פל-קל ? מה זה בכלל ?

(כתבה זו מבוססת על דו"ח הביניים של ועדת החקירה הממלכתית לעניין בטיחות מבנים)

תורת התקרות

תפקוד תקין של תקרה יתאפשר רק אם היא תהיה מסוגלת לשאת הן את משקלה העצמי והן משקל נוסף המוטל עליה, שהוא פועל יוצא של השימושים הנעשים בתקרה, תוך התחשבות בכוחות שונים העשויים לפעול עליה. כל תכנון של מבנה צריך להתאים לעומסים שעליו לעמוד בהם. נוכח אי ודאויות שונות, נקבע הצורך לקחת בחשבון מקדמי בטיחות כנדרש בתקנים.

עומסים המופעלים על תקרה גורמים לשקיעה קלה ולקעירות של האזור המרוחק מנקודות ההשענה, בעיקר בחלק המרכזי שביניהן. עיגון נאות של התקרה לנקודות ההשענה מונע מצב של תזוזת התקרה שמעל נקודות ההשענה ובמרבית המקרים מתאפיין האזור הסמוך לנקודות ההשענה בקמירות (ראו ציור 1).
 

איור 1: תאור סכמטי של תקרה לפני הפעלת עומסים (למעלה) ועיוות הצורה בהשפעת העומסים (למטה) 
 

מבין הכשלים העלולים להופיע בתקרות נציין כאן רק שניים, גזירה המתרחשת בעיקר באזור ההשענה וסדק כפיפה העובר לכל עוביה של התקרה המתרחש בעיקר באזור מרכז השדה (ראו ציור 2).
 

ציור 2: תאור סכמטי של כשל כפיפה במרכז המפתח וכשל בגזירה ליד נקודת ההשענה 

תכנון ראוי, החותר ליצירת תקרה יציבה ובטוחה המשוחררת מסדקים מסוכנים, מחייב שימוש בשילוב של חומרים שיש להם, בין שאר תכונות, גם תכונות חוזק וגם יכולת "להימתח" מבלי "להיקרע" או להישבר, יכולת הקרויה "משיכות". חשיבותו של החוזק ברורה מעצמה. חשיבותה של ה"משיכות" היא ביכולתה לגרום לכך שתהליך המסכן את יציבות התקרה, יתגלה ויזואלית עוד קודם להתמוטטות, כך שההתמוטטות לא תהיה פתאומית.

הבטון מתאפיין בין השאר בעמידות טובה בכוחות הלחיצה אולם יכולתו לקבל כוחות מתיחה המתהווים בשעת כפיפת התקרה, מבלי להתבקע, הינה קטנה ביותר. הבטון חלש גם בגזירה. הפלדה לעומת זאת ניחנה ביכולת "משיכות", ובעמידות מצוינת לכוחות המתיחה המופעלים בתקרה. הבטון המזוין, דהיינו בטון שבתוכו משולבים מוטות פלדה, משלב את תכונות הבטון והפלדה והוא נמצא איפוא אידיאלי למתן מענה לכוחות המופעלים על תקרה (ראו ציור 3).
 

ציור 3: תאור סכמטי של שילוב של מוטות פלדה בבטון בתקרה מבטון מזוין

שילוב זה של בטון ופלדה מתאפשר בין היתר גם משום שמקדם ההתפשטות עקב שינויי טמפרטורה זהה בשני חומרים אלו, דבר המונע השפעות בלתי רצויות שהיו קיימות אילו מקדמי ההתפשטות לשינויי טמפרטורה היו שונים. עוד יש לציין שבבטון מזוין העשוי לפי הכללים המקצועיים המקובלים, מוגנת הפלדה מפני קורוזיה (החלדה), זאת משום שהפלדה עטופה מכל עבריה בבטון. הצורך בהגנה מפני קורוזיה הוא ברור, קורוזיה פוגעת בפלדה ומפחיתה את יכולתה לשאת בכוחות מתיחה, ובכך עלולה להיפגע יציבות התקרה.

תקרת בטון יכולה להיות מקשית, היינו עשויה כולה ממשטח בטון מלא ורציף, ויכולה גם להיבנות מרצועות בטון, הקרויות "צלעות", שביניהן יש מרווחים נעדרי בטון, ומעליהם שכבה של בטון (קרום עליון). בתקרת צלעות יש חסכון בבטון, וכנגד זה נדרשת השקעה רבה יותר בעבודה. באזור שבין נקודות ההשענה של תקרת בטון מזוין, מקבל הבטון בחלקה העליון של התקרה את מאמצי הלחיצה, בעוד שהפלדה הממוקמת בחלקה התחתון של התקרה מקבלת את מאמצי המתיחה.

התקרה הנפוצה ביותר בשיטה זו, הינה תקרת צלעות בחתך "T", הכוללת משטח בטון עליון הנמצא על גבי צלעות הבטון, שבתחתיתם משולבים מוטות פלדה אופקיים כדי להבטיח את עמידות התקרה מפני "כשלי כפיפה" (ראו ציור 3). גם במשטח הבטון העליון משולבים מוטות פלדה, בעיקר מעל אזורי ההשענה. נוסף לכך משולבים בצלעות באזורי ההשענה מוטות פלדה אנכיים, והם מעוגנים במוטות הפלדה שבתחתית הצלע וחובקים אותם. תפקיד זיון אנכי זה הוא להבטיח את עמידות התקרה מפני "כשלי גזירה" שהם פתאומיים באופיים, בכך שהוא מקבל על עצמו את תוספת מאמצי הגזירה בצלעות.

ציור 4: תקרת צלעות בחתך "T" 

לצד התקרות בחתך "T" מוכרות תקרות בחתך "I". השוני העיקרי ביניהן הוא שבחתך "I" קיימת תוספת של משטח בטון בתחתית התקרה (ראו ציור 5):
 

ציור 5: תקרת צלעות בחתך "I" 

את הצלעות ניתן לבנות בצורה חד-כיוונית או דו-כיוונית. צורה אחרונה זו קרויה "תקרת ערוגות" (ראו ציור 6):

ציור 6: תקרת צלעות דו-כיוונית (תקרת ערוגות)

הזיון לגזירה נעשה על-ידי שילוב בבטון של מוטות אנכיים או אלכסוניים בדידים, או של רשתות מרותכות תעשייתיות. הזיון לגזירה מתבטא בשזירה אנכית (או אלכסונית) של מוטות פלדה בצלעות, כשכל זיון אנכי מעוגן כהלכה בזיון האופקי התחתון, לבל יישלף מהבטון העוטף אותו עקב הכוחות הפועלים, או עקב מצבור תהליכים המתרחשים עם הזמן. המוטות האנכיים ביחד עם הווים האופקיים שלהם יוצרים צורת חישוקים, ומכאן שמם.

תקרות בשיטת הפל-קל

בשיטת הפל-קל שולבו בתקרת צלעות קופסאות פח הידועות בכינוי פל-קל. במהלך השנים פותחו מספר גרסאות של שילוב כזה:
א) תקרה בחתך T שבצלעותיה יש חישוקים וזיון אופקי תקניים ובתחתיתה שכבת בטון דקה.
ב) תקרה בחתך I שבצלעותיה יש חישוקים תקניים.
ג) תקרה בחתך I שבצלעותיה אין חישוקים.
ד) תקרה בחתך I שבצלעותיה יש חישוקים שאינם עונים לדרישות התקן.

הגרסאות הנ"ל מתחלקות לשתי קבוצות: בראשונה (גרסאות א` ו-ב`) יש חישוקים (זיון לגזירה) והן תקניות ואילו בשניה (גרסאות ג` ו-ד`) אין זיון תקין לגזירה, בין אם אין חישוקים כלל, ובין אם יש חישוקים אשר אינם בהתאם לדרישות התקן.

יש להדגיש כי כאשר מדובר על שיטת הפל-קל ופגמיה, הכוונה היא אך ורק לקבוצה השניה, שיטה שבה נבנו תקרות בגרסאות ג` ו-ד`, זאת חרף העובדה שהשימוש היום יומי הנפוץ במונח "שיטת הפל-קל" כולל את כל הגרסאות.

במהלך שנות ה–70 החלו להשתמש במבנים שונים בארגזים מפח גלי, בצורת האות "ח", כאמצעי ליצירת החללים שבין הצלעות בתקרות אלה. בניית התקרה בשיטה זו מתחילה ביציקה של שכבת בטון דקה ביותר, לא קונסטרוקטיבית, שעליה הונחו או שבה ננעצו דפנות הארגזים. שכבה זו כללה רשת זיון מינימלית, והיא לא נועדה לשמש כאלמנט קונסטרוקטיבי. הבנייה שמרה על כל הכללים המקובלים בבנייתן של תקרות צלעות, לרבות הנחת מוטות זיון אופקי בתחתית הצלעות, שילוב זיון אנכי בצלעות וחישוקו בזיון האופקי התחתון, וזיון אופקי עליון. בשל כך, אין הבדל עקרוני בין גרסה זו לבין תקרת צלעות רגילה בחתך "T" הבנויה על פי דרישות התקן. לכן, "השיוך" של גרסה זו לשיטת הפל-קל, רק בשל השימוש בארגזים מפח גלי, איננו נכון.

בשלהי שנות השבעים הגה אלי רון, שהיה אז מהנדס ראשי למבנים במע"צ, שיטה חדשה ליציקת תקרות. שיטה זו, על כל גווניה ומהדורותיה, נודעה לימים כשיטת הפל-קל. היא הוצגה כשיטה החוסכת זמן, עבודה וחומרים, ובכך חסכונית מבחינה כלכלית.

עיקריה של שיטה זו, בקליפת האגוז, הם: שימוש בפח הארגז כתחליף לזיון לגזירה, וכתחליף לזיון העליון.

ה"הגיון" בהמרת הזיון הקונבנציונאלי הדרוש הן לגזירה והן לחיזוק הקשר בין קרומי הבטון, בדפנות הפח, התבסס, ככל הנראה, על כך שבשני המקרים מדובר באלמנט פלדה אנכי שתחתיתו בקרום התחתון. הגליות של דפנות הארגז הייתה אמורה להבטיח את היצמדותן לבטון שבו ננעצה תחתיתן, ולמנוע את שליפתן מן הבטון. חתך התקרה הנו חתך "I", במקום חתך "T", זוהי תקרה בעלת שני קרומים, עליון ותחתון, בעלי עובי דומה, עם צלעות ביניהם (ראו ציור 7):

ציור 7: תקרת פל-קל בחתך I ללא חישוקים בצלעות 

היתרונות בשיטת הפל-קל לעומת שיטת הבנייה של תקרת צלעות קונבנציונאליות, כפי שהוצגו על ידי הוגה השיטה, הם בביטול הצורך בהקמת מערך זיון מסובך של חישוקים ומוטות אלכסוניים בצלעות, דבר שחסך זמן עבודה רב. לכך יש להוסיף את ביטול הצורך ברשת זיון עליונה. יתרון נוסף בשיטה זו הוא בהיותם של בלוקי המילוי קלים ביותר, וניתנים להעמסה זה על גבי זה בשעת ההובלה, דבר המוזיל אותה. יתרון אחר מתבטא בנכונות של חברת פל-קל ליטול על עצמה את תכנון התקרות, דבר שחסך זמן וכסף למתכננים.

בחינה עיונית של שיטת הפל-קל מעלה את החסרונות האפשריים הבאים:

העדר זיון לגזירה: דפנות ארגזי הפל-קל אינן יכולות להוות תחליף לזיון הגזירה, ולו משום שהן אינן מעוגנות כהלכה, שהרי נעיצת הפח בבטון היא נעיצה רופפת מדי. בגרסה מאוחרת יותר של השיטה הוספו "סולמות" לצלעות על מנת שישמשו זיון לגזירה, אלא ש"סולמות" אלו לא היו מעוגנים לזיון התחתון, ולא יכלו למלא תפקיד של זיון לגזירה.

איכות פלדה ירודה: איכות ועובי פח קופסאות הפל-קל נחותים לעין ערוך מהפלדה המשמשת לזיון בשיטה הקונבנציונאלית, כך שאפילו היה מדובר באלמנט קונסטרוקטיבי, לא הייתה איכות הפלדה מספקת למטרה זו.

קורוזיה: היציקה מבוצעת בסביבה רווית מים ונוסף לכך יש חשש להיקוות של מים או אדי מים בתוך החללים שאותם תוחמים הפחים, בין כתוצאה מחדירת מים במהלך יציקת התקרה, בין מחדירה מאוחרת יותר של מי גשמים או של מים שנזלו עקב קלקול בצנרת, משטיפת רצפות או מסיבות אחרות. בשיטת הפל-קל רק חלק מפחי הפל-קל בא במגע עם הבטון ומוגן על-ידו ואילו חלקו האחר (הפנימי) של הפח, חשוף. התוצאה היא שיש אפשרות שפחי הפל-קל, יותקפו בתהליך של קורוזיה, כתוצאה מרטיבות ולחות המתהווים בחללים המתוחמים על ידי הפח.

החלשת קרום הבטון התחתון: עובי קרום הבטון התחתון הינו על פי רוב כ-5–6 ס"מ. זוהי השכבה שצריכה לשאת במאמץ ובמעמסת כוחות המתיחה. הנעיצה של פחי הפל-קל לתוך שכבה זו חורצת בה חריצים שתוצאתם היא דילול יכולת הנשיאה שלה.

חשש מדלמינציה: יציקת בטון צריכה להיעשות בהינף ביצוע אחד. הטעם הוא שאחת מתכונות הבטון היא הידבקות מוגבלת של בטון שהתקשה לבטון רטוב. תהליך ההתקשות של הבטון הוא מהיר מאוד, וככל שחולף זמן רב יותר בין מועד סיום יציקה אחת לבין יציקה נוספת האמורה להתחבר ליציקה הראשונה, כן פוחתים הסיכויים ליצירת רכיב בטון שהוא מקשה אחת. שיטת הפל-קל מחייבת יציקות בשלבים. די בפער של שעות אחדות בין כל שתי יציקות כדי ליצור "קו הפרדה" בר ניתוק קל בין שתי השכבות.

נזקים נסתרים מצטברים: הצטברות של נזקים, מעבר לרמה קריטית מסויימת, עלולה לגרום להתפשטות מהירה של סדק, והתוצאה היא כשל פריך. נזקים מצטברים יכולים להיות מסוגים שונים, ובהם היפרדות הדרגתית של קרומי הבטון מהצלעות (דלמינציה), סדקי גזירה בצלעות וקורוזיה של פחי הפל-קל. תופעה של נזקים נסתרים מצטברים הנה חמורה במיוחד בתקרות פל-קל נוכח זאת, שתקרות אלה נעדרות תכונה בסיסית וחשובה הטבועה בתקרות תקינות מבטון מזוין, היא תכונת ההתראה המוקדמת הניתנת על-ידי סדקים ושקיעות המופיעים וגדלים עם הזמן עוד בטרם התמוטטות. תקרות שנבנו בשיטת הפל-קל עלולות להיראות תקינות לחלוטין מבחינה ויזואלית גם כשאינן כאלה, זאת בשל תכונת חוסר המשיכות של הבטון שאינו נפגם חיצונית לפני ההתמוטטות. אופי הכשל של תקרות הפל-קל הוא כזה שהן יוכרעו בשבריר של שנייה.

סיכונים הנובעים מדרך הביצוע: נוסף על הסיכונים שפורטו לעיל, הנובעים מעיקרי התכנון של שיטת הפל-קל, אף בדרך הביצוע שלה טבועים סיכונים נוספים:

א) נעיצה בלתי מבוקרת של הפחים: פחי הפל-קל ננעצים לתוך שכבת הבטון התחתונה שזה עתה נוצקה, על-ידי פועלים הדורכים ברגליהם על פחים אלו. מקומות הדריכה הם אקראיים והתוצאה היא חשש לנעיצה בלתי שווה ובלתי אחידה.

ב) רוחב הצלעות: מקומות הנחת הפחים אינם מסומנים מראש. נוסף לכך, זרימת הבטון הנשפך ביציקה השניה לאחר נעיצת הפחים יכולים להטות את הפחים ממקומם. כל הטיה כזו משמעותה הקטנה או הגדלה של הצלעות או של המרווחים בין הצלעות.

ג) חדירת בטון לחללים: הבטון הנשפך מסיבית לאחר נעיצת הפחים בשכבה הראשונה, יכול לחדור אל מתחת לדפנות הפחים, לתוך החללים שבקופסאות הפח. חללים אלו נועדו להיות ריקים.

ד) עיוות הפחים: תהליך הדריכה על הפחים לצורך נעיצתם ושפיכת בטון לאחר מכן, יכולים לערער את צורתם של הפחים שנועדו להיות ולהישאר דמויי האות `ח`. עקב כך הדפנות יכולות ליצור "פיסוק" באופן שקצותיהן יתרחקו זו מזו, או ליצור מצב הפוך כאשר קצותיהן מתקרבות זו לזו. התקרבות כזו יכולה להגיע עד להיצמדות של קצות הפחים, באופן שלא יהיה כלל בטון באזור המפגש שבין הצלע לבין הקרום התחתון.

ה) איכות הבטון: בבטון השפוך יש בועות אוויר ואי הומוגניות של מרכיביו ולכן יש לדחוס וליישור את הבטון באמצעות מכשירים מיוחדים. בטון שאינו עובר תהליך כזה הוא בטון באיכות ובחוזק נמוכים יותר. בדוחק הזמן המעיק על יוצקי קרום הבטון התחתון בשיטת הפל-קל, ועקב המעברים הצרים שבין הפחים, אין זה פשוט כלל ועיקר להפעיל כהלכה את כל הנדרש לשם יצירת דחיסה ויישור הבטון.

די בבחינה עיונית של מרכיבי שיטת פל-קל כדי להגיע למסקנה שטמון בה חשש רציני מאוד לקיום זרע פורענות. לאמיתו של דבר נראה כי לגבי חלק מהמרכיבים מדובר בהרבה למעלה מחשש, והדברים מתייחסים בראש ובראשונה לצורך בזיון אנכי לגזירה המעוגן בזיון האופקי התחתון.
 

תמונה 8: התמוטטות של מבנה בחולון - הקרום התחתון נפרד מהצלעות
 

תמונה 9: כשל בגזירה בצלעות בסמוך לעמוד 
 

תמונה 10: היפרדות הקרום התחתון - ניתן לראות את אי האחידות ברוחב הצלעות