דוברה על קרקע מיוצבת בטכניקות שונות

על שימוש בדוברה על קרקע מיוצבת בטכניקות שונות - הרצאה שהוצגה "בכנס השישי לבנייה ותשתיות" של "איגוד המהנדסים לבנייה ולתשתיות" בנובמבר 2009.

חלופות לפתרונות ביסוס

בהרצאה זו נציג אפשרות פתרונות לביסוס בשיטת "דוברה על כלונסאות" כאשר במקום שימוש בכלונסאות בטון מזויין המחוברים לדוברה נעשה שימוש ב"עמודי בטון", או חומר אחר, תוך שמירת מרווח בניהם ובין תחתית הדוברה באופן שההטרחות המופעלות על הדוברה, מהמבנה (אנכיות ואופקיות) טינם פועלות ישירות על עמודי הבטון.

מטרת ה"עמודים" לשמש כאלמנטים המייצבים ומשפרים את תכונות מסת העפר ש בתוכה הם מותקנים, כך שניתן לייחס למסה המשולבת תכונות מיכניות משופרות אחידות כאשר המערכת בכללותה מתפקדת בדומה ל דוברה על כלונסאות, בעלויות נמוכות יותר.

יתרון משמעותי נוסף הוא ששינוי הנ"ל מאפשר להתייחס לדוברה כדוברה רגילה, המבוססת על קרקע בעלת תכונות משופרות, דבר המפשט חישוב הדוברה, כדוברה רגילה, עם קפיצים, בהסתמך על הפרמטרים החדשים שיקבעו ע"י יועץ הקרקע.

דוברה על כלונסאות

בארץ ובעולם ידועה זה שנים רבות [Burland et al.(1977), Davis & Poulos (1972), Zeevaert (1957) ] (1979 (Hooper] השיטה של ביסוס מבנים רבי קומות ומבנים מיוחדים בעלי עומסים כבדים כדוגמת ממגורות ומיכלים תמירים תוך שילוב של דוברה וכלונסאות כאשר הכלונסאות משמשים בעיקר כאלמנטים להקטנת שקיעות הצפויות בדוברה. בשיטה זו מבוצעים בדרך כלל הכלונסאות כחלק אינטגראלי של הדוברה עם חיבור קונסטרוקטיבי בניהם.

הכלונסאות בשיטה זו מחושבים עפ"י מספר חלופות:

מוטי יוגר• קבוצת כלונסאות בפיזור אחיד כאשר הדוברה פועלת כראש משותף לכלונסאות.
במצב זה הכלונסאות נושאים את רוב העומס והדוברה נושאת חלק קטן של העומס והחישוב הוא כשל קבוצת כלונסאות עם ראש משותף כאשר הכלונסאות עם מקדם ביטחון מקובל.

• כלונסאות בפיזור שווה מתחת לדוברה, מתוכננים ככלונסאות "זוחלים" ע"י חישובם לתסבולת של כ-80% מתסבולת ההרס וסה"כ העומס בין הכלונסאות לדוברה מתחלק בהתאם.

• כלונסאות "זוחלים" בפיזור שווה, כאשר הכלונסאות מחושבים ל-100% מהעומס בתסבולת הרס.
במצב כזה ההתייחסות לכלונסאות היא כמקטיני שקיעות בלבד, תוך הגדלת מקדם הביטחון הכללי של המערכת.

• ביצוע קבוצות כלונסאות באזורי עומסים כבדים בלבד כדי להקטין שקיעות דיפרנציאליות בתחום הדוברה, בין אזורים מועמסים יותר לאלו המועמסים פחות.

עם התפתחות השיטה של דוברה על כלונסאות והניסיון שנרכש הועלתה השאלה של המשמעות והצורך של חיבור הכלונסאות לדוברה. כאשר הכלונסאות מחוברים לדוברה רוב הכוחות האופקיים הפועלים על המבנה מועברים לכלונסאות, עקב קשיחותם היחסית הגבוהה והדבר יכול לגרום להטרחות גזירה ומומנטים בכלונסאות עד כדי כשל. הדבר יכול לחייב הוספת כלונסאות מעבר לנדרש להגבלת השקיעות. במבנים מיוחדים, בהם העומסים השימושיים הם גבוהים ומשתנים (ממגורות וסילוסים) החיבור גורם גם לכוחות שליפה בכלונסאות ששקעו קודם לכן תחת העומס המוסר לאחר מכן.

לאור זאת החלו בביצוע דוברות על כלונסאות ללא חיבור קונסטרוקטיבי בניהם ואף יצירת מרווח בין הכלונסאות לדוברה באופן שהדוברה לא תהיה במגע כלל עם ראשי הכלונסאות. ברגע שקיימת הפרדה מלאה בין הכלונסאות לדוברה ניתן לשנות את ההתייחסות אליהם וניתן לראות בהם חלק ממערכת של קרקע מיוצבת ומחוזקת (1979, Hooper).

אחת הבעיות בשיטות החישוב של דוברה על כלונסאות עפ"י המפורט לעיל היא מורכבות והקושי בחישוב. החישוב הוא תלת מימדי במהותו דבר המחייב גם שימוש בתוכנות מחשב תלת מימדיות מתקדמות. דבר זה גורם לכך שמהנדסים רבים נרתעים מהשיטה, שאינה הופכת על כן לנחלת הכלל.

ייצוב ושיפור קרקע

קיימות כיום מספר אפשרויות לייצוב קרקע היכולות לשמש לשיפור קרקע מתחת לדוברה:

• עמודי אבן – בשיטה זו ניתן לקדוח, בשיטות שונו ,ת קדח ולמלא אותו מחלקו העליון באגרגט אבן קשה שתהודק בשלבים באמצעות ויברטור. במקרים שהקדח אינו יציב יש צורך להחדיר אבן דרך מתקן לחלקו התחתון ולהדק תוך התרוממות והידוק בשלבים. דבר המחייב שימוש בציוד מיוחד.
• שימוש בטכנולוגיה של עמודי Jet Grout – בשיטה זו מחדירים מקדח לעומק המתוכנן ומרימים בהדרגה את המקדח תוך כדי סיבובו והזרקה צידית של דייס צמנטי בלחץ גבוה מאוד באופן המייצר עמודי דייס צמנטי המעורב גם בקרקע המקומית.
• קדיחה ויציקה של עמודי בטון בשיטה "יבשה", או במקרה של בעיות יציבות ומי תהום, קדיחה ויציקה באמצעות מכונת C.F.A או טכנולוגית בנטוניט.
• שימוש בחומרים מחזקים אחרים כגון עמודי סיד, בטון רזה ו-C.L.S.M בתנאי שתוכח תסבולתם בהטרחות השונות ויעילותם לריסון השקיעות.

שיטות חישוב

• כאמור אחד היתרונות של היישום המתואר לעיל הוא שהוא מאפשר פישוט שיטת החישוב והבאתה למצב שבו כל הנדרש מהקונסטרוקטור הוא לחשב דוברה רגילה על קרקע מיוצבת ומשופרת בעלת תכונה של מקדם קפיץ שהוצע ע"י (1867 Winkler) ,עפ"י הקשר δ = κ ⋅ σ [כאשר δ - השקיעה בנקודה מסויימת מתחת לדוברה, κ - קשיחות קפיץ Winkler, או כפי שהוא מכונה "מודול סיפרת מצע" ו-σ - מאמץ המגע בנקודה].

במסגרת פיתוח עמודי אבן וסיד הוצעו שיטות חישוב שונות מהם ניתן להגיע לחישוב מודול סיפרת מצע משוקלל של השיטות המתוארות לעיל לייצוב ושיפור קרקע, כגון ע"י (Prof W. VanImple (1983 ו-(Dr H. Bredenberg (1983. כמו כן פורסם מאמר בשנת 2002 (לא חתום) ע"י מוסד הטכניון שכותרתו Deep Mixing-Lime Columns בשנת 2002. המראה אף הוא שיטת חישוב.

• בהסתמך על הנ"ל ניתן לחשב κ משוקלל:
נתונים דרושים:
1. קביעה של מרווחים x, y בין עמודי ההקשחה.
2. מציאת מודול אלסטיות של העמוד והקרקע.
3. קביעת מידות חתך העמוד ועומקו בקרקע.
חישובים:
מוטי יוגר

• κtotal משמש את הקונסטרוקטור לחישובי הדוברה ואילו חישוב השקיעות במבנה יכול להתבצע ע"י יועץ הביסוס, עפ"י התקצרות גוש מסת העפר המיוצב, בתוספת השקיעה בקרקע שמתחת לעפר המיוצב.

סיכום

מובאת במאמר שיטה לביצוע "דוברה על כלונסאות" כאשר הכלונסאות מוחלפים ע"י עמודי בטון, או חומר מייצב אחר, באופן שתכונות מסת הקרקע מתחת לדוברה הם משופרות וגורמות להגדלה בתסבולת הדוברה והקטנת השקיעות הצפויות.

השיטה גם מפשטת את חישוב הביסוס לדוברה על תווך Winkler מחד וקביעת תכונות התווך מאידך.

השיטה החישובית המוצעת תבחן ע"י הקורא והשימוש בה על אחריותו בלבד.

ניתן להוריד yuger כקובץ PDF.

 

בית בקראל - בנין A קומה 2 האופה 2, קדימה

E-mail: office@engyuger.com

טל: 09-8911401 פקס: 09-8911490