מכניקה וכשל של בולטים

מתוך Climbing_Encyclopedia
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

מאמר זה עוסק בהיבטים הנדסיים של בולטים ומנסה להסביר את המנגנון, התכונות שמשפיעות והמקרים השונים שמובילים לכשל של בולטים. מתוך המנגנון הזה נגזרים מספר כללי אצבע לבילוט, שמשפרים באופן משמעותי את החוזק והבטיחות של בולטים. המאמר הזה לא מתיימר להיות ריגורוזי, מדוייק או מדעי אלא להסביר את העקרונות ההנדסיים.

נבדיל בין שלשה מקרים:

  1. כשל של הסלע
  2. כשל של הבולט עצמו
  3. כשל של ממשק סלע-בולט

כשל של הסלע

הדינמיקה של כשל של הסלע היא מסובכת, מכיוון שסלע, מטבעו, בד״כ אינו הומוגני. יש לו איזורי חולשה (איזורים רכים, סדקים, כיסים וכו׳) והחוזק שלו שונה בכיוונים שונים.

השפעת אלמנטי נפח על שכניהם הקרובים

מקרים ברורים הם:

  • שיכוב אופקי בסלעי משקע.
  • מינרלים שמתגבשים עם כיווניות ברורה.

לכן, נוח לנו לנתח של סלע בתווך הומוגני כמו בטון (או גוש סלע גדול והומוגני, אבל בטון יותר זמין...).

מכיוון שסלע אינו הומוגני, נבחן התנהגות של עיגונים בבטון. ניסויים מראים שחוזק העיגון לשליפה (משיכה בניצב לפני השטח) תלוי בעיקר בעומק העיגון. ההסבר האינטואיטיבי הוא שכל אלמנט נפח (כמו קובייה קטנה) של סלע מפעילה כוח על השכנים הקרובים אליה. כדי להתנתק מהם - צריך לשבור את ה״הדבקה״ הפנימית שבין הקוביות. זה תלוי בסוג החומר, כמובן, אבל מקובל שבסלע (וגם בבטון) כל אלמנט נפח כזה דוחף יותר מקוביה אחת. באיור שלנו (שהוא דו-מימדי), פישטנו את אלמנטי הנפח לכדורים קטנים, וניתן לראות שכל כדור ״דוחף״ שני כדורים שכנים. מקבלים שהאיזור המושפע מהמשיכה הוא מעין משולש. אם נדמיין מבנה תלת מימדי - נקבל חרוט שמושפע מהמשיכה הזו, ובמקרה של כשל - יישבר חרוט של חומר ויישלף החוצה מהחומר. זווית הראש של החרוט תלוייה בתכונה של החומר, שיש לה שם מוזר. ניתן לכנות אותה ״מקדם חוזק ההדבקה העצמית״ או ״מקדם ההחלקה הפנימית״ או משהו כזה. אני מקווה שאתם מבינים את הרעיון.

מכיוון שזווית הראש של החרוט קבועה - שטח המעטפת של חרוט הכשל תלוי רק בגובה החרוט, כלומר - אורך הבולט

זה אומר שהחוזק של הבולט, בהקשר של כשל של הסלע, תלוי באופן ישיר בשטח המעטפת של החרוט הזה. ככל שהחרוט גדול יותר - יש יותר שטח מעטפת - יש יותר שטח הדבקה ונדרש כוח גדול יותר לשבור אותו. שטח המעטפת הזה תלוי בשני דברים:

  1. בזווית הראש של החרוט.
  2. בגובה של החרוט.

זווית הראש של החרוט היא שונה מחומר לחומר, כאמור, אבל בבטון (ובסלעים) היא דומה ל-45°. אנחנו ניקח 45° כמספר כללי, שגם נוח לעבוד איתו (נראה בהמשך למה).

הגובה של החרוט הוא העומק של נקודת האחיזה של הבולט, כלומר - בערך האורך של הבולט.

יוצא, שככל שהבולט יותר ארוך - הסיכוי לכשל של הסלע יורד.

חרוט עם חלק משטח המעטפת חסר: 1. פינת סלע 2. כיס אוויר 3. חריץ/סדק

מכאן מובן גם שכאשר חלק משטח המעטפת של החרוט חסר, שטח ההדבקה קטן יותר והכוח הדרוש לשבירת ההדבקה קטן גם הוא. זה קורה כאשר יש הפרעה בקרבת הבולט למשל:

  • כיס אוויר
  • חריץ או סדק
  • פינה של סלע
  • חור שקדחנו והתחרטנו



וגם... בולט אחר:

חרוטי המאמץ
של שני בולטים במרחקים שונים. ניתן לראות בבירור שככל שהבולטים קרובים - יש פחות שטח מעטפת לכל בולט]]




מאותה סיבה, יש להקפיד על מרחק מינימאלי בין בולטים. סביר לחשוב ששני בולטים יוצרים עגינה חזקה פי שניים מבולט אחד. זה נכון רק אם שני הבולטים הם בלתי תלויים, כלומר - אם אף אחד מהבולטים לא משפיע על החוזק של הבולט השני. אבל אם שני הבולטים קרובים במידה כזו שחרוטי המאמץ שלהם ״עולים״ זה על זה - התחנה כבר לא תהיה חזקה פי שניים מבולט אחד...


כשל של הסלע יכול להתרחש במספר צורות:

שליפה של הבולט יחד עם חלק מהסלע

קונוס חומר שנעקר מתוך בלוק הניסוי
.

אם הסלע מאסיבי, הוא יתנהג כמו בבטון, וזה אומר - שליפה של קונוס סלע מתוך הסלע.

שבירה של הסלע בסמוך לחלל אויר/כיס המסה/חריצים או סדקים

בלוק




זה יקרה במקרים שהבולט קרוב לכיס אויר או סדק בסלע. למעשה - מקבלי כי שטח ההדבקה של הסלע לעצמו מופחת באופן משמעותי.

כשל של הבולט עצמו

ברגים של 8מ״מ ומעלה הם בעיקרון חזקים מספיק לשימושים של טיפוס וגלישה. הבעייה היא שיש להם גם אורך חיים קצר יותר:

  1. מכיוון שקורוזיה מתפתחת על פני השטח. ככל שהבורג דק - כך השכבה החיצונית שלו מהווה חלק גדול יותר משטח החתך שלו. זה אומר שהבולט ״מזדקן״ יותר מהר.
  2. בורג דק יותר קל למתוח. זה אומר שהידוק יתר של הבורג עלול להפחית את העמידות שלו בגזירה ולקרב אותו לכשל.

על הבורג של הבולט פועלים שני מאמצים עיקריים:

  1. מאמץ גזירה - בהעמסה במקביל לפני הסלע.
  2. מאמץ קריעה - בהעמסה בניצב לפני הסלע (בכיוון שליפה).

גזירה של הבורג

מאמץ גזירה גזירה על הבורג קיים כאשר פועלים עליו שני כוחות במקביל לפני השטח של הסלע. זה קורה כאשר מעמיסים את הבולט במקביל לפני הסלע.

קריעה של הבורג

כשל כזה נובע ממאמץ המתיחה שקיים במשיכה של הבולט בכיוון ניצב לפני הסלע - בכיוון שליפה. למעשה - בבולטים מכאניים קיים מאמץ מתיחה גם ללא עומס על הבולט. האום שמהדק את האוזן לפני הסלע למעשה מותח קצת את הבורג של הבולט. מהחוזק למתיחה תלוי בחומר (כמובן) ובשטח החתך של הבורג. למעשה - בבולטים מכאניים (לא ברגים היוצרים הברגה) הקוטר האפקטיבי לקריעה קטן מקוטר הבורג והוא החלק הצר ביותר של הקונוס של הבורג. בבולטים כימיים ובבולטים נקדחים ביד הקוטר האפקטיבי לקריעה הוא קוטר הבורג.

כשל של האוזן

כשל של ממשק סלע-בולט

זחילה של הבולט החוצה

Rock failure2.jpeg
.



תרמו לדף זה: מיכה יניב ואחרים...קניונינג