קרקע וביסוס

סוגי קרקעות בישראל

כל תכנון ביסוס מתחיל בשאלה אחת: איזו קרקע יש מתחת למגרש?

• חול (Sand) - קרקע גרנולרית, חסרת קוהזיה (לכידות). הכוח שלה נובע מחיכוך בין הגרגירים. מחלחלת מים מצוין (יתרון לניקוז), אבל נוטה ל"התנזלות" ברעידות אדמה אם אינה צפופה, ודפנות בור קידוח בה נוטות לקרוס מיידית.
• חרסית (Clay) - קרקע קוהזיבית (דביקה), מגרגירים זעירים בעלי מטען חשמלי שסופח מים. זוהי קרקע תופחת (Swelling Soil): בחורף סופחת מים ומתנפחת (מפעילה לחצי הרמה על יסודות), ובקיץ מתייבשת ונסדקת. שינוי הנפח העונתי הוא האויב מספר 1 של יסודות רדודים.

מושג מפתח למבחן: השכבה הפעילה - עומק הקרקע שמושפע משינויי רטיבות עונתיים (בדרך כלל 2-4 מטרים). כל ביסוס חייב לעבור את השכבה הזו כדי להיות יציב.

תפקיד יועץ הקרקע: לפי ת"י 940, חובה לבצע סקר קרקע וקבלת דוח ביסוס לפני כל תכנון - אסור למתכנן "לנחש" את סוג הקרקע.

עקרון הביסוס: העברת עומסים

הבניין לא "יושב" על הקרקע - הוא מעביר אליה מאמצים דרך שרשרת: תקרה ← קורה ← עמוד ← יסוד ← קרקע. המטרה ההנדסית: שהמאמץ שהבניין מפעיל (Load) יהיה קטן מתסבולת הקרקע (Bearing Capacity). אם עוברים את התסבולת - המבנה שוקע או קורס.

מטרת הביסוס היא לפזר את העומס המרוכז על שטח רחב (P=F/A), כדי למנוע כשל קרקע מקומי או שקיעה לא אחידה. כשל כזה קורה בדרך כלל כשמפעילים עומס נקודתי גבוה מדי על קרקע חלשה - למשל יסוד בודד קטן מדי על חרסית רטובה. הפתרון: הגדלת שטח המגע, או העמקה לשכבה חזקה יותר.

ביסוס רדוד: יסוד בודד, יסוד עובר ורפסודה

מתאים לקרקע יציבה, סלעית או חולית בעלת תסבולת גבוהה:

• יסוד בודד (Isolated Footing) - פלטת בטון מתחת לעמוד בודד.
• רפסודה (Raft / Mat Foundation) - משטח בטון רציף ועבה מתחת לכל שטח המבנה. משמשת כשסך שטח היסודות הבודדים עולה על כ-50% משטח המבנה, או בקרקע חלשה וחלוקת עומסים לא אחידה. הרפסודה מתפקדת כאלמנט קשיח שמפזר עומסים ומגשר על חולשות מקומיות בקרקע - נפוצה במגדלים ובריצפות מרתף אטומות למים.

חיבור לחומר: ברפסודה יש מסת בטון גדולה (Mass Concrete), עם סכנת סדיקה תרמית עקב חום ההידרציה - ולכן נדרשים צמנט מתאים (למשל CEM III) ואשפרה מוקפדת במיוחד.

ביסוס עמוק: הכלונס

כשהקרקע העליונה בעייתית (חרסית תופחת או חול נודד), עוקפים אותה עם כלונס (Pile) - עמוד בטון מזוין שיוצק בתוך הקרקע ופועל בשני מנגנונים:

• התנגדות קצה (End Bearing) - הכלונס נשען על שכבת סלע קשה בעומק.
• חיכוך מעטפת (Skin Friction) - חיכוך בין בטון הכלונס לקרקע לאורך גופו.

בקרקע תופחת יש לבודד את חלקו העליון של הכלונס (בעזרת "ארגז כוורת" או שרוול), כדי שכוחות התפיחה לא "יתפסו" אותו וירימו אותו כלפי מעלה. עומק מינימלי לכלונס בקרקע תופחת הוא בדרך כלל מעל 10 מטר.

שיטות קידוח: יבש, בנטונייט ו-CFA

• קידוח יבש - הזול והמהיר ביותר. הבור נשאר פתוח בזכות הקוהזיה של הקרקע. מגבלה: אסור לשימוש במי תהום או בחול - הבור יקרוס מיידית.
• קידוח בנטונייט (Slurry) - תמיסת חרסית (בנטונייט) ממלאת את הבור תוך כדי הקידוח, יוצרת לחץ הידרוסטטי נגדי וקרום ("עוגה") על הדפנות שמונע קריסה. דגש ביצוע קריטי: יציקת הבטון חייבת להתבצע בשיטת טרמי (Tremie Pipe) - צינור מוחדר לתחתית הבור, והבטון מוזרם מלמטה למעלה ודוחק את הבנטונייט הקל ממנו החוצה. יציקה מלמעלה תגרום לערבוב בטון-בוץ ולכשל מוחלט של הכלונס.
• CFA (Continuous Flight Auger) - מקדח בורג נכנס לקרקע, ובזמן השליפה מוזרם בטון בלחץ דרך ליבתו. יתרון: בטיחותי מאוד נגד התמוטטות ומתאים למי תהום בלי צורך בבנטונייט מזהם. אתגר: אי אפשר להכניס את כלוב הזיון מראש - דוחפים אותו לבטון הטרי מיד לאחר השליפה, ולכן נדרש בטון עם סומך (Slump) גבוה (S4/S5).

הצמנט והבטון: המרכיבים

מלט הוא הדבק, בטון הוא המוצר הגמור. בטון מורכב מצמנט, אגרגטים (חול וחצץ - כ-70% מהנפח, מספקים יציבות), ומים. הידרציה אינה "התייבשות" אלא תגובה כימית אקסותרמית (פולטת חום) שבה הצמנט והמים יוצרים גבישים הקושרים את האגרגטים יחד. אם המים מתאדים מהר מדי - לפני שהתגובה מסתיימת - הבטון לא יגיע לחוזקו התכנוני.

סוגי צמנט (ת"י 118): CEM I (פורטלנד רגיל) - מתקשה מהר, לבנייה רגילה. CEM II (מורכב, עם תוספים כמו אפר פחם) - עביד וידידותי לסביבה, הנפוץ ביותר. CEM III (סיגים) - עמיד בפני כימיקלים (סולפטים, כלורידים), מומלץ לביסוס בקרקע אגרסיבית או בקרבת הים.

יחס מים-צמנט ואשפרה

יחס מים-צמנט (w/c) הוא הפרמטר המשפיע ביותר על חוזק הבטון: פחות מים = יותר חוזק ועמידות, יותר מים = בטון חלש ונקבובי. הפתרון הטכנולוגי לדילמה (בטון דל-מים קשה לעבודה) הוא מוספים פלסטיסייזרים - מפחיתי מים שמאפשרים סומך גבוה בלי לפגוע בחוזק.

אשפרה (Curing) - שמירת הבטון רטוב למשך 7 ימים לפחות אחרי היציקה, כדי למנוע אידוי המים הדרושים להידרציה. בלי אשפרה, הבטון יכול לאבד כ-50% מהחוזק המתוכנן שלו ולהיסדק מ"התכווצות פלסטית". שיטות אשפרה נפוצות: הרטבה במים, כיסוי ביריעות יוטה רטובות, או התזת "מוסף אשפרה" (Curing Compound) היוצר קרום אוטם.

סגרגציה ודרגות חשיפה

סגרגציה (Segregation) - היפרדות מרכיבי התערובת: האגרגט הכבד שוקע למטה, המים והצמנט צפים למעלה, ונוצרים "כיסי חצץ" (Honeycombing) - חללים בבטון. גורמים: יציקה מגובה רב (מעל 2 מטר) בלי שרוול, או רטט מוגזם. השלכות: חלודה בברזל הזיון (חדירת אוויר) וחולשה מבנית מקומית.

דרגות חשיפה (ת"י 466) - התקן מגדיר דרגת חשיפה (1-11) לכל אלמנט בבניין. הבטון בסיסי (pH גבוה) ומגן על הפלדה מקורוזיה, אבל עם הזמן פחמן דו-חמצני ומלחים חודרים לבטון (קרבונציה) ומנטרלים את ההגנה - הברזל מחליד, מתנפח ו"מפוצץ" את הבטון מבפנים. ככל שהסביבה אגרסיבית יותר (למשל קרבה לים, דרגה 9-11), נדרש עובי כיסוי בטון גדול יותר (למשל 5 ס"מ במקום 2.5 ס"מ) ויחס מים-צמנט נמוך יותר.

בלוקי בטון ופומיס

הבלוק אינו רק "מילוי" - יש לו תפקיד תרמי ואקוסטי: בלוק בטון (שחור) - מסה תרמית גבוהה, בידוד אקוסטי מעולה, חזק מאוד, אך בידוד תרמי גרוע. בלוק פומיס/איטונג (לבן) - מכיל בועות אוויר, בידוד תרמי מצוין וקל משקל (מפחית עומס על השלד), אך רגיש יותר לספיגות ולסדיקה בחיבור לעמודי בטון (עקב מקדמי התפשטות תרמית שונים) - ולכן נדרשת רשת אינטרגלס בחיבורים בטיח.