנות הנדסית, ולאחר שזו קיימת – נדרשת היתכנות כלכלית, וצריך ידיים שיודעות לבצע את העבודה, קבלן שיֵדע ליישם את הטכנולוגיה בפועל. אי אפשר לתת לכל אחד לעשות את זה. לכן, זה שקיימת טכנולוגיה לא אומר שישתמשו בה.

אתה יכול לתת דוגמה לטכנולוגיה שהשוק התקשה להכניס לשימוש?

זה קרה עם סיבי פחמן CFRP ועם סוגים שונים של דבקים כימיים, וגם עם תקרות דרוכות. באופן אישי, הכרתי את הטכנולוגיה כבר לפני 25 שנה, כאשר רק מעטים הכירו אותה – אפשר היה לספור אותם על כף יד אחת: היו ארבעה קבלנים שידעו לעשות את זה, ויזמים לא הכירו את הנושא, מה שהפך את העניין ליקר מאוד. רק כאשר יזמים וקבלנים כמו בנין הארץ נכנסו לתחום, הדברים התחילו לזוז, והיום הם כבר בשימוש תדיר.

תשכחו מסדקים: טכנולוגיית התקרות הדרוכות

אם כבר הזכרת תקרות דרוכות: מהם העקרונות ההנדסיים מאחורי הטכנולוגיה הזו?

אנחנו יודעים שבטון קונבנציונלי יודע לקבל לחצים, אבל לא טוב במתיחה. בבטון מזוין (Reinforced Concrete), לעומת זאת, הברזל שמשלבים בבטון מאפשר מתיחה וכושר התנגדות גבוה יותר. הרעיון בתקרה דרוכה הוא להכניס מראש לחץ במקומות נבחרים לפי כמות הדריכה שאנחנו רוצים ליצור. את הדריכה עצמה מבצעים באמצעות כבלים ייעודיים, והעומס המלאכותי שיצרנו מתנגד לעומסי השימוש של האלמנט ומקזז את חלקם. המוצר שמתקבל הוא איכותי יותר, כזה שלא יהיו בו כמעט סדקים.

מהי המשמעות של דריכת אחר (Post Tensioning)?

בשיטה הזו, דורכים את הבטון באתר הבנייה עצמו, לאחר יציקת הבטון. כלומר, מניחים כבלי פלדה על גבי סולמות, שרוולי מתכת או צינורות פח לפני שיוצקים את הבטון, אך עדיין לא דורכים אותם. רק לאחר שהבטון עצמו נוצק, התקשה והתחזק, מותחים את כבלי הפלדה באמצעות מכשור מתאים, והלחיצה מאפשרת לבטון הדרוך המוגמר לעמוד בלחצים בהצלחה, מבלי לקרוס עם כוחות מתיחה ועומסים שונים. בשיטה האחרת, דריכת קדם (Pre-Tensioned), דורכים את הכבלים לפני יציקת הבטון, ולאחר שהבטון שנוצק התקשה והתייצב – חותכים את הכבלים המותחים, והפלדה בתוך הבטון נותרת מתוחה. משתמשים בשיטה הזו כדי להכין חלקי בטון מוכנים מראש, כמו לוח"דים. היתרון בדריכת קדם הוא שהאלמנט מגיע לאתר הבנייה כאלמנט מוכן שנעשה בתנאי מעבדה, ולכן הוא מדויק מאוד.

הבנתי שיש שתי שיטות שונות בדריכת אחר – BONDED, ו-UNBONDED. מה ההבדלים ביניהן?

העיקרון בשתי השיטות הוא אותו עיקרון, אלא שבשיטה אחת הכבלים מנותקים מהבטון ואינם דבוקים אליו (UNBONDED), ובשיטה השנייה מזריקים דייס צמנטי, (טיט סמיך שתפקידו העיקרי הוא להגן על כבלי הפלדה מפני החלדה) לתוך שרוולי הפלסטיק העוטפים את הכבל, ומדביקים את הכבלים לבטון.

הדריכה הכוללת הדבקה (Bonded Post Tensioning) יוצרת מבנה הרבה יותר עמיד, כיוון שאנחנו לוקחים בחשבון מבחינת הרס גם את החומר של הכבל. כאשר לא מדביקים את הכבלים, אם מאיזושהי סיבה הכוח ישתחרר – נניח במקרה של קידוח – הכוח של הדריכה יעלם. בשיטת ההדבקה, הכוח עובר לבטון, ולכן אם כבל נפגע – זו פגיעה נקודתית, ובשאר התוואי שלו הכבל מעביר את הכוח לבטון. זה בטוח יותר, אבל אין צורך להשתמש בזה בכל מבנה. משתמשים בדריכת BONDED בתקרות חשובות, כמו קורות של גשרים, במקומות שבהם יש עמודים תומכים, ובמקומות בעלי נטייה להחליד. זו שיטה יקרה יותר, וחבל לייקר את תהליך היכן שלא צריך.

זה מוכח מחקרית: תקרות דרוכות מאפשרות חיסכון של 15% בממוצע בעלויות הבנייה

מהם היתרונות של תקרות דרוכות בדריכת אחר בענף ההנדסה האזרחית?

בהשוואה לתקרה קונבנציונלית – מדובר בהייטק: אם נשווה בין שתי תקרות עבור מבנים בעלי אותו מפתח ואותם עומסים, בתקרה הדרוכה נוכל להקטין עובי של תקרה ב-20% לעומת התקרה הקונבנציונלית. אם אנחנו מדברים על מבנה של 40 קומות, יש לזה השפעה על הגובה, על היסודות – שיהיו זולים יותר, זה מקטין את כמות הברזל והבטון, והדברים האלה ניתנים לכימות, יש להם משמעות כלכלית ישירה. יש היום מחקרים שמוכיחים שתקרה דרוכה מאפשרת חיסכון בסדר גודל של 15%. בארה"ב משתמשים בשיטה הזו בקרוב ל-50% מהמגדלים והמבנים. כן צריך לדעת לעשות את זה, וזה בא לידי ביטוי באיכות כוח האדם שמביאים. אם תקרה קונבנציונלית כל פועל יכול לצקת, הרי שבמקרה של תקרה דרוכה – צריך פועלים מדויקים יותר, שמודעים לחשיבות העבודה שהם עושים.

יש מקומות שבהם אי אפשר ליישם תקרות דרוכות?

כמעט בכל מקום שבו אפשר ליישם תקרה קונבנציונלית, אפשר גם להשתמש בטכנולוגיה של תקרה דרוכה. יש אתגרים, אבל יש להם פתרונות, כמו אפשרות לדריכה מבפנים במקרה הצורך. מבחינה הנדסית כמעט שאין מצבים שפוסלים אפשרות של שימוש בשיטה הזו, והשיקול המרכזי יהיה כלכלי – במפתחים של פחות משבעה מטרים לא כלכלי ליישם תקרה דרוכה. כן צריך לקחת בחשבון שעובי התקרה קטן יותר מתקרה רגילה, ואז נכנס העניין של נוחות השימוש, כיוון שזה משפיע על הרגשת התנודות של התקרה. בבנייני מגורים זה פחות מפריע עקב הריצוף שמעבה את ההפרדה, אבל בבנייני משרדים זה משמעותי יותר. גם לזה יש פתרונות – אנחנו בודקים את התדר העצמי של התקרה בהתאם לתקנים הרלוונטיים, בעיקר בהתאם לתקן הקנדי.

האם מהנדסים צריכים הכשרה מיוחדת כדי לתכנן תקרות דרוכות?

בפירוש כן. לצערי, ועד כמה שידוע לי, באוניברסיטאות לא שמים דגש על הנושא. מהנדס יכול לצאת מהאוניברסיטה בלי להכיר בכלל את הנושא של בטון דרוך. למהנדסים צעירים אין מספיק ידע. בהיבט הזה, הרשת יכולה לעזור. יש היום הרבה חומר שאפשר לקרוא לבד וכך לרכוש עוד ידע.

באילו פרויקטים שתכננת השתמשת בתקרות דרוכות?

הפרויקט האחרון שבו יישמתי תקרה דרוכה הוא במגדל BBC בבני ברק. זו טכנולוגיה שימושית במגדלים, כי שם יש משמעות כלכלית גדולה יותר. השתמשנו בתקרות דרוכות גם במגדל ICON, במגדל דוידסון ובמגדלי עזריאלי, שם נתקלתי באתגר הנדסי מסוים: בקומות המסחר נדרשו עומסים כבדים מאוד לצד גיאומטריה צפופה, והיה קשה לדרוך את התקרות. אבל כמו שאמרתי, לכל אתגר יש פתרון, וגם במקרה הזה מצאנו דרך לפתור את הבעיה – שילבנו קורות דרוכות ודרכנו את התקרות במספר שלבים כדי להתגבר על העניין הגיאומטרי.

גם השמרנים מבינים: העתיד כבר כאן

הריאיון הזה יתפרסם במרכז הידע לחיזוק מבנים של "בנין הארץ". אתה מכיר את החברה הזו?

בנין הארץ פיתחו את הנושא של חיזוק לוח"דים באמצעות סיבי פחמן. לפני שנתיים, מהיותי המתכנן של לוח"דים למפעלים, פנו אליי המתכננים של בנין הארץ עם הרעיון הזה, והציגו לי את החישובים שהם עשו. בדקתי את הנושא לעומק, וראיתי שהחישובים שהוצגו לי אכן מתאימים לתקן ההנדסי. זה היה מעניין מאוד בשבילי לראות איך בנין הארץ התאימו את החישובים לתקנים ההנדסיים ומצאו פתרון חדשני.

כיצד מהנדסים שומרים על עצמם מעודכנים בחידושים מקצועיים?

אני באופן אישי חבר בארגונים אמריקאיים ומתעדכן דרך המגזינים שמפרסמים מידע על תקינה, חומרים ומחקרים. בארץ אין לצערי הרבה עבודות מחקר בהיקפים כמו אלו שנעשים בחו"ל, ולכן חשוב לצרוך מידע ממקורות אחרים. מאותה סיבה, המידע ברשת, באתרים ממוסדים ומבוקרים כמו מרכז הידע לחיזוק מבנים שמפעילה חברת בנין הארץ, הוא דבר מבורך מאוד שיכול בהחלט לסייע למהנדסים להישאר מעודכנים.

אילו התפתחויות אתה צופה בתחום ההנדסה האזרחית בשנים הקרובות?

ככל שיהיו יותר קבלנים שיודעים לדרוך תקרות ומהנדסים שיודעים לתכנן אותן, הנושא הזה ייכנס יותר לשוק. אני מקווה שזה ייכנס גם לתקן הישראלי. מעבר לזה, אני חושב שייכנסו בעיקר חומרים מרוכבים שנכנסים לשימוש בהדרגה, כמו סיבי פחמן, שהשימוש בהם ילך ויתגבר לדעתי. אני מאמין שנראה גם דבקים שונים, וסוגים שונים של בטון – כרגע הבטון הכי חזק בתקן שלנו הוא ב-60, אבל אני מכיר מדינות שבהם משתמשים ב-120. אני מאמין שנראה את הדברים האלה בארץ בעתיד הקרוב.

לסיום, מתוך הניסיון רב השנים שלך – מה היית ממליץ למהנדסים צעירים?

לא להגביל את עצמם רק לידע המקומי, אלא ללמוד על עוד תקנים, חומרים וטכנולוגיות. להכיר את התקינה הבינלאומית – האירופית והאמריקאית למשל, שמהן אפשר ללמוד הרבה, והכי חשוב: לשמור על ראש פתוח.

הפוסט "מהנדסים, שמרו על ראש פתוח": ריאיון עם המהנדס כורש חלפרי הופיע לראשונה ב-מגזין בניין הארץ.