למה להשתמש בדיבל רע כשאפשר להשתמש בדיבל טוב?
13 בספטמבר 2018
איך לבחור את העוגן כימי הנכון ?
30 בספטמבר 2018למה להשתמש בדיבל רע כשאפשר להשתמש בדיבל טוב?
13 בספטמבר 2018איך לבחור את העוגן כימי הנכון ?
30 בספטמבר 2018התנהגות עוגנים נגד עומסי פיצוץ
עוגנים תחת עומסי פיצוץ והדף – איזה עוגן הכי בטוח לעומסים דינמיים?
ידוע מזמן שעוגנים לא מתנהגים בצורה זהה תחת עומסים סטטיים ועומסים דינמיים (כגון רעידת אדמה, פיצוץ, או מחזורי עומס בזמן ממושך). בשנות ה-70 פתרו מתכננים את הבעיה בצורה גסה – הוספת מקדם בטחון של 3 על כל עומס דינמי. כלומר, אם העומס בפועל היה 1 ק"ג, התכנון התייחס אליו כאילו הוא 3 ק"ג, רק בגלל שמדובר בעומס דינמי.
מאז, התקדמנו. מחקרים מעבדתיים מוכיחים שיש עוגנים שמתנהגים טוב יותר תחת עומסי פיצוץ מאשר תחת עומסים סטטיים – וגם אנחנו, בשטח, חווים תוצאות דומות כשבוחנים מערכות נגד הדף המחוברות באמצעות עוגנים. מקדם בטחון אחיד של 3 לכל סוגי העוגנים הוא פשוט לא מדויק: יש עוגנים שמתפקדים מצוין תחת הלם, ויש עוגנים שכושלים בצורה פתאומית ומסוכנת.
במאמר זה נסקור את 4 סוגי העוגנים הנפוצים ביישומי בנייה, נציג תוצאות בדיקות מעבדה אמיתיות של התנהגותם תחת עומס דינמי (הלם), ונסביר איזה עוגן מתאים – ואיזה לא מתאים – לתכנון מערכות החשופות לעומסי פיצוץ.
למה זה קריטי לתכנון נכון?
הכשל של עוגן תחת עומס פיצוץ יכול להיות פתאומי וללא אזהרה, או הדרגתי עם ספיגת אנרגיה – וההבדל בין השניים הוא לעיתים ההבדל בין מערכת הגנה שמצילה חיים לבין מערכת שנכשלת בדיוק ברגע שהיא הכי נחוצה. בחירת סוג העוגן הנכון חשובה לפחות כמו חישוב העומס עצמו.
מה הם העוגנים שטובים בשליפה לעומסי פיצוץ – ואיזה פחות טובים?
בחנו את 4 סוגי העוגנים המכניים הנפוצים ביותר בענף הבנייה, והשווינו את ההתנהגות שלהם בבדיקות מעבדה תחת עומס סטטי לעומת עומס דינמי (פיצוץ/הלם):
| סוג העוגן | שינוי בעומס שליפה (דינמי לעומת סטטי) | אופי הכשל | התאמה לעומסי פיצוץ |
|---|---|---|---|
| עוגן חץ | מחזיק כ-30% פחות מהעומס הסטטי (לעיתים שליש בלבד) | כשל פתאומי, ללא בלימת אנרגיה | ✗ לא מומלץ |
| עוגן דינמי | מחזיק בין 0% ל-80% יותר מהעומס הסטטי | כשל פתאומי בעקבות הפיצוץ | ✓ אופציה ראויה |
| עוגן כימי | מחזיק בין 0% ל-80% יותר מהעומס הסטטי | כשל הדרגתי עם ספיגת אנרגיה מסוימת | ✓ מומלץ במיוחד לבטון חלש/סדוק |
| בורג בטון | מחזיק בין 0% ל-80% יותר מהעומס הסטטי | כשל הדרגתי מאוד, עם ספיגת אנרגיה גבוהה | ★ הפתרון המומלץ ביותר |
1. עוגן חץ
העוגן חץ הוא העוגן המכני הכי סטנדרטי בענף הבנייה, ונמצא כמעט בכל אתר. אולם תחת עומסים דינמיים הוא מתגלה כפתרון החלש ביותר מבין הארבעה.
- אפילו העוגני חץ הטובים בעולם מחזיקים כ-30% פחות תחת עומסים דינמיים בהשוואה לעומסים סטטיים.
- עוגני חץ רגילים מחזיקים בממוצע רק שליש מהעומס הסטטי שלהם תחת עומס דינמי.
- לא קיימת בלימת אנרגיה ניכרת לפני ההרס – הכשל מגיע בפתאומיות.
לאור הנתונים הללו, עוגן חץ אינו נחשב פתרון טוב לעומסי פיצוץ במערכות שבהן יציבות תחת הלם היא קריטית.
2. עוגן דינמי
העוגן דינמי (המוכר גם כ"ג'מבו") תוכנן במיוחד לעמוד בעומסי הלם ורטט. תחת עומסים דינמיים, העוגן מחזיק בין 0% ל-80% יותר מעומס השליפה הסטטי – שיפור משמעותי לעומת עוגן החץ.
- שרוול ההתפשטות הכבד של העוגן מאפשר פיזור מאמצים טוב יותר בקדח הבטון.
- הכשל בעקבות פיצוץ הוא עדיין פתאומי, אך מתרחש בעומס גבוה משמעותית מהעומס הסטטי.
- מתאים במיוחד לעומסי רטט ועייפות מתמשכים, ולא רק לעומס הלם חד-פעמי.
העוגן דינמי נחשב בהחלט אופציה ראויה לעומסי פיצוץ, בעיקר כשנדרשת גם עמידות בעומסי רעידת אדמה או רטט ממושך.
3. עוגן כימי
העוגן כימי מתבסס על דבק (אפוקסי או וינילאסטר) ולא על התפשטות מכנית, ולכן ההתנהגות שלו תחת עומס שונה במהותה משאר העוגנים המכניים.
- תחת עומסים דינמיים, העוגן הכימי מחזיק בין 0% ל-80% יותר בעומסי שליפה לעומת עומס סטטי.
- הכשל הוא הדרגתי, עם ספיגת אנרגיה מסוימת לפני הקריסה המלאה – יתרון בולט לעומת עוגן החץ.
- פתרון מומלץ במיוחד כאשר העומסים גבוהים מאוד, וכאשר הבטון ברקע חלש או סדוק.
מתי עוגן כימי הוא הבחירה הנכונה?
עוגן כימי מצטיין במיוחד בבטון סדוק או בבטון באיכות נמוכה, מצבים שבהם עוגנים מכניים מבוססי-התפשטות (כמו עוגן חץ) מתקשים לפתח את כוח האחיזה הנדרש. שכבת הדבק יוצרת חיבור רציף לכל אורך הקדח, ולא נקודתי בלבד.
4. בורג בטון
הבורג בטון (Concrete Screw) מתבסס על הברגה ישירה לתוך הבטון, ללא צורך בדיבל נפרד. תחת עומסים דינמיים הוא מציג את ההתנהגות הטובה ביותר מבין ארבעת סוגי העוגנים שנבדקו.
- מחזיק בין 0% ל-80% יותר מעומס השליפה הסטטי תחת עומסים דינמיים.
- הכשל נגרם מהגדלה הדרגתית של הריכוך (slip) לכל אורך ההברגה, כתוצאה מכוח השליפה המופעל על הבורג.
- ככל שעומס השליפה גבוה יותר – הריכוך גדל בהתאם, ותהליך זה כולל שחרור חלקי של הבורג שמייצר ספיגת אנרגיה גדולה מאוד וכשל מאוד הדרגתי.
למה זו בדיוק ההתנהגות שאנחנו מחפשים?
בדיוק זה מה שמצפים ממערכות בלימת אנרגיה במערכת המגן נגד פיצוץ: כשל הדרגתי שמאפשר לאלמנט הקונסטרוקטיבי לספוג חלק מהאנרגיה לפני שהעוגן משתחרר לחלוטין. הבורג בטון נחשב, לפי הניתוח שלנו, לפתרון הטוב ביותר מבין ארבעת סוגי העוגנים לעומסי פיצוץ.
סיכום ההתנהגות הדינמית של ארבעת העוגנים
1בורג בטון – כשל הדרגתי עם ספיגת אנרגיה מקסימלית. הפתרון המומלץ ביותר.
2עוגן כימי – כשל הדרגתי עם ספיגת אנרגיה מסוימת. מומלץ במיוחד לבטון חלש או סדוק.
3עוגן דינמי – עומס שליפה גבוה, אך כשל פתאומי. אופציה ראויה, בעיקר תחת רעידת אדמה ורטט.
4עוגן חץ – מחזיק פחות תחת עומס דינמי וכושל בפתאומיות. לא מומלץ לעומסי פיצוץ.
מילה אחרונה – אישור תקני אינו ערובה לביצועים בפועל
העובדה שעוגן מאושר לעומסים דינמיים לפי תקן אירופאי משמעותה רק שהעוגן נבדק לעומסים מסוג זה – זה לא אומר כלום על טיב תפקודו בפועל תחת עומסים דינמיים. רוב המתכננים דורשים רק את האישור התקני, ולאחר מכן מתכננים בהתבסס על עומסים סטטיים בלבד. אין בזה היגיון: זה כמו לבדוק שמועמד הלך ללמוד באוניברסיטה, בלי לבדוק אם הוא הצליח או נכשל במבחנים.
שאלות נפוצות
האם כל עוגן "מאושר לרעידת אדמה" מתאים גם לעומסי פיצוץ?
לא בהכרח. אישור לרעידת אדמה בודק התנהגות מחזורית (cyclic), שהיא שונה מהותית מעומס הלם חד-פעמי כמו פיצוץ. יש לבדוק תוצאות בדיקה ספציפיות לעומסי הלם/דינמיים, ולא להסתפק בהכללה מתקן אחד למשנהו.
למה עוגן חץ נכשל בצורה פתאומית יותר מבורג בטון?
עוגן חץ מבוסס על מנגנון התפשטות מכני נקודתי – כשהוא מגיע לסף הכשל, ההתנגדות שלו קורסת באופן חד. בורג בטון, לעומת זאת, נכשל בהדרגה דרך החלקה (slip) מתמשכת לאורך ההברגה, מה שמאפשר ספיגת אנרגיה לפני הכשל המלא.
מתי כדאי לבחור עוגן כימי על פני בורג בטון?
כשהבטון ברקע חלש, סדוק, או כשנדרש עומק עיגון גדול ועומס גבוה במיוחד. העוגן הכימי יוצר חיבור רציף לכל אורך הקדח ומתפקד טוב גם בתנאי בטון לא אופטימליים, בעוד שבורג בטון תלוי באיכות הבטון הסובב את ההברגה.
האם אפשר להסתמך רק על מקדם בטחון גנרי במקום לבחור עוגן מתאים?
לא מומלץ. מקדם בטחון אחיד (כמו פי 3 לעומס דינמי) מתעלם מההבדלים המהותיים בין סוגי העוגנים – חלקם דווקא מתחזקים תחת עומס דינמי וחלקם נחלשים באופן דרמטי. תכנון נכון מתבסס על נתוני בדיקה אמיתיים לעוגן הספציפי שנבחר, ולא על הנחה גורפת.
איזה עוגן הכי מתאים למערכות הגנה נגד הדף (בליסט/מיגון)?
על בסיס ההתנהגות שנמדדה במעבדה, בורג בטון מציג את שילוב ספיגת האנרגיה והכשל ההדרגתי המתאים ביותר לדרישות של מערכות מיגון נגד הדף. עוגן כימי הוא אופציה טובה נוספת, בעיקר כשמדובר בבטון באיכות נמוכה. בכל מקרה, מומלץ להתייעץ עם מהנדס קונסטרוקציה המתמחה בעומסים דינמיים לפני קביעת הפתרון הסופי.
איזה עוגן טוב (ורע) לעומס הלם? מחקר קצר ולעניין בנושא מחברת אדיט בע"מ