איך להתייחס לאישור לרעידת אדמה בתחום העיגון
10 בפברואר 2019מתי צריך לבצע בדיקת שליפה לעוגנים?
8 בדצמבר 2019איך להתייחס לאישור לרעידת אדמה בתחום העיגון
10 בפברואר 2019מתי צריך לבצע בדיקת שליפה לעוגנים?
8 בדצמבר 2019איפה הסדקים בהגדרה של בטון סדוק ?
דמיינו שתי חברות ביטוח ששולטות על 65% מהשוק העולמי בתחום שלהם ושכל המחוקקים והמומחים בתחום הינם ממונים או יהיו ממונים על ידן. וקיימת מחלה יחסית נדירה שיכולה להצדיק את הכפלת מחיר הביטוח ושילוש הרווחים. והמומחים הממומנים על ידי החברות קובעים שכל חולה "שקיים בו סיכון לקבל את המחלה" חייב לעשות את הביטוח בלי הגדרה ברורה מי בסיכון.
האם המחלה קיימת, כן. האם כדי להיות מבוטח מובטח עדיף לקחת את הביטוח הזה? כן. אבל האם יש סבירות סטטיסטית לחייב את כל האנושות לקחת ביטוח כשמקרי המחלה הם בודדים? מאמר זה ידון בסוגיה זו בנושא בטון סדוק.
מתי לקבוע בתכנון שהבטון סדוק או לא סדוק, זו החלטה תכנונית שתשפיע מאוד על התכנון ועוד יותר על עלות העיגון.
אין ספק, והתופעה נחקרה לעומק ולרוחב במרחקים בעולם שיש השפעה של סדק רחב על תסבולת העוגן ויש הגדרות ברורות בתקנים בינלאומיים לגביו. השאלה אינה מה התסבולת על עוגן מותקן בסדק אלא מה הסבירות לעוגן באפליקציה רגילה להיות מותקן בסדק דומה לזו מוגדר בתקנים.
רובם אם לא כל המחקרים בנושא ממומנים על ידי ספקי עוגנים. אותם ספקים שמרוויחים פי-4 יותר כשהבטון מוגדר כסדוק. ובוודאי שלספקים רצון לשכנע את המתכננים שהבטון כל הזמן סדוק. ננסה לבחון את הרשום בתקנים, במחקרים שונים ולבחון את הגורמים ליצירת או להגדלת סדק במקום שבו מותקן העוגן.
מה אומרים התקנים האירופאים?
ההגדרה ראשונה הינה מבוססת על פורמולה מתמטיקה:
Rs — לחץ בבטון כתוצאה מדפורמציות (0N/mm² באזור לחץ, 3N/mm² אם לא ידוע)
Ls — לחץ בבטון כתוצאה מכוח אשר מופעל עליו (כדוגמה מהתקנת של עיגון)
בגלל שהלחצים בדרך כלל לא ידועים, התקן הבריטי הוסיף הדרכה לעזרת המתכננים:
הנחיות התקן הבריטי
- "קיבולת העוגנים אינה מושפעת מנוכחות סדקים בעת ההתקנה" אלא בגלל התנועות הבאות של סדקים אלה. רק עומס שיופעל לאחר ההתקנה של עוגנים רלוונטיים. כדי שהבטון יהיה מוגדר כסדוק לתכנון עוגנים, צריך שהעומסים מופעלים על העוגן יגרמו להופעת/הרחבת סדק.
- "בבית בשימוש, שבו אין דעיכה ואין סבירות של הגדלה משמעותית של העומסים, אפשר להתקין בו כל העוגנים" — כולל אלו המיועדים רק לבטון לא סדוק.
- העומסים המופעלים על העוגנים משתנים עם הזמן והמיקום ולכן כל שיקול ריאלי של העמסה תהיה במונחים של הסתברות. "ככל שיש יותר עוגנים מחוברים, ככל שהסיכוי הסתברותי של בטון סדוק יורד."
- העומס הנישא על ידי עוגנים הוא בדרך כלל בלתי תלוי בהעמסה המוטלת על המבנה ולכן יש עניין של סבירות משולבת.
וסיכם: "בטון לא סדוק הינו בטון שבו העוגן לא הותקן בסדק או שבו אין סבירות גבוהה שהסדק הקיים שבו הותקן העוגן יתרחב לאורך שנים."
זאת אומרת שההגדרה של בטון סדוק או לא סדוק הינו הסתברותי, מבוסס על גורמי השפעה על הבטון. ננסה להבין מכאן מהם גורמי ההשפעה שאנו צריכים להתחשב בהם.
הדוגמה הקלאסית: קורת בטון על שתי תמיכות
הדוגמה הכי מפורסמת להגדרת בטון סדוק בתחום העיגון הינה קורת בטון על 2 תמיכות. הבטון בחלק העליון בלחיצה והתחתון במתיחה. ומשם הדעה הפשוטה שבתקרה הבטון במתיחה צריך להיות מוגדר כסדוק וברצפה הבטון בלחץ, לא סדוק.
האם זה כל הזמן נכון?
- המצב בוודאי לא נכון בלוחות דרוכים.
- המתיחה/הלחיצה באזור של התמיכות הרבה יותר נמוכות ומעל התמיכה, הוא גם יכול להיות הפוך — ואז דווקא הבטון ב"רצפה" תהיה אזורית במתיחה.
- המתיחה/הלחיצה גם הרבה יותר גדולה בשכבות הראשונות של הבטון ובמרחק גדול מהתמיכות.
- התקן אירופאי מתייחס לעוגן מותקן בבטון שבו מופיע סדק לכל עובי הבטון ברוחב 0.3 מ"מ לאחר התקנת העוגן. במציאות, הסדקים אינם לכל האורך אבל בעומק מוגבל מאוד.
גם אם נדמיין קורה בעובי 40 ס"מ. ואם נניח שה-20 ס"מ העליונים במתיחה וה-20 ס"מ התחתונים בלחיצה, ונניח שאני מתקין עוגן באורך 30 ס"מ — דווקא בהתקנה ברצפה, אני אתחבר לאזור בטון במתיחה וההפך.
כשל pull-out: מתי הסדק משפיע?
הפחתה של תסבולת העוגן בבטון סדוק בכשל pull-out מגיע מתהליכי התרחבות שגורמים לתזוזה ולשחרור של העוגנים מכנים או לניתוק הדבק מהבטון בעיגון כימי. במידה והאזור שבו נמצא החיבור הינו באזור שלא יוכל להתרחב (0.3 מ"מ לבטון מוגדר כסדוק), כי הבטון בו בלחץ, זה לא יכול לקרות.
לגבי כשל לפי קונוס הבטון, נוכחות הסדק יכולה בהחלט לגרום להפחתה המתאימה להגדרות של בטון סדוק כי הסדק יכול לגרום לפיצול קונוס הבטון כמו בבטון שכולו במתיחה.
במחקרים רבים בשנתיים האחרונות כמו של אקנשו שרמה** מוכיחים שהתקן לעיגון ETA מפחית בצורה משמעותית בהשפעת הברזל זיון בחישוב של קונוס הבטון.
זאת אומרת, שאם קורת הבטון עבה, יש סבירות גדולה שיהיה הרבה ברזל זיון עבה או צפוף שישפר בצורה משמעותית את תסבולת הכשל לפי קונוס הבטון. ואם קורת הבטון דקה — בכל זאת השפעת הברזל תהיה גדולה.
השפעת סוגי עוגנים שונים על יצירת סדקים
ידוע שהאזור מתיחה שמייצרים העוגנים גורם לסדק להופיע במיקום העוגן. אבל האם קיים הבדל בין סוגי עוגנים שונים על תהליך זה?
מקור התמונה: "Turning the screw on stud anchors" Engineers Journal, 05-05-15
עוגני חץ ועוגני דינמי
כל הלחצים בזמני מתיחה ממוקמים על אזור קטן הנמצא מסביב לכנפיים אבל ההשפעה בבטון מאוד רחבה. המתיחה מופעלת בזמן ההתקנה — כדי לפתוח את הכנפיים — ונמשכת גם ללא הפעלת לחץ חיצוני (יורד עם הזמן עד 60% מהחוזק ההתחלתי). זאת הסיבה שהתקנת עוגן חץ קרוב לקצה בטון יכולה לגרום לפעמים לשבירת הבטון לפני הפעלת כל הכוח על העוגן עצמו.
מקור התמונה: "Turning the screw on stud anchors" Engineers Journal, 05-05-15
ברגים בהברגה ישירה ועוגנים כימיים מפזרים את הלחצים לאורך ההדבקה/ההברגה ואינם מפעילים מתיחה ללא הפעלת מתיחה חיצונית על העוגן. ההשפעה שלהם על הבטון פחות רחבה.
אני סבור שהנוכחות של מתיחה קבועה שנגרמת על ידי עוגן חץ ועוגן דינמי, משולבת עם אזור ההשפעה הרחב הינם גורמים המשפיעים על יצירת סדק במיקום העוגן. גם כשברגי בטון או עוגנים כימיים נמצאים במתיחה, המתיחה נמצאת במקסימום בשליש מתסבולת העוגן.
תמונות נוספות מהמחקר
סיכום
לכאורה התקנים האירופאים שמגדירים מה הוא בטון סדוק זהים בתקן לבטון ובתקן לעוגנים, עם הגדרה של אפשרות להופעת סדק ברוחב 0.3 מ"מ. אבל, בזמן שסדק בעומק קטן מאוד יגרום לבטון לקבל הגדרה כבטון סדוק כי אין שום התייחסות לעומק הסדק, ההשפעה שלו על העוגנים מותקנים באותה סדק תהיה מינורית אם העומק נמוך.
זה מסביר למה בבדיקות רגילות, לא תוכלו אף פעם להרגיש את ההשפעה של "בטון סדוק" כי אם היא קיימת, מדובר על תופעה שמתפתחת עם הזמן, ובסבירות הקשורה לסוג התכנון ולמיקום התקנת העוגנים.
לפי דעתי ברב המקרים, הבטון הינו לא סדוק או אפשר לגרום לכך שהתכנון יהיה לבטון לא סדוק.
הנחיות תכנון מעשיות
- תכנון לרעידת אדמה: הבטון סדוק בכל מקרה.
- תכנון עיגון בהתקנה באזורי בטון במתיחה:
- מפזרים את העוגנים במספר גדול של עוגנים ובעדיפות בבורג בטון או בעוגנים כימיים.
- מתקינים עוגן מכני שמתחבר באזור בלחיצה (יותר עמוק).
- באזור שבו מותקנים העוגנים אין סבירות של הופעת סדק בעומק קרוב לעומק התקנה.
- לא צפוי שינויים של העמסה משמעותית על הבטון או על העוגן לאחר ההתקנה.
- החיבור בוצע על ידי מעט עוגנים וקצרים באזור במתיחה.
- צפוי שינויים של העמסה משמעותית על הבטון או על העוגן לאחר ההתקנה (שתגרום למתיחה ולסדקים).
- הבטון תוכנן לתפקוד לבטון סדוק ובאזור התקנת העוגן ויש חשד סביר של הופעת סדק עמוקה ורחבה.
- תכנון עיגון בהתקנה באזורי בטון בלחיצה: הבטון לא סדוק.
מקורות
BBA Guidance no. 39
מחקר אקנשו שרמה
"Comprehensive Experimental Investigations on Anchorages with Supplementary Reinforcement" — Akanshu Sharma, Rolf Eligehausen, Jorg Asmus, Institute of Construction Materials, Stuttgart, 2017
מחקר רסול ניפורוש
"Reinforcement on the Tensile Capacity of Headed Anchors in Uncracked Concrete" — Rasoul Nilforoush, Martin Nilsson, S.M. Asce, Lennart Elfgren, Journal Structure Engineering 2018, 144(4):04018012
מאמר המסביך מתי לקבוע שה בטון סדוק בתכנון עוגנים