כיצד לדעת על מה בונים

הסכנה הנפוצה ביותר לכלונסאות בטון ולקירות תרחיף (Slurry Walls) יצוקים באתר, היא בהיווצרות פגמים היכולים לגרום נזקים גדולים ביותר לבניין.

לדוגמא, באחד המבנים באזור הדרום, הופיעו סדקים גדולים בקירות הבנין עד כדי כך שניתן היה לצלם את הנוף דרכם. כשל בנייה זה נגרם כתוצאה של ליקויים ביסודות הבניין.

ישנן סיבות רבות להיווצרות פגמים בזמן יציקת אלמנטים בטון. הסיבה הנפוצה ביותר היא היווצרות חללי יציקה, המלאים בבוץ או בתערובת בנטוניט ובוץ. פגם זה שכיח בכל שיטות הקדיחה והיציקה של אלמנטים בטון יצוקים באתר.

החללים עלולים להיווצר בעיקר באזורים ההיקפיים של האלמנט, אך לעתים הם מופיעים גם במרכזו.

פגמים נוספים הנפוצים באלמנטים בטון הם:

מפולות של קרקע אל תחתית האלמנט, נתק ברציפות הבטון כתוצאה מזרימת בטון לקויה בעת היציקה בין מוטות הזיון, וסדקים לרוחב האלמנט הנגרמים עקב יציקת תערובת בטון באיכות נמוכה.

בעבר, השיטה הנפוצה ביותר לבדיקת אלמנטים בטון הייתה ע"י קידוחי גלעין.

חיסרון השיטה הוא המחיר הגבוה ומדגם יחסית קטן של הבדיקה. היום, נוקטים בשיטות אל-הרס שבהן משתמשים בציוד אלקטרוני מתוחכם הדורש ידע, ניסיון והבנה הנדסית, לא רק בהפעלת הציוד אלא בעיקר בפענוח הממצאים המתקבלים ממערכות הבדיקה.

שיטות הבדיקה המקובלות כיום הן:

א.                  שיטה המבוססת על שימוש ברדיואיזוטופים – בדיקות גמא.

ב.                  שיטות המבוססות על שימוש בגלים אקוסטיים – בדיקות אולטרסוניות וסוניות.

שיטות אלה בודקות את רציפות הבטון ולא את סיבולת האלמנט, אשר ניבדק על ידי שיטות אחרות.

להלן סקירה תמציתית של שיטות הבדיקה:

בדיקות גמא

כדי לבצע את הבדיקות יש לחבר את צינורות הבדיקה בקוטר 2-2.5 אינצ' אל רשת הזיון של האלמנט.

יש להקפיד שהצינורות יהיו נקיים כדי לאפשר מעבר חופשי של מכשיר הבדיקה. בדרך כלל מחברים לתוך אלמנט שקוטרו עד 80 ס"מ שני צינורות בדיקה לתוך אלמנט שקוטרו עד 100 ס"מ, 3 צינורות בדיקה. באלמנטים בקטרים גדולים יותר -  4 צינורות בדיקה ומעלה. מספר זה של צינורות מאפשר בדיקה של היקף האלמנט. בדיקת ההיקף חשובה ביותר, כיוון שישנה הסתברות גבוהה יותר שהפגמים יופיעו בהיקף האלמנט מאשר בגרעינו.

הציוד (איור 1) מורכב מגשש, שבו נמצא מקור רדיואקטיבי בעל אנרגיה נמוכה, גביש (Tl)NaI, מכפיל אור, גוש עופרת ומעגל אלקטרוני. הגשש מחובר באמצעות כבל פלדה למונה, שבו נרשמים הנתונים המתקבלים מבדיקת הבטון.

המקור פולט פוטונים לתוך החומר הנבדק, והם מתפזרים לכל הכיוונים. חלקם נבלעים בחומר וחלקם מוחזרים לכיוון הגלאי.

כמות הפוטונים המוחזרים, העומדת ביחס הפוך לצפיפות החומר הנבדק, נמנית על ידי הגלאי. המכשירים מכוילים על פי דגמים בעלי צפיפות ופגמים ידועים מראש.

הבדיקה מתבצעת באופן רצוף בכל צינור בדיקה בנפרד.

ממדי הנפח הנבדק הם: גובה 25 ס"מ לרדיוס 12-15 ס"מ. לפי נסיוננו באלפי האלמנטים שנבדקו, דגימה זו מספיקה כדי לגלות כל פגם אפשרי במעטפת.

המכשיר המוכר לנו בנוי כך, שהצפיפות בשיא העקומה היא 800 ק"ג/מ"ק, ולכן בצפיפויות שבין 1400 ו-2500 ק"ג/מ"ק, הקריאה תקטן עם העלייה בצפיפות.

מכשיר זה בנוי במיוחד עבור בדיקת אלמנטים עשויים בטון, ויכול לבדוק אף אלמנטים מיד לאחר היציקה. המכשיר בודק את הבטון הנמצא מסביב לצינור הבדיקה. מימדי הנפח הנבדק המקורבים הם: גובה 25 ס"מ, רדיוס של 12-15 ס"מ. יש המשתמשים לבדיקת בטונים בציוד המיועד בעיקר לבדיקת צפיפות ורטיבות של קרקעות, אך יש להדגיש שציוד זה אינו מתאים לבדיקת אלמנטים עשויים בטון.

בדיקות אולטרסוניות

לביצוע הבדיקות משתמשים בצינורות בדיקה, כפי שצוין בבדיקות גמא.

הבדיקה מתבצעת על ידי מדידת זמן המעבר והאנרגיה של גלים סוניים ואולטרסוניים בין שני צינורות מקבילים זה לזה, הנמצאים בתוך האלמנט. באחד הצינורות נמצא משדר ובשני מקלט של גלים אולטרסוניים מחוברים בכבלים, העוברים דרך מד-עומק לאוגר נתונים שבו נרשמות התוצאות.

כמשדר משמשת יחידה פיאזואלקטרית הנמצאת באחד הצינורות. היא ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית, המועברת דרך הבטון בצורת גלים ליחידה פיאזואלקטרית אחרת הנמצאת בצינור הבדיקה השני ומשמשת כמקלט. יחידה זו הופכת את האנרגיה המכנית לאנרגיה חשמלית.

באמצעות מעגלים אלקטרוניים נרשמות התוצאות על מסך ובאוגר נתונים.

הגלים האולטרסוניים נשלחים למקוטעין לכל אורך האלמנט, כך שלמקלט יהיה מספיק זמן לקלוט את כל הקרן, או חלק ממנה, לאחר שעברה דרך התווך. את צינורות הבדיקה ממלאים במים, כדי לאפשר את העברת הגלים האולטרסוניים מהמשדר לבטון ולאחר מכן מהבטון למקלט.

לפי ממד האלמנט ניתן לקבוע את מספר הצינורות שיש להכניס לתוך האלמנט לשם ביצוע הבדיקה.

הבדיקה מבוססת על ההבדלים במקדם ההתפשטות ומקדם הבליעה של גלים האולטרסוניים בין הבטון לחומרים הנמצאים סביבו (חול, בוץ, מים).

בבטון מקדם, ההתפשטות גבוהה יותר ומקדם הבליעה נמוך יותר מבחומרים לעיל. מקובל להשתמש במיכשור המשדר גלים במהירות של כ-4000 מ'/שניה ובתדר של עד 50 קילוהרץ.

הבדיקה מתבצעת לאחר מינימום 7 ימים, זמן הדרוש להתקשות הבטון במידה מספקת.

בדיקות סוניות

על ידי מכה קלה בפטיש על ראש האלמנט משדרים גל לחץ שטוח לכל אורך האלמנט. אפשר ליצור את הגל גם על ידי מנעד אלקטרומגנטי, אך שימוש זה לא יידון כאן.

הגל הנוצר בראש האלמנט מתפשט במהירות בתוך הבטון עד לתחתית האלמנט וחוזר, כולו או חלקו, לראש האלמנט לאחר השתקפות מתחתית האלמנט. שינויים בתכונות החומר ושינויים בחתך האלמנט, גורמים שינויים בהשתקפות הגל כתוצאה של מעברו דרך שכבות שונות של חומר. קליטת הגל החוזר נעשית על ידי מד-תאוצה הנמצא בראש האלמנט, אשר מעביר אותות למערכת אלקטרונית.

האותות מוצגים כרפלקטוגרמה על מסך של אוסיצילוסקופ (ר' איור 5). על הרפלקטוגרמה מופיעים האות הראשון של מכת פטיש, החזר הגל מתחתית האלמנט, והחזרים אחרים כתוצאה משינויים גיאומטריים באלמנט או משינויים בחומר.

ניתן למדוד את הזמן, T, העובר בין האות הראשון והאות החוזר מתחתית האלמנט. זמן זה עומד ביחס ישר לאורך, L, של האלמנט ולמהירות התפשטותת הגל (C).

בהנחה שהמהירות (c ) קבועה ואורך האלמנט נתון, ניתן לאמת את אורכו ברפלקטוגרמה (ראה איור 6).

איור 6 דוגמה לקביעת אורך האלמנט בשיטה הסונית

מהירות הגל בבטון נמצאת בתחום של 4500-3500 מ'/שניה.

ברוב המדידות משתמשים בערך של 4000 מ'/שניה. ערך זה משתנה מאתר לאתר, ואי-דיוק בהכנסת הנתון במערכת הבדיקה יכול לגרום טעות של עד 10% במדידת אורך האלמנט.

על ידי רישום כל הגלים החוזרים למד-התאוצה והצגתם ברפלקטוגרמה, ניתן לנתח את רציפות הבטון ואת מרבית השינויים הגיאומטריים החלים בצורת האלמנט.

הגלים החוזרים הם פונקציה של שינויים בתכונות הפיסיקליות של הבטון ושל החומר הנמצא בסביבתו כגון הצפיפות, מקדם האלסטיות, מהירות התפשטות הגל ושל שינויים גיאומטריים בחתך האלמנט.

התוצאות של בדיקת אלמנט בטון בשיטה הסונית מושפעות על ידי כמה גורמים:

-                     התכונות הפיסיקליות של הבטון

-                     הגיאומטריה של האלמנט

-                     הקרקע הנמצאת בתחתית האלמנט ולכל אורכו

-                     יחס אורך/קוטר

-                     שילוב של הגורמים הללו.

בגלל שמהירות הגל שונה מכלונס לכלונס, בהתאם לגיל וטיב הבטון, קיימת סטייה בקביעת אורך הכלונס או מיקום הפגם (במידה ויש) של כ-10% מאורכו הנתון ולכן אין לראות את הנתונים בתוצאות, כמסמך לחישוב כמויות.

לכן פיענוח נכון של התוצאות דורש ידע וניסיון רב בסוג זה של

בדיקות בנוסף למיכשור מתוחכם ומתוכנן כראוי.

אומנם, בדיקות גמא והאולטרסוניות יקרות יותר מהבדיקות הסוניות, אך הן מספקות מידע רב יותר ומדויק יותר. אם מתכנן האלמנטים רוצה להיות בטוח בתקינות כל האלמנטים באתר, מומלץ לבצע בדיקות על ידי שימוש בצינורות בדיקה.

באתרים שבהם קיים מספר רב של אלמנטים, ניתן לבצע ניתוח סטטיסטי לאחר סידרה של בדיקות הקדמיות ולאחר מכן להחליט על מספר הבדיקות בהמשך הפרויקט.

שיקולים בבחירת שיטת הבדיקה

שורות אלו מיועדות לסייע בשיפור הנהלים המקובלים היום במספר פרויקטים בנושאים: מי צריך להזמין את הבדיקות, בחירת סוג הבדיקה, בחירת הבודק, מספר האלמנטים שיש לבדוק ומועד ביצוע הבדיקה.

מזמין הבדיקות צריך להיות בעל הפרויקט או נציגו בניהול הפרויקט, ולא הקבלן המבצע את האלמנטים. הזמנת הבדיקות על-ידי הקבלן גורמת ל:

-                     תוספת לעלות הבדיקה

-                     בחירת בודק לפי שיקולים אישיים ולא תמיד מקצועיים

-                     בחירת האלמנטים לבדיקה (לפעמים גם מספרם) לפי שיקולי הקבלן.

לכן בדיקת איכות האלמנטים לפי דרישות מקצועיות (חשיבות האלמנט במבנה וכדומה) וללא תלות בקבלן המבצע את היסוד, תבטיח רמת בדיקות גבוהה ואמינות רבה וכן עלות נמוכה.

לבחירת סוג הבדיקה חשיבות רבה להצלחת הבדיקות. מתכנן האלמנטים הממליץ על ביצוע בדיקה זו או אחרת חייב להכיר היטב את היתרונות והחסרונות של כל סוג בדיקה ואת הגורמים המשפיעים על מהימנות הבדיקה.

בבדיקות הסוניות הנתונים המתקבלים מושפעים לא רק מטיב הבטון אלא גם מגורמים אחרים כגון סוג הקרקע בתחתית הכלונס ולאורך המעטפת, זמן התקשות הבטון, הגיאומטריה של היסוד וכד'.

בקרקעות עם מקדם חיכוך גבוה, מאבד הגל אנרגיה ולא ניתן תמיד לקבל גל חוזר מקצהו התחתון של הכלונס ולקבוע בוודאות את אורכו.

קבלת נתונים לגבי החתך הגיאולוגי של הקרקע תורמת להבנה טובה יותר של ממצאי הבדיקות.

לעומת זאת בשיטות הבדיקה האולטרסוניות ובדיקת הגמא, תוצאות הבדיקה אינן מושפעות מהחומר הנמצא מסביב לבטון. שיטות אלה דורשות הכנסת צינורות בדיקה לאורך האלמנט הנבדק.

דרישה זו מייקרת את עלות הבדיקה יחסית לעלות הבדיקה הסונית, אך תוצאות הבדיקה אמינות ומדויקות יותר. כן מאפשרות שיטות אלו לאתר במדוייק את מקום הפגם באלמנט, ובמקרים רבים ניתן לתקן את הפגם על ידי פריצת צינור הבדיקה במקום הפגם והזרקת בטון. ברוב המקרים מתכנני האלמנטים מביאים בחשבון את צינורות הבדיקה, בחישוב כמות הברזל באלמנט.

הבדיקות הסוניות זולות יותר מהבדיקות בשיטות אחרות, אך פיענוח התוצאות מסובך יותר ברוב המקרים, ולא פעם אותה תוצאה מקבלת פירושים שונים על ידי בודקים שונים.

על-ידי תכנון טוב ניתן לחסוך כסף רב גם בביצוע הבדיקות.

בקביעת מועד ביצוע הבדיקה יש להביא בחשבון שבדיקה אולטרסונית וסונית ניתן לבצע רק 5-7 ימים לאחר יציקת הבטון, ואילו בדיקות גמא ניתן לבצע מיד עם גמר היציקה.

ניסיון מעשי בבדיקת אלמנטים

בעוד ששיטת קידוחי הגלעין נותנת מידע מוגבל מאוד על רציפות הבטון, השיטות ללא הרס הקיימות, מאפשרות בדיקה של חתך גדול יותר מבלי לגרום נזק לשלמות הבטון.

השיטות הבלתי הרסניות לבדיקת הבטון נכנסו לאירופה ולישראל בשנות ה-70 ולאחר כמה שנים לכל רחבי העולם. לכותב שורות אלה, יחד עם פרופ' ק. פרייס יש הזכות להיות הראשונים אשר ביצעו בדיקות בישראל כבר בשנות ה-70.

מתוך עשרות אלפי אלמנטים שנבדקו על ידינו, ומאוסף הנתונים הסטטיסטיים לגבי שלמותם ומציאת פגמים, ניתן להניח כי שיעור האלמנטים הפגומים עשוי להגיע עד 6% לפרויקט.

נתונים סטטיסטיים דומים צוינו גם על ידי מחברים אחרים, ביניהם לדוגמא Davis and Dunn אשר דיווחו על תוצאות מ-717 אלמנטים.

בשנים האחרונות, עם התפתחות הטכנולוגיה בקידוחים, והגברת מודעות הקבלנים לנושא הבדיקות ללא הרס, ירד מספר הפגמים בכלונסאות היצוקים באתרי הבנייה.

בדיקות באתרי בנייה

להלן מספר דוגמאות של אלמנטים שנבדקו בשיטה אחת או יותר, בצירוף תוצאות הבדיקה.

יש להדגיש שלא כל פגם ניתן לגילוי על ידי שיטה כלשהי.

יש להתייחס לממצאים חריגים בדוגמאות כדלקמן:

-                     עבור בדיקות גמא: סטייה של יותר מ-13% מממוצע הקריאות מצד ימין של הגרף בסמוך למקום החריג.

-                     עבור בדיקות אולטראסוניות: פס לבן מפסיק את רצף הנתונים.

-                     עבור בדיקות סוניות: ירידת העקומה מתחת לציר האופקי בעומק כלשהו, בין ראש האלמנט ותחתיתו.