מקרקע חרסיתית ועד בולענים: האתגרים בייעוץ קרקע ברחבי ישראל

לא סתם קוראים לישראל "הארץ המובטחת". בשטח קטנטן במזרח התיכון מתרכזים הרים, מדבר, שלגים, רצועת חוף ארוכה, אגמים ואדמה ומסלע מסוגים שונים. אין ספק שזה חלק מהקסם הגדול שיש לישראל ויחד עם זאת מהווה אתגר בכל הקשור לבנייה. סוגי הקרקע והמסלע השונים באזורי הארץ מחייבים עבודה מדוקדקת, שכן באזורים שונים בארץ תכונות הקרקע שונות בתכלית.

כיצד נערכים לקראת פרויקטים בקרקע מאתגרת? לשם כך, שוחחנו עם מהנדס אילן בירנבאום, בעלים ומנכ"ל "ש.גפן הנדסת קרקע בע"מ". 

בירנבאום

"החברה פועלת משנת 1971", מציין בירנבאום. "אנחנו עוסקים בייעוץ לביסוס מבני מגורים ותעשייה, לגשרים ולמחלפים, לפרויקטי פינוי בינוי ותמ"א 38, למבנים תת קרקעיים, לפתוח שטח ועוד. כמו כן, אנחנו מבצעים מחקרים מעשיים בסוללות על קרקע רכה, כלונסאות ודוברות, מבצעים מחקרי כשלונות ומבנים סדוקים ועוד". 
 
 

אילו אנשי מקצוע מועסקים בחברה? 

"לצד צוות מהנדסים מנוסה, עובדים בחברה גם גיאולוגיים מקצועיים שמכירים ומבינים את הקרקע ואת תכונותיה". 

בירנבאום מציין כי לפני שניגשים לפרויקט, יש להבין את האתגרים הניצבים בפניו. "אנו יודעים ומבינים שלכל פרויקט יש לגשת לאחר חשיבה רבה והכנה מקדימה, תוך התחשבות בנתוני המקום שבו הוא נבנה", הוא מסביר. "לאחר שאנחנו מבינים את הנתונים אנחנו מתפנים לכל האתגרים המקצועיים תוך הבטחת הערכים המקצועיים שלנו". 

באילו אזורים בארץ אתם עובדים?

"אנחנו עובדים בכל רחבי הארץ. עבדנו על פרויקטי מגורים בכל הארץ וגם על פרויקטי תשתיות כגון גשרים וקירות תומכים ברכבת הקלה בירושלים ועוד. עבדנו גם על הקמת מרכזים רפואיים בבתי חולים, על תחנות כח מהצפון ועד אילת והערבה, על שדות סולריים במצפה רמון ובשאר אזור הדרום, על פארקי תיירות באגמון החולה, על מפעל הנחושת בתמנע ועוד".
 

האם נתקלתם בקרקעות שהצריכו עבודה מורכבת?

"בהחלט. למשל, היו לנו פרויקטים שדרשו חיזוק של יסודות קיימים על מנת לאפשר חפירה ועבודה בטוחה בתחתית מבנה קיים המיועד לשימור למשל ו-Under Pinning. כמו כן, על הרכבל בראש הנקרה, שם הקרקע והחללים הרבים שונה וייחודית לעומת מקומות אחרים בארץ. פרויקטים נוספים שדרשו עבודה מורכבת הם הקמתם של אגמים מלאכותיים, כגון אגם סירות פארק הירקון, או הקמת מסלול תיירותי וגשרים באזור אגמון החולה, שכן אלה דורשים הבנה מעמיקה של קרקע רכה וחלשה שבתוכה יש מים כמעט מפני השטח. עבדנו - וממשיכים לעבוד - על פרויקט מעניין של ייצוב המצוק החופי בתחום תל אביב ונתניה, הן מצד החוף והן מבחינת הפתרון הימי, ועל שיפורי יציבות של מבנים עתיקים בעכו, בבית שאן ובקיסריה. גם עבדנו על מבנים מורכבים בתנאים המיוחדים של חופי ים המלח".
 
 

כיצד נראה יום עבודה שלך? 

"אני מתחיל את היום שלי במשרד, למעט מקרים בהם נדרשת בקרה או פיקוח עליון באתרים, בוחן את המשימות הדורשות התייחסות מיידית, מטפל בנושאים דחופים ואז נפגש עם צוות המשרד ודן על הפרויקטים ועל המטלות הפתוחות. כמו כן, אני מתעסק בניהול המשרד ביחד עם הצוות האדמיניסטרטיבי. לאחר מכן, אני מתדרך את הצוות להמשך יום העבודה ומטפל בפרויקטים מורכבים ומיוחדים. אני גם נפגש ומשוחח עם לקוחות ומשתתף בפגישות תכנון. בנוסף לכך, אני יוצא לסיורי שטח באתרים, החל משלב ניתוח השכר דרך שלב בדיקות הקרקע ועד הפיקוח על ביצוע. לצערי יש לציין שאני גם עסוק בענייני גבייה בשל מוסר תשלומים ירוד במשק".
 
 

יש לאשש את נתוני הקרקע בשטח

כאמור, בנוסף לעבודת המהנדסים, עבודתם של הגיאולוגים חשובה מאוד להבנת הקרקע. טלי ולטמן, בעלת תואר M.sc במדעי הגיאולוגיה והסביבה מאוניברסיטת בן גוריון, מספרת שהעבודות מתחלקות לשניים: פרויקטי מגורים ופרויקטי תשתיות, גשרים, שכונות, קירות תומכים וכו'. "בפרויקטים שעליהם אני עובדת, אני לומדת את התכניות עבור המבנה המתוכנן ומאתרת את נקודות התורפה שלו ואת הנקודות הדורשות התייחסות מיוחדת ותשומת לב כדי לקבוע את נקודות הקידוחים האופטימליים, בהתאמה לתקן 940 ולצרכים ההנדסיים", היא מסבירה. "אני מתאמת עם קבלני המשנה את ביצוע הקידוחים ולאחר מכן מגיעה לפיקוח עליון במהלך ביצועם. כשמדגמי הקרקע מתקבלים, אני מתחילה בעיבוד נתוני מדגמי הקרקע, וקבלת התכניות הסופיות לצד למידתם. אנחנו מגבשים דו"ח שבו אנו ממליצים על אופן ביסוס המבנה שמתאים לחתך הקרקע הנבדק ולמבנה הספציפי המתוכנן, כמו גם מספקים נתונים שונים למהנדס השלד להמשך תכנון. את הכנת הדוח מובילים מהנדסי המשרד, שכן במקרים רבים נדרש לבצע חישובי יציבות ותסבולת או אנליזה בתוכנות אלמנטים סופיים בשיתוף פעולה הדוק עם הגיאולוגים".

ולטמן מציינת כי העבודה לא תמה בשלב זה. "אנחנו מקדישים זמן ודגש רב לפיקוח עליון על ביצוע העבודות בשטח. חשוב לבדוק את הדברים בפועל, בשטח, בתחילת עבודות הביסוס, זאת במטרה לאשש את נתוני הקרקע ולבדוק את התאמת הייעוץ לתכנון ולמבוצע בשטח".

בירנבאום, באיזה שלבים אתם כיועצי קרקע נכנסים לתכנון הפרויקט? וכיצד?

"אנו נכנסים לתכנון הפרויקט בד"כ בשלב התכנון המוקדם, כשלעתים גם בשלב התכנון הרעיוני. זאת, כדי להביע את דעתנו לגבי אפשרויות שונות באספקטים של הנדסת קרקע. לדוגמה, התוצרים שלנו בשלב הרעיוני עשויים לשנות את העמדת המבנים, את הגאומטריה שלהם ולעתים אף להביא לשינוי בהחלטת היזם לגבי יעוד הפרויקט. לאחר הבנת הפרויקט, חוזקותיו, חולשותיו ומגבלותיו, אנו מתחילים בפעולות הייעוץ. אלה כוללות סקר ספרותי של תנאי הקרקע באתר על בסיס מידע קודם או על בסיס חוות דעת גיאולוגית אתרית ולאחר מכן ביצוע חקירת קרקע מפורטת לקראת המשך תהליך הייעוץ".

אילו דילמות תכנוניות באות לידי ביטוי כשנדרשים לחשוב על חלופות בנושאים המקצועיים? 

"כיום, הייעוץ הנדרש הוא לא רק הנדסי אלא גם כלכלי-הנדסי. הפתרון או הייעוץ שניתן לפרויקט מביא בחשבון את הישימות בתנאי משק תחרותיים מבחינת הביצוע הקבלני ולוחות הזמנים. למשל, יתכן כי פתרון מסוים הוא הטוב ביותר לפרויקט מסוים אך אינו ישים עקב חוסר זמינות של מכונות קידוח המתאימות לביצוע העבודה או תשומות זמן עבודה גבוהות. בנוסף לכך, גישות יעוץ חדשות בהנדסת קרקע ניתנות על בסיס Observational methods - התנהגות המבנה והפתרון נבחנים במהלך תקופת הבנייה ו/או לאחריה. הייעוץ ניתן לאורך כל תקופת הבנייה ואף לאחריה ולא רק בתחילתה". 
 
 

"יש לקחת בחשבון תהליכים ארוכי טווח"

הבנייה בישראל מציבה אתגרי קרקע לא פשוטים. בים המלח למשל, החשש מבולענים ומזרימות מים תת קרקעיות דורש הבנה מעמיקה של הקרקע. "לבסס מבנה באזור ים המלח, בשל אי יציבות הקרקע והבולענים, זה אתגר ולכן כשמבצעים את בדיקת הקרקע יש לקחת זאת בחשבון. אמנם אין לנו ניסיון ספציפי בטיפול בבולענים אבל באופן כללי, האתגר הוא בהבנת התהליכים הפיזיקליים המתרחשים ובאינטראקציה בין הקרקע למבנה. כדי לבסס את המבנה באזור כזה, יש לקחת בחשבון תהליכים ארוכי טווח תוך הבטחת משך חיי המבנה כנדרש לפי דרישות היזם או התקנים הרלוונטיים".
וזה לא נגמר שם. "כשמדובר בקרקע כמו באזור מי המלח או בקרקע רכה כמו באזור הצ'ק פוסט בחיפה, או באזורים אשר חוו בעבר גלישת קרקע, הקושי הוא להבטיח שלא תהיינה תזוזות במבנים או במערכות הקשורות כגון קווי ביוב, מים, סוללות הגנה וכד'. תזוזות אלה עלולות להביא את המבנים לכדי כשל תפקודי או, חלילה, לכשל קונסטרוקטיבי".

אבל לא רק ים המלח והרכב ה-Lime carbonate הוא אזור מורכב וייחודי מבחינת אופי הקרקע. "ישנם אזורים שבהם הקרקע אורגנית ובשל כך היא רכה ודורשת היערכות מיוחדת", אומר בירנבאום. "למשל, באזור הכברה שסמוך לקיסריה, אזורים שונים במפרץ חיפה ובמקומות נוספים בארץ, הקרקע החרסיתית רכה ועלולה לגרום לשקיעות ניכרות כתוצאה מהבנייה העתידית. או שלחילופין, מדובר בקרקע בעלת פוטנציאל תפיחה המסוגלת להרים או להזיז אפילו מבנים כבדים למדי".

הבנייה לגובה והקמת חניונים תת קרקעיים צוברות תאוצה. איך זה משפיע עליכם? האם יש מגמה של שינוי בעומקים שאליהם חופרים? האם בדיקות הקרקע בודקות אלמנטים שונים או נוספים?

"העליות בגובה הקומות ובכמות החניונים התת קרקעיים, מגדילות את הגיאומטריה ואת תסבולות אלמנטי הביסוס. ריבוי המרתפים מציג אתגר של חדירה עמוקה למדי מתחת למפלס מי תהום המחייב מציאת פתרונות יצירתיים עבור שלב הביצוע, כגון שאיבה מורכבת של מי התהום, שיטות 'פקק' למיניהן למניעת חדירת מים לחפירות או ביצוע מערכות עיגון בלחצי מים גבוהים. בעקרון, פתרון כלכלי הנדסי בד"כ דורש שימוש במודלים מורכבים של הקרקע ושימוש בתוכנות אלמנטים סופיים תלת מימדיות כדי למדל את האינטראקציה בין המבנה הקרקע, את קירות הדיפון ואת שלביות העבודה בכל אחד משלבי הבנייה של המבנה וגם לאחר מכן".

בירנבאום מסביר שלמרות שהעבודה עם המחשב גדלה עוד ועוד, יש דברים שמחשב לא יכול להביא בחשבון. "מושקע זמן רב בבניית המודלים הממוחשבים אבל חייבים להביא בחשבון תכונות קרקע לא קונבנציונליות במודלים כאלה", הוא מסביר. "עד כה, תכונות אלה לא הובאו בחשבון במסגרת הייעוץ הקונבנציונלי. למשל, מקדמים לא ליניאריים הקשורים ביחסי מאמץ מעוות של הקרקע. פרמטרים אלה נקבעים מתוך עריכת בדיקות שדה ומעבדה מתקדמות. בד"כ מביא הדבר לחיסכון בביסוס ולהערכה מדויקת יותר של השקיעות והמאמצים הצפויים בקרקע ובמבנה".

אילו טכנולוגיות חדשות נכנסו לתחום הקרקע?

"ייצוב ושיריון קרקע ניצבים בחזית הטכנולוגיה והמחקר כיום. כמו כן, קיימים מוצרים חדשים שחודרים לשוק בכל שנה כגון יריעות, רצועות, פלדה/פולימרים ועוד. יש לציין כי מכונות הקידוח התייעלו מאוד והפכו לחזקות ולמדויקות יותר וככאלה, הן מסוגלות להגיע לעומקים שלא נראו בעבר, עד עשרות מטרים לתוך הקרקע. 
"תהליך חדשני נוסף הוא ניטור של תפקוד מבנים הנדסיים ושל תזוזות מאמצים וויברציות בקרקע. משתמשים בזה לא מעט וטכנולוגיה כזו הופכת להיות משמעותית כשהבנייה בערים הופכת להיות צפופה יותר ויותר".והקרבה למערכות קיימות היא כמעט בלתי נמנעת."