עוגני קרקע בישראל – חזון ומציאות

מאמר זה בוחן את הנעשה בתחום עוגני הקרקע כעשר שנים לאחר הוצאת תקן ישראלי ראשון בתחום.

עוגני הקרקע משמשים שנים רבות בענף הבנייה לייצוב מבנים, מדרונות, קירות תומכים, מזחים סכרים ועוד, ומיועדים להעברת כוחות מחזית המבנה אל אזור יציב בתת הקרקע. היציבות מושגת על ידי הגדלה משמעותית של הכוחות הנורמליים הפועלים על מישורי הרס פוטנציאליים. דריכת העוגנים מראש לכוח עבודה נדרש עשויה להקטין את התזוזות העתידיות של המבנה המעוגן. בחירה של שימוש בחלופות עוגני קרקע צריכה להביא בחשבון את הטכנולוגיה המתקדמת המשמשת בו לגיוס כוחות עבודה גבוהים יחסית, תוך בדיקה מידית של התסבולת הן לטווח הקצר והן לטווח הארוך.

הכתבה פורסמה בכתב העת המקצועי של איגוד המהנדסים לבנייה ולתשתיות "הנדסת בנייה ותשתיות" גיליון מס' 90, מרץ 2021.

1. תפקיד עוגני קרקע וחשיבותם בענפי בנייה ותשתיות

א. עוגני קרקע מקובלים בענף הבנייה והתשתיות בעולם ובישראל זה שנים רבות. העוגנים משמשים במגוון רחב של יישומים, כגון: חפירות מדופנות למרתפים,במקומות בהם אין אפשרות לחפירות פתוחות, משיקולי מקום וסיכון למבנים ותשתיות, אמצעי להגנה מפני גלישת מדרונות, לקבלת הטרחות צפויות מהבנייה המתוכננת כגון כוחות דינמיים הנגרמים מהטרחות רוח ורעידת אדמה, וכן כוחות עילוי הנגרמים עקב בנייה תת קרקעית, מתחת למפלס מי תהום.

עוגן קרקעעוגן קרקע

רח' הלוחמים בני ברק. קירות דיפון על כלונסאות תמוכים באמצעות עוגנים ומסמרי קרקע

ב. האמור לעיל מדבר בעד עצמו ומדגיש את החשיבות של מרכיב העוגנים כאלמנטי בנייה מורכבים ויוצאי דופן. מעיון בתקנים הישראלים ומפרטים כלליים ומיוחדים עולה כי אלמנטים אלו מהווים קטגוריה מורכבת, הכוללת היבט קונסטרוקטיבי מחד גיסא, וגיאוטכני מאידך גיסא. היבט זה דורש פעולה של מתכנני קונסטרוקציה מיומנים בתחום עם יועצים גיאוטכניים בתחום קרקע וביסוס.

עוגן קרקע

פרויקט אלנבי 99 , תל אביב. קירות סלאריים מדופנים עם תמיכה של עוגנים, בלב סביבה אורבנית צפופה

ג. מבנים גיאוטכניים מחולקים לשלוש קטגוריות (כפי שניתן לראות, בת.י., 940 חלק 1 ות"י 940 , חלק 3.1 : קטגוריה גיאוטכנית מס' 1, 2 ו- 3). עפ"י חלוקה זו, אלמנטים הכוללים עוגני קרקע מוגדרים, בדרך כלל, כקטגוריה 3. משמעות הדבר היא שכשל בתיפקודם עלול לגרום נזקים קשים לסביבה הסמוכה, הפרעה לתיפקוד באזור, נזקים כלכליים כבדים, פגיעה באנשים ורכוש. כמו כן, ישנו קושי גדול בתיקון ושיקום האתר וסביבתו, דבר הדורש זמן רב.

ד. ברור כי מבנים ואלמנטים מעוגנים מחייבים תשומת לב מיוחדת, הן בהיבט התכנוני והן בהיבט הביצועי. כשלים בתחום זה יוצרים גם תהודה תקשורתית, שלילית. במהלך השנים התפרסמו כשלים רבים בתחום זה, כפי שניתן למצוא למשל באינטרנט, הכוללים, למשל קריסת קירות דיפון ברעננה, בבית שמש, בפרויקט גדול בבני ברק ועוד רבים הידועים לאלו המצויים בתחום. מנגד, ניתן למצוא פרויקטים מרשימים שבוצעו בהצלחה (ניסיון לצרף תמונות מהאתרים הללו קשה עד בלתי אפשרי בשל נושא של זכויות יוצרים. קוראים המעוניינים בכך יכולים למצוא אותם באמצעות חיפוש ברשת האינטרנט).

ה. מדי שנה מותקנים בישראל כ-20,000 עוגנים, בפרויקטים רבים ומגוונים. רוב רובם של העוגנים (כ-95%) הם עוגנים זמניים, המוחלפים במהלך הבנייה ע"י אלמנטים קונסטרוקטיביים קבועים, כגון תקרות. השאר (כ-5%) הם עוגנים קבועים האמורים לשמש לכל אורך קיים המבנה, המגיע בפרוקיטים ציבוריים ל-120 שנה.

ו. עוגנים מהווים אלמנט מכני מורכב במבנהו, באופן התקנתו ובאופן תיפקוד ולאורך הקיים של המבנה. כשלים בעוגנים יכולים לנבוע מהסיבות הבאות:

  • תכנון לקוי של מערכת התימוך, הכוללת את העוגן + האלמנט הקונסטרוקטיבי,שאותו הוא תומך (קיר קונבנציונלי/דיפון, חזית בטון מזוין, גשר וכו'). תחום באחריות צוות התכנון, בעיקר.
  • כשל במבנה העוגן עצמו, על רכיביו השונים, הכולל מרכיבים מכניים, הגנות נגד קורוזיה, קדיחה והתקנת העוגן. תחום זה, ברובו הכולל, באחריות קבלן העוגנים.
  • כשל בבדיקת העוגן ודריכתו, כולל ניטור מלא של העוגן. האחריות לתחום זה נדונה בהרחבה במסגרת מאמר זה.

2. העוגן, מרכיביו ודרישות תקניות

א. בשנת 2011 יצא לראשונה תקן ישראלי מפורט, הדן בעוגני קרקע, ת"י 940 חלק 4.2 , ששמו "תכן גיאוטכני: חיזוק ויצוב מבנים למטרות הנדסיות – עוגני קרקע מדוייסים". תקן זה מוגדר כתקן מומלץ, שאינו מחייב חוקית (אלא אם הוא נקבע ככזה במסגרת חוקית אחרת, המאמצת אותו כמחייב).

ב. העוגנים מפתחים תסבולות שירות גבוהות, יחסית, לכל עוגן. הדבר מאפשר הפחתת מספר העוגנים למ"ר חזית קיר והופך אותם לכלכליים יותר משיטות עיגון אחרות. ליתרון זה נלווה חיסרון, שכן למערכת יתירות (Redandency) נמוכה יותר, עקב כך שכשל בעוגן בודד עלול ליצור כשלים פרוגרסיביים בעוגנים סמוכים, דבר שעלול להביא לכשל כללי.

ג. לאור האמור לעיל ומורכבות העוגן, נדרש לוודא שהדרישות לגבי העוגנים יהיו ברורות ויכללו, בין היתר:

  • תיעוד מוכח של מרכיבי העוגן השונים.
  • מרכיבי העוגן יהיו תואמים זה לזה, באופן שמבטיח שימוש בחלקי חילוף, ללא אילתור ועמידה בכל הדרישות.
  • תכונות החומרים לא ישתנו לאורך הקיים של העוגנים, (עד שנתיים לעוגנים זמניים ולכל תקופת קיים המבנה, לעוגנים קבועים).
  • השימוש בטכנולוגיות ושיטות חדשות מותר אם יש תיעוד, בדיקות וידע המוכיחים את עמידות העוגן בכל הדרישות התקניות.

עוגן קרקע

רח' הלוחמים בני ברק. קירות דיפון עם כלונסאות תמוכים באמצעות עוגנים ומסמרי קרקע בני ברק. מקרה כשל; קיר סלארי עם עוגנים שזז ממקומו

ד. במסגרת התקן הקיים ישנם שני סוגי עוגנים: עוגני כבלי דריכה ועוגנים ממוטות דריכה (נוסף על כך קיימים כיום בשוק עוגני פולימרים הבנויים מסרטים ו/או מוטות פולימריים עגולים, שאינם כלולים עדיין בתקן ושהניסיון בהם מצומצם).

ה. העוגנים פועלים לפי עיקרון של העברת ההטרחות הפועלות עליהם מהמבנה, דרךראש העוגן, אל אזור יציב בתת הקרקע, מחוץ לתחום השפעה הדדית ביניהם, העלולה לגרום לכשל כללי (ראו תרשים עוגן מצורף).

עוגן קרקע

שרטוט 1 - גיאומטריית עוגני קרקע

ו. חלק העוגן הקדמי מחובר למבנה באמצעות מערכת ראש העוגן, המותאם לסוג העוגן, (עוגן כבלים, או עוגן מוטות). החלק האחורי של העוגן תפוס, בתחום יציב של הקרקע ומעוגן בה באמצעות דייס צמנטי או דייס שרף (איזור "תפיסה"). החלק המרכזי של העוגן עובר בתווך הקרקע שנמצא בתחום "מעגל הגלישה", שאינו יציב. לכן, פלדת הדריכה (כבלים או מוטות) מופרדת שם מהקרקע, בתוך צנרת גמישה. אזור זה מוגדר כ"קטע חופשי".

ז. כל רכיבי העוגן מתוכננים נגד קורוזיה ושיתוך, בהתאם לתקופת הקיים שלהם. הדייס הצמנטי נבדק לעמידותו מפני קורוזיה וכל רכיבי פלדת הדריכה והפלדה הרגילה מוגנים נגד שיתוך, בהתאם לקיים הנדרש מהעוגנים. חלקי העוגן הסינתטיים מוגנים מפני קרינת UV , לפני התקנתם. בעוגנים זמניים נדרשת שכבת הגנה אחת לפחות נגד קורוזיה ואילו בעוגנים קבועות שתי שכבות הגנה כאלו.

ח. קדיחת העוגנים נעשית באמצעות מכונה וציוד מתאימים לסוג הקרקע, יציבותה וחדירה אפשרית למפלס מי תהום (עוד על קידוחי קרקע והמאפיינים שלהם).

ט. עפ"י דרישות התקן ייצור העוגנים ייעשה ע"י יצרן בעל ידע, יכולת טכנולוגית וניסיון, שיאושר ע"י רשות מוסמכת לכך.

י. ביצוע יציקת דייס פנימי בין כבלי/מוטות הדריכה, לצינור שרשורי, מאפשרת, עפ"י התקן, להתייחס לדייס זה כשכבת הגנה. מותנה בביצוע הדיוס בתנאי מפעל, עם דייס צמנטי איכותי, כך שכמות ורוחב הסדקים בדייס יענו לדרישות התקן (לח"מ השגות והערות בנושא זה, כמפורט בהמשך).

יא. קיימת דרישה בתקן של הגנה על רכיבי העוגן בכל שלבי הביצוע. דהיינו, מרגע עזיבתו את המפעל ועד התקנתו בקדח המיועד לו. כדי להגן על העוגן יש לדאוג לתנאי הייצור, הובלתו לאתר מהמפעל ולאחר מכן יש להתקינו בקדח. ניתן להבין כי במקרה של יציקת "שורש" העוגן במפעל הרי שהרמתו למשאית, הובלתו בדרכים, הורדתו מהמשאית, הנחתו, הרמתו שוב והחדרתו (לעיתים בכוח) לקדח, עלולה, בוודאות רבה, לגרום לסדקים רבים, כך שיצא שכרו בהפסדו. כדי שדבר כזה יימנע יש להוביל כל עוגן בתבנית ייעודית, שתמנע פגיעה בו, עד רגע ההחדרה לקדח. ברור שכל זה כרוך בעלויות נוספות. החלופה היא הקמת מפעל באתר, הכלכלי רק בפרויקטים גדולים, או במציאת פתרון יצירתי אחר.

יב. לאחר התקנת העוגנים, התקן דורש ביצוע דריכת כל עוגן ועוגן כדי לבחון את תפקוד העוגן על כל מרכיביו. רק לאחר השלמת שלב זה ניתן לנעול העוגן בעומס עבודה מתוכנן.

יג. התקן דורש כי כל תהליך הדריכה וניתוח הממצאים ייעשה ע"י גורם מנוסה ומוסמך, בפיקוח של המפקח או של גוף מוסמך אחר, כאשר כל הגופים הנ"ל יאושרו ע"יהמתכנן, בהתאם למסמכים שהוצגו.

3. חזון ומציאות בתחום

א. הוצאת מפרט כללי בין משרדי בשנת 2005 ובהמשך, תקן מפורט בשנת 2011, היוו ציון דרך בניסיון להסדיר את ענף העוגנים, שפעל זמן רב לפני כן ללא תקינה מוסדרת וללא נהלים וכללים ברורים, כאשר הנושא פרוץ וללא מסגרת ראויה. ביצוע העוגנים אז, היה בכפוף למפרטים טכניים מיוחדים שהוצאו על ידי המתכננים, כל אחד עפ"י כישוריו והבנתו, ללא סטנדרטיזציה.

ב. בפרויקטים רבים מאד בעבר, ביצוע העוגנים, בדיקתם ודריכתם, בוצעו ע"י קבלני עוגנים עצמם ללא בקרת ואבטחת איכות נאותים, כאשר הקבלן הוא המבצע והבודק את עצמו בו זמנית.

עוגן קרקע

קו רכבת יד מרדכי - נתיבות. קירות דיפון מאלמנטי סלארי תמוכים עם עוגנים

ג. אין ספק שהכנסת המפרט ובהמשך התקן תרמה להעלאת המודעות וטיב העוגנים המיוצרים, אך לא במידה הנדרשת וללא פיקוח נאות. במקביל, חלה בשנים האחרונות עלייה גדולה במספר קבלני העוגנים שחדרו לתחום. התחרות העזה הביאה למצב שמחירי העוגנים ירדו משמעותית (כנראה שמעבר לאפשרות לקיים את כל דרישות התקן). תחום אחד שנפגע במיוחד הוא איכות הבקרה על התקנת העוגנים. קיימת כיום מגמה העומדת בסתירה לדרישות התקן, של חזרה לבדיקת העוגנים ע"י קבלני העוגנים, למרות האמור בתקן ובניגוד להיגיון הנדסי.

ד. בענף הבנייה והתשתיות בתחום הציבורי וממשלתי, מקובל ביצוע פרויקטים עפ"י נוהל איכות שבו הקבלן מבצע בקרת איכות כחלק מההסכם, ואילו המזמין מבצע אבטחת איכות. נושא זה בעייתי בתחום העוגנים, הדורש התמחות וידע מהמפקח. נוהל זה לא קיים, בדרך כלל, בשוק הפרטי.

ה. במצב השורר היום בתחום, של התחרות הקשה בענף, עלויות האיכות (בקרה ואבטחת איכות) והזמן הנוסף הדרוש לביצוע איכותי של העוגנים, קיימת בעיה כלכלית ובעיית לוחות זמנים, הן למזמין והן לקבלן העוגנים. הבעיות יוצרות לחצים חוזרים ונשנים על המתכננים וצוות הניהול.דבר העלול להוריד את איכות המוצר ולסכן את הפרויקט והאנשים.

ו. התקן הישראלי לעוגנים קיים זה עשר שנים. הוא לא עבר עדיין רוויזיה, כנדרש בו. נראה לי כי זה הזמן לבחון מחדש את התקן ולעדכנו, בין היתר כדי למנוע את המשך ההידרדרות בתחום, כפי שפורט בהרחבה לעיל. חדשות מעודדות ניתן למצוא במפרט כללי מעודכן שהוציאה רכבת ישראל בשנת 2018.

 

* אינג' מוטי יוגר – חבר איגוד, תא גיאוטכני, בעל תואר ראשון ושניב הנדסה אזרחית, במסגרת "המכון הפוליטכני של ניו יורק". התמחותו במסגרת התואר השני, היתה בתחום הביסוס והנדסה גיאוטכנית. פעילותו המקצועית כעצמאי, בתחום ייעוץ לביסוס וגיאוטכניקה, החלה בשנת 1981, ובשנת 2002 המשרד עבר לפעול במסגרת חב' אינג' מ.יוגר בע"מ. החברה עוסקת כיום בכל תחומי הגיאוטכניה והביסוס, מתמחה בתחום ייצוב מדרונות והחדרת שיטות בתחום הגיאוטכני ורוב פעילותה מתרכזת בארץ. החברה מתמחה בפתרון בעיות גיאוטכניות קשות ושיטות ביסוס ייחודיות, סקרי קרקע נוסף לפעילותה השוטפת.

- סייע בהכנת הכתבה, אינג' שלמה ליברמן, ממשרד ג.א.ש – הנדסת בניין וגשרים בע"מ.

 

בית בקראל - בנין A קומה 2 האופה 2, קדימה

E-mail: office@engyuger.com

טל: 09-8911401 פקס: 09-8911490