מה המרחק המינימאלי שצריך להיות בין שני בולטים בתחנה? ולמה?

מתוך Climbing_Encyclopedia
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
בולטים קרובים בסלע גיר

זו שאלה מסובכת קצת, אפשר לענות עליה בכללי אצבע:

  1. המרחק המינימאלי (כדי לא להחליש את העיגון) הוא פי שניים מאורך הבולט שמשתמשים בו.
  2. הבולט צריך להיות ממוקם במרחק מינימאלי של אורך הבולט מפינות סלע, חריצים, כיסי אוויר, חורים, קדחים וכו׳.

כדי להבין את ההגיון שמאחורי הכללים האלו צריך רקע בהנדסת חומרים, חוזק חומרים, פיזיקה, גיאולוגיה ועוד כל מיני. לא טריביאלי, אבל ננסה. מוכנים? קודם כל:

למה בכלל לשים שני בולטים בתחנה?

בולטים באופן כללי, הם חזקים מאד. מבחינת החוזק מספיק היה לשים בולט אחד. אבל יש עם האמירה הזו בעיות:

העיגונים מיוצרים עבור בטון והם גם נבדקים בבטון. בטון הוא חומר הנדסי סינתטי, וקל (באופן יחסי) לשלוט באיכות שלו, בצפיפות שלו ובתכונות המכאניות שלו. כל אלו מוגדרים היטב. לכן, סביר להניח שבטון הוא הומוגני ואין לו כיוונים מועדפים.

כל אלו לא נכונים לסלע: הוא יכול להיות בשכבות (כלומר יש הבדל בין כיוון אפקי וכיוון אנכי), יכול להיות בלוי (כלומר שיש הבדל בין השכבה החיצונים והשכבה הפנימית), הוא יכול להיות סדוק ועם כיסי אוויר, ועוד בעיות דומות. מי שקדח ושם את הבולט יכול להיות לא מנוסה, לא מבין בגיאולוגיה או סתם לפספס...

אז אנחנו שמים שני בולטים בתחנה, לא כלכך כדי לייצר עיגון יותר חזק, אלא כדי שיהיה גיבוי לעיגון האחר.

כהערת אגב: זה לא נכון שאנחנו תמיד רוצים גיבוי: לפעמים לא צריך (כמו עם עץ גדול, גשר ענק, בולדר מפלצתי או סתם בולט עמוק ועבה). לפעמים זה אפילו מזיק (מוסיף חיכוך, מבזבז זמן, מסבך את המערכת וכו׳).

המאמצים על בולט

מאמצים בנקודות שונות בבולט

על בולט פועלים מאמצים שונים:

a - מאמץ מתיחה לאורך הבורג של הבולט (הנובע מהכוח המנסה לשלוף אותו).

b - מאמץ דחיסה בכיוון הרוחב של האוזן (נגזר מ-c).

c - מאמץ מתיחה בכיוון האורך של האוזן.

d - מאמצי דחיסה על משטח האוזן, במקום בו האום לוחץ עליה. מאמצי מתיחה בכיוון רדיאלי סביב האום - החומר נעשה דק, כלומר - נמתח.

e - מאמץ גזירה על הבורג של הבולט. הבורג נגזר בין האוזן, המפעילה כוח בכיוון מטה, ובין הסלע, המפעיל כוח בכיוון מעלה.

מאמץ הגזירה (e) פועל על הבורג/מוט של הבולט רק אם הוא לא מהודק במידה הנכונה. אם הבורג מהודק היטב, החיכוך של האוזן עם המשטח מונעת תזוזה, ומנטרלת את מאמצי הגזירה על הבורג.

קוטר הבולט

קוטר הבולט משמעותי בעיקר למקרי כשל של הבורג עצמו. בורג עבה יחזיק יותר טוב גם במאמצי גזירה וגם במאמצי מתיחה.

בבולטים כימיים הוא קובע גם את חוזק ההדבקה, כי בולט יותר עבה משמעו יותר שטח הדבקה בממשק פלדה-דבק, ובממשק הדבק-סלע/בטון.

שימו לב: קוטר הבולט לא קובע את חוזק העיגון למקרי כשל של הסלע או הבטון!

אורך הבולט

כשל על פני חרוט המאמץ בבטון
1. בולט קצר - חרוט קטן יותר. 2. בולט ארוך - חרוט גדול יותר!

אורך הבולט קובע את העומק של ״נקודת המשיכה״ של הבולט בסלע. אפשר לדמיין איך כל אלמנט נפח בסלע לוחץ על כמה אלמנטי סלע שכנים שלו, וכך מתפשט המאמץ בצורה של חרוט. זהו ״קונוס המאמץ״ שיישלף במקרה של כשל.

קונוס המאמץ

בזמן שאנחנו מושכים בולט החוצה מהסלע, אנחנו כאילו תופסים את הסלע בפנים, בנקודה העמוקה של החור, ומושכים החוצה. מכיוון שכל אלמנט סלע מודבק לכל השכנים שלו במידה דומה, אנחנו מקבלים שבכל נקודה בתוך הסלע יש שילוב בין מאמצי מתיחה (בניצב לבולט) ומאמצי דחיסה (במקביל לבולט). בניסויים יוצא שנשברת חתיכת סלע בצורת חרוט (קונוס) שזוויית הראש שלו אופיינית לסוג סלע ו (או לאיכות בטון).

בסוגי סלע שונים נקבל חרוטים עם זוויות ראש שונות, שנעות בין 15°-45°.

גובה החרוט יהיה אורך הבולט (כמה עמוקה ״נקודת המשיכה״). המשיכה שצריך כדי להגיע לכשל הוא הכוח שנדרש כדי לשבור את ״ההדבקה של הסלע לעצמו״ על פני השטח של החרוט הזה. ברור, אם כן, שככל ששטח החרוט גדול יותר - יידרש כוח גדול יותר לשבירת הדבקה.

כמה מילים על הזוויות

בסלע גיר, הזוויות האופיינית של הקונוס היא ~30°, בדומה לבטון לא סדוק. מקובל לקחת כערך בסיסי לריווח בין עוגנים זווית של 45°. זה אומר ש:

  1. אם הזווית האמיתי קטנה יותר (כמו בסלע גיר, למשל) - נהיה עם מרווח טעות יותר גדול, והקונוסים לא יחפפו...
  2. אם הזווית האמיתית גדולה יותר - שטח המעטפת של החרוט יהיה גדול יותר ממילא, וגם עם חפיפה של שני חרוטים - עדיין נקבל שכל עגינה חזקה יותר.

סוגי כשל בבולטים

כשל של בולטים יכול להיות משתי קטגוריות:

כשל של הבולט עצמו

כשל של המוט של הבולט (steel failure), משיכה של הבולט עצמו החוצה מהחור (pullout failure), יכול להיות גם כשל של ההדבקה לדפנות החור (בבולטים כימיים)
  1. כשל של הבורג/מוט הברגה - בד״כ מורה על קוטר לא מתאים (נמוך מדי), גיל (קורוזיה וכו׳) הידוק יתר או סגסוגת מאיכות נחותה.
  2. שליפה של הבולט מתוך החור - בד״כ מורה על התקנה לא טובה, הידוק יתר, חוסר התאמה בין הבולט לסלע וכו׳' (בוולטים כימיים יכול להורות על הכנה לא טובה, הדבקה לא טובה, זמן ייבוש/התקשות לא מספיק) וכו׳.


כשל של הסלע/בטון (concrete failure)

שליפה של הבולט יחד עם חתיכת הסלע שמקיפה אותו. במקרה כזה, כאמור, הכשל יהיה בצורת חרוט, עם זווית ראש אפיינית לסוג הסלע. מקובל לקחת זווית של 45° כהערכה סבירה. כפי שהסברנו, כדי להגיע לכשל צריך ״לשבור״ את ההדבקה על פני השטח של החרוט הזה. אם כן, שככל ששטח החרוט גדול יותר - יידרש כוח גדול יותר לשבירת ההדבקה.

למעשה, זה ההסבר למה שכבר אמרנו קודם: לחוזק הבולט בכיוון שליפה חשוב בעיקר אורך הבולט, ולא כלכך הקוטר שלו.

זה העניין העיקרי כאן. וממנו נגזרים הכללים שצוינו בתחילת התשובה. נסביר מה קורה במקרה של שני בולטים:

המרחק המינימאלי (כדי לא להחליש את העיגון) הוא פי שניים מאורך הבולט שמשתמשים בו

נשמע הגיוני שאם רוצים עיגון יותר חזק - שמים לשם כך עוד בולט אחד (אנחנו אמורים לקבל חוזק כפול). אבל זכרו - מה שקובע את העומס לכשל הוא שטח ההדבקה על פני החרוט. אם הבולטים קרובים - לא יהיו לנו שני חרוטים בלתי תלויים, אלא שני חרוטים חופפים. המקרה הקיצוני הוא שהבולטים צמודים - קל לדמיין שהחרוטים מתאחדים לגמרי, ומקבלים חרוט אחד, עם בסיס קצת אליפטי. במקרה כזה - אין כמעט שיפור בחוזק של העיגון, סתם עבדנו קשה לקדוח עוד חור...

אם לוקחים עבור זווית של החרוט ערך של 45°, מקבלים שרדיוס בסיס החרוט דומה לגובה. ומכאן הכלל: המרחק יהיה כמו שני רדיוסים, או כמו שני גבהים, או כמו שני אורכי בולט.

כשל של קונוס משיכה במקרה של בולט אחד ושני בולטים: קרובים מאד, יותר רחוקים ובמרחק הנכון - על פי הכלל

הבולט צריך להיות ממוקם במרחק מינימאלי של אורך הבולט מפינות סלע, חריצים, כיסי אוויר, חורים, קדחים וכו׳

כדי להשיג שטח הדבקה מקסימאלי, ולא לפגוע במעטפת החרוט, אנו שואפים לקבל חרוש שלם. במקרה שיש בסמוך לבולט כיסי אויר, חריצים או פינות סלע מקבלים חרוט לא שלם והלכה למעשה: הקטנה של שטח ההדבקה של הסלע.

הקטנת קונוס המאמץ עם: 1. פינת סלע קרובה. 2. כיס אוויר קרוב. 3. חריץ קרוב.

קריאה נוספת

קישורים חיצוניים


תרמו לדף זה: מיכה יניב ואחרים...