הצטרפו ל WhatsApp של קהילת ענף הבנייה והתשתיות בישראל. כאן >>

הנדסה - מערכת ''טפסה מחליקה'' בפרויקט הארובה בחדרה (מהנדס רן גינגיס)

מתוך הקורס תכן טפסות חורף תשע"ב (הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית - הטכניון)

* תקציר. מנחה הקורס - פרופ"ח אביעד שפירא

שטח: ניהול הבנייה \ הנדסת מבנים
מאת: מהנדס רן גינגיס

מבוא

ראשית, אציין כי שיטת היציקה ב"טפסה המחליקה" משמשת ליציקת מבנים אנכיים ומבנים אופקיים. דוגמא לאלמנטים אופקיים - מדרכות, כבישים ושימוש נפוץ נוסף - ליציקת מעקות הפרדה מבטון. דוגמאות למבנים נוספים אשר השימוש בשיטת הטפסה המחליקה נפוץ בהם: מגדלים, ממגורות (מבנה לאכסון חומרים בתפזורות), מזחים, מיכלי מים וארובות.

הרעיון שעומד מאחרי השיטה הוא התרוממות מערכת הטפסות בעזרת מגבהים הידראוליים שנסמכים ע"ג הבטון המתקשה. כך נוצר מעגל של התקשות שכבת בטון ומיד לאחר מכן הגבבה של הטפסה לצורך יציקת שכבת בטון חדשה. קצב ההתקדמות תלוי כמובן בסוג הבטון ובקצב הכנת ברזל הזיון להמשך היציקה.

יתרון הטפסה המחליקה ע"פ טפסה מטפסת (climbing formwork) וטפסנות קונבנציונאלית, מלבד קצב התקדמות לגבוה משופר, הוא היכולת לענות על שינויי גיאומטרי של חתך המבנה. בארובה בחדרה שינוי זה בא לידי ביטוי בעובי משתנה של חתך לגובה המבנה ובשינוי רדיוס כללי של הארובה.

מטרת העבודה היא להציג את שיטת העבודה המקובלת בעזרת טפסה מחליקה. כמו כן להכיר את החלקים המרכזיים שמרכיבים את הטפסה מסוג זה. העבודה מבוססת בעיקר מרשמים אישיים ולימוד הנושא בסיורים באתר חברת החשמל בחדרה כמו כן מקריאה חומר מספר ומאתרים שונים באינטרנט.

נתונים כלליים לאתר הארובה

מיקום - תחנת הכח, חדרה.
שם היזם - חברת החשמל לישראל.
ניהול וביצוע הפרויקט - שיכון ובינוי, ישראל.

שחקנים מרכזיים בפרויקט

חברת הטפסות - GBG GLEITBAU SALZBURG - אוסטריה.
תכנון קונסטרוקטיבי - DYNAMICS COMMONWEALTH - אמריקה.
ביצוע - חברה אנגלית.
פועלים - מקומיים בנוסף לצוותים יעודים ומקצועיים שכל חברה זרה מביאה מטעמה.

תאור הפרויקט

הארובה הנבנית בזמן זה היא חלק מתהליך של חידוש ושינוי מתקנים של ייצור והפקת החשמל .

למעשה, הארובה החדשה לא תשמש כחלק מיחידות ייצור חשמל חדשה אלא כחלק מתהליך להפחתת הזיהום ע"י סולקנים (הסולנקים הם מתקנים אשר באמצעותם מסלקים את התחמוצת הדו חמצנית הנפלטת בזמן ייצור החשמל). באופן כללי, ניתן היה לחבר את הסולקנים אל הארובות הקיימות אך הדבר היה גורר הפסקה של יחידות הייצור למשך זמן רב דבר שלא מעשי והביא להחלטה על ארובה נוספת באתר. גובה הארובה (כ- 250 מטר מהקרקע) נקבע בהתאם לחישובים ומודלים מתקדמים כדי להבטיח פיזור מיטבי באטמוספירה של שאריות הגזים והמים הנפלטים מהארובה.

צורת הארובה כצורת חרוט, המשתנה בחלקו העליון ונקבע משיקולים הנדסיים וחישובי רוח ואקלים. כמו כן הפחתת עובי חתך הארובה מ 100 ס"מ בתחתית ל 30 ס"מ בחלק העליון נובע משיקולים כלכליים של חסכון בבטון, ברזל וכמובן הקטנת המשקל עצמי של הארובה.

כל תהליך של ההתארגנות מחדש של סידור הארובות ומתקני הפחתת זיהום האויר מוערך בכ 8 מיליארד ₪ ועד 2014 מתוכנן הפרויקט להסתיים.

כאמור, טפסה מחליקה היא שיטה בה מערכת הטפסות מטפסת בשלמותה, ברצף, בעזרת מגבהים הנסמכים ע"ג הבטון הקשוי. המערכת כולה תומכת את עצמה ולכן יש צורך קונסטרוקטיבי להקטין המשקל העצמי של המערכת. באתר המדובר צורך זה בא לידי ביטוי בבחירת האלמנטים: עץ ואלומיניום היכן שניתן.

כללי

הארובה תהיה מבטון מזוין. הארובה מכילה בתוכה מבנה אחסון 23 מטר מפני הקרקע ,שלא נכלל כחלק מהאחריות של קבלן הטפסות, דבר המקשה על הביצוע ויאט את ההתקדמות הרצוי וכזה היכול להתקבל בשימוש בטפסה מחליקה. בפרויקט זה, על מנהל הפרויקט לפעול בשילוב גורמים שונים וזרים, שאינם דוברי שפה אחת נקודה שמוסיפה על הקושי בניהול פר` המכיל צוות בינלאומי ויכול לגרום להאטת הקצב המתוכנן.

ביסוס
הארובה מסוג רפסודה מבטון מזוין על כלונסאות, פרויקט גדול ומעניין בפני עצמו. גורם נוסף העלול להשפיע על קצב ההתקדמות הוא מהירות הרוח במיוחד בשלב בו תגיע הטפסה לגבהים. במקרה בו מהירות הרוח בפועל תהיה יותר ממהירות הרוח המותרת ע"פ תכנון יאלצו להפסיק לעבוד.

מימדים

קוטר בסיס כ 30 מ` שנשמר עד לגובה של 46 מ`. מ 46+ ועד 140+ (מ`) קטן הרדיוס ל 20 מ`. קוטר 20 מטר נשמר עד לשיא הארובה בגובה 250 מ`. עובי חתך קיר הארובה משתנה עם הגובה: ממטר בתחתית ועד ל 35 ס"מ בשיא הגובה.

ציוד עזר

לצורך נשיאת הברזל מהקרקע והרמתו לגובה הנדרש ישנם 2 מנופים המעוגנים לדק העליון בעלי יכולת נשיאה משתנה.

בטון
עד לגובה של 10 מ` הבטון יובא ממשאבה ישרות לתבנית. מעבר לגובה זה יורם הבטון לדק העבודה העליון ע"י כננת ויפוזר באמצאות מריצות לתוך צינורות המפוזרים בצורה שווה על היקף המבנה. תמונת 9,11 מתארת את הצינור (בכחול). כאמור, ממפלס הדק האמצעי יתבצע ריטוט הבטון. במפרט של GBG (נספח1) יש דרישות נוספות לגבי תערובת הבטון.

הערה - במצב האופטימאלי ,בעבודה רציפה ונכונה, קצב ההתקדמות צריך להיות כ 4 מטר ב24 שעות. ולפי דברי הממונים באתר כל הפר` יכול להמשך במקומות אחרים בעולם כ -חודש עד חודשים ואצלנו ההערכה היא לטווח של 4-6 ח`. מכיוון שלא עובדים ביום שבת, ויש קב` עב` רבות שצריכות תיאום ביניהם דבר שקשה מאד להשיג כאשר עובדים בצוותים לא אורגנים.

החלקים העיקריים בכל מערכת של הטפסה המחליקה

מעטה מפח משולב עם הקורות המשניות.
קורות מבריחות המחוברות למערכת הכללית ומשמשות בין היתר להרמת המעטה פרט לתמיכת הקורות המשניות.
YOKE - מוט החבר בין הטפסה לבין מערכת ההרמה. כמו כן בהקבלה למערכת טפסות רגילה משמש גם כתמיכה להעברת העומסים האופקיים מהקורות הראשיות. זה הגם השיקול לבחירת מספרם ומיקומים על גבי המערכת. את הפירוש העברי הייתי נגדיר: "אסל" מוט הנישא הכתפיים ועליו נתלים שני דליים, כאשר במקרה שלנו המוט הוא מערכת הברזל הנושאת את "הדליים", מערכת הטפסות הבסיסית ואת מערכת משטחי העבודה
ג`ק, מגבהה - בד"כ מתאים לעומס 3 טון, משמש כאמצעי הרמה של כל המערכת.
מוט הרמה - (עובר בתוך הג`ק) משמש כסמך האנכי של כל המערכת בזמן יציקה ובזמן הטיפוס. הג`ק מטפס ע"ג מוט ההרמה. לעיתים "נקברים בבטון" במקרה שלנו, מצוין כי יימשו מהבטון לשימוש חוזר.
משטחי עבודה הממוקמים בגבהים שונים ביחס לפני הבטון הטרי. בתחתית - דק המשמש לעבודות גימור, דק בגובה היציקה המשטח משמש בעיקר לסידור ברזל אופקי וקשירות כמו כן לריטוט הבטון הטרי ודק במשטח העליון המשמש להחדרת הזיון האנכי ויציקת הבטון.
אמצעי פילוס אנכי ואופקי.
מערכת הקשחה אופקית - מערכת מסבכים מתכווננת.

בתמונה: תמונות של האלמנטים המרכזיים בטפסה המחליקה.

בתמונה: פילוס אנכי באמצעות מטוטלת אנכים ("פיון").

בתמונה: הקשחה אופקית וחיבור בין כל ה YOKES, למערכת אחת ע"י מסבכים אנכיים מתכווננים.

בתמונה: מערכת טפסות היקפית.

מערכת הטפסות הבסיסיות

כאמור מורכבת מפח דק באורכים של 1.25 מ` בדופן הפנימית ו 1.35 מ` בדופן החיצונית ובגובה של 1.4 מ`. על כל פח שכזה מרותכות צלעות בגובה של 5 ס"מ מפלדה (משניות) במפתחים של כ 20 ס"מ . הקורות המשניות רוכבות על צינורת פלדה ב ב3 מפלסים (כל 50 ס"מ בערך) כאשר כל קרה מתוחה בין שני YOKES. זוהי המערכת הבסיסית המשמשת כתבנית לבטון הטרי והיא נותנת מענה לעומסים האופקיים. את העומס האנכי לוקח הבטון הקשוי.

מערכת ההרמה

מערכת הידראולית: 2 משאבות מרכזיות, אחת להרמה ואחת SPARE... המשאבות מחוברת באמצאות מערכת צינורות למערכת ההרמה ולג`קים שנמצאים בין כל YOKE לתזמון הטיפוס האנכי של המערכת. בנוסף, יש ג`קים המחוברים בצורה אופקית להיקף והם שולטים ברדיוס הטפסה. ע"פ התוכניות הרדיוס משתנה עם הגובה ולכן למערכת זו חשיבות רבה. הג`קים האופקיים פרוסים על המסבכים האופקיים וביניהם.

בתמונה: מבט ממרכז הדק האמצעי, על הג`ק האופקי.

רציפי עבודה ("דקים")

במערכת יהיו 3 מפלסים עם אפשרות ליותר. גישת אנשים למפלסי העבודה המשתנים כתלות בקצב התקדמות העובדה יהיה באמצעות מעלית שתוצמד למבנה מהצד. בין משטחי העבודה השונים ("דקים") התנועה תהיה בעזרת סולמות. הדקים עשויים מעץ בעובי 5 ס"מ, תמוך על קורות עץ גדולות או קורות פלדה. נקודה מעניינת נוספת היא מעטה הדק הפנימי, בגובה הטפסה אשר עשוי מאלומיניום משוכב בין היתר על מנת שבזמן הקטנת הרדיוס הדק הפנימי יוכל "להתכווץ" ללא הפרעה. עקב הכפף הגדול במעטה אלומניום מסודרות תחתיו קורות צפופות יחסית.

בתמונה: דק היקפי.

עומסים

העומסים שנלקחו בחשבון בחישוב העומס המותר על הטפסה וחישוב כח ההרמה הם: משקל עצמי כולל של מערכת מבנה הטפסה המחליקה, משקל הדקים, עומסי הבטון, עומס שימושי של עובדים, כח חיכוך בין המעטה לפני הבטון ועומסי רוח.

תהליך היציקה

לאחר הרכבת המערכת, יתחילו בתהליך היציקה. יוצקים שכבה ראשונה בעובי 25 ס"מ לבדיקת עמידות הטפסה בלחצים. לאחר מכן יוצקים את המטר הראשון בשכבות בעוד כ 3 שכבות, סה"כ 4 שכבות למטר הראשון, ההרמה הראשונה יכולה להתרחש רק כאשר הטפסה מלאה בבטון והשכבות התחתונות התקשו. כל הרמה נוספת, בזמן שהשכבה בתחתית בטפסה הגיע לחוזק הרצוי והשכבה שמעליה התחילה כבר בתהליך ההתקשות. לאחר שתי הרמות (5 ס"מ) מבצעים פילוס בעזרת לייזר ו\או מכשיר לייזר. אחרי כל שכבה צריך לרטט, בצורה שלא תפגע בשכבה שמתחתיה לכן יש לסמן את המרטט באורך של 50 ס"מ כדי להימנע ממפגש לא רצוי שכזה. יש צורך לנקות את המעטה אחרי כל הרמה. הזמן בין הרמה להרמה, ייקבע כאומר לאחר שהשכבה המתאימה הגיעה לחוזר הרצוי, משך זמן זה תלוי בעיקר בסוג הבטון.

בתמונה: יציקת בסיס הארובה.

סיכום
בחירת שיטת הטפסה המחליקה לביצוע יציקת הארובה נראית כחלופה היעילה ביותר והנוחה ביותר ליישום מבנים מסוג זה. באופן אישי , היה לי מעט עצוב ללמוד שפרויקט בסדר גודל כזה מתבצע כולו ע"י חברות מחו"ל ובעיקר אבל בעיקר עצוב עבור תחום התכנון הקונסטרוקטיבי. ברור לי כי מבחינת ביצוע וציוד,שהובא ברובו ע"י GBG, אין ידע מצטבר בארץ בנושא ואין חברה ישראלית שיכולה לקחת על עצמה את תחום הטפסה המחליקה, וכפי הנראה הדבר גורר את תחום ביצוע הבנייה ואת התכנון הקונסטרוטיבי.

הייתי מצפה שגם את הפועלים כולם היו מביאים מחו"ל וזאת ע"מ שלחברות המבצעות לא יהיו טענות ובקרות כלפי הפועל הא"י המצוי ועל מנהליו ובעקבותיה על קצב ההתקדמות. טענות מסוגים שונים הוטחו באוזני במהלך הסיור באתר ע"י גורמים מקצועיים תוצרת חוץ. בעיקר על חוסר היעילות בעבודה של הצוותים המקומיים, על כך פועל עושה רק דבר אחד כגון ברזל,ניקיון וכו`, כלומר אדם שמתעסק בברזל, ברגע שסיים עבדותו יעמוד בצד בשילוב ידיים. לעומת זאת, הדרך בה מתנהלת העבודה בחול, לדברי מנהל העבודה של GBG, אצלם, כולם עושים הכל ואין מצב של בטלה באתר. דבר הגורם לכל הפרויקט להתקצר משמעותית. הבאת כל הפועלים מחו"ל, אם כך, עדיפה.

למעשה תכן טפסות, כפי שנלמד בקורס לא מהווה את החלק העיקרי של הטפסה המטפסת אלא רכיב משני במערכת מסועפת וגדולה שעיקרה הוא ציוד הרמה הידראולי, מערכת "פיגומים" ופלטפורמת עבודה. חלק מרכזי נוסף הוא מערכת המסבכים שפרוסה בצורה רדיאלית על פני כל חתך הארובה. רוצה לומר שעומסי הבטון במערכת הם מזעריים מאד. עומס אופקי שנוצר מבטון טרי בגובה של עד 1 מ` כ 2.5 טון למ"ר, בפעול הרבה פחות כי יוצקים בשכבות של 20 ס"מ והשכבות התחתונות כבר מתקשות. עומס אנכי מתקבל ע"י הבטון הקשוי שמתוכנן גם ככה לשאת עומס עצמי של הבטון. עיקר העומס נובע ממשקל עצמי של המערכות השונות: מערכת ההרמה, הג`קים, ה YOKES, מערכת המסבכים ופלטפורמות העבודה.

קרדיטים

* רלף - מנהל העבודה מטעם GBG, אוסטריה.

* ג`ון - מנהל העבודה מטעם החברה הקבלנית, אנגליה.

* מהנדס קונסטרוקציה מטעם החברה שתכננה את הארובה, ארה"ב.

* מהנדס יהונתן שמש - מהנדס הביצוע מטעם חברת סולל בונה, ישראל.
* פרופ"ח אביעד שפירא - מרצה בקורס תכן טפסות לבטון

תודה אישית

ברצוני להודות למהנדס יהונתן שמש, מהנדס הביצוע מטעם חברת "שיכון ובינוי" המפעילה את האתר על התיאום והאירוח. כמו כן למהנדס מיקי סקורוחוד, מפקח מטעם חברת החשמל (בוגר הטכניון, חיפה) על החומר הכתוב והתוכניות שחשף בפני.