כלונסאות: נוסחת כוח התפיחה בתקן 940

גרף

הבעיה

על פי תקן ישראלי 940 משנת 1978, נוסחת כוח המתיחה בכלונס, המכונה גם כוח התפיחה, היא כדלקמן:

Z = 100D - 0.7P 

בנוסחה זו יש שלושה פרמטרים -

Z כוח המתיחה (טון),

D קוטר הכלונס (מ'),

P עומס אנכי הפועל על הכלונס (טון).

יצויין כי בתקנים המאוחרים יותר מסדרת התקן 940 נשאר עיקרון הנוסחה, מבחינת המדדים, אלא שנעשו בה שינויים/ שיפורים אשר מתבטאים במקדמים אחרים, תוך שמירת היחסים בין הפרמטרים.

בתקן 940.1 משנת 2008, סעיף 3.7.3.6 שונתה הנוסחה לחישוב כוח התפיחה לנוסח הבא:

Z = (700D - 0.5P)k

Z - כוח המתיחה (קילו ניוטון)

D - קוטר הכלונס (מ')

P - העומס (קילו ניוטון)

K - מקדם, בין 0.7 לבין 1.4. כשאין נתונים נדרש לקחת בחישוב 1.4 = K.

באותו סעיף בתקן, נקבע שיעור הזיון המינימלי בכלונס - 0.5% משטח חתך אופקי של הכלונס.

גם בנוסחה זו, Z לכאורה לא תלוי באורך הכלונס L.

יוער כי לא נקבע בתקן האם L לצורך זה יהיה L אפקטיבי ( בניכוי החלק התחתון שהוא ללא ברזל ובניכוי 2 מ' עליונים, המבודדים בתוך שרוול); המתכנן יחליט ע"פ חישוביו ושיקול דעתו, כיצד לנהוג לגבי אורך הכלונס.

מבחינת הנוסחה, נראה לכאורה כי אורך הכלונס לא משפיע על כוח התפיחה;

האמנם?!

הרי בכל דו"חות הקרקע של יועצי ביסוס, יש דרישה לעומק מסוים לכלונסאות בקרקעות בעלות פוטנציאל תפיחה - ואם לקרקע חרסיתית חולית יש דרישת עומק של 10 מ' (לדוגמא) הרי במעבר לקרקע חרסיתית שמנה עם ערכי תפיחה גדולים - נדרש עומק של 14 מ' (דוגמא כללית בלבד - המידה הספציפית תלויה במספר נתונים ובחישוב מתאים).

כיצד מתיישבת הסתירה, לפיה עומק הכלונס לא מופיע בנוסחה?!

ההסבר

לגבי כל תקן, יש להתייחס אליו כמכלול של דרישות, ואין לבודר דרישה אחת תוך זניחת דרישות אחרות, וזאת על מנת לקבל תמונה מלאה.

בענייננו, אין זה נכון כי הגדלת עומק הכלונס L לא משפיעה על כוח התפיחה.

L יהא אורך הכלונס.

להלן הסבר באיור -                

לשיקול דעת המתכנן כיצד למדוד את אורך הכלונס:

על פי סעיף 2.7.6.1 בתקן 940 משנת 1978, ההמלצה היא כי קוטר הכלונס לא יפחת מ - 1:20 מאורך הכלונס. לפיכך, ככל שהאורך L גדל, גדל עמו ביחס ליניארי גם קוטר הכלונס, וביחס ריבועי - שטח חתך הכלונס.

זיון הכלונס תלוי בחתך האופקי שלו - בין בזיקה לסעיף הכללי שבתקן הנ"ל 2.6.5.2 ("קוטר כל מוט ממוטות המתיחה" יהיה לפחות "קוטר הכלונס מחולק ל - 10"), ובין על פי סעיף 3.7.3.6 בתקן 940 חלק 1 משנת 2008.

לפיכך יבוצע החישוב כדלקמן:

לכלונס בקוטר 30 ס"מ - שטח הזיון 3.5 סמ"ר.

לכלונס בקוטר 40 ס"מ - שטח הזיון 6 סמ"ר.

לכלונס בקוטר 50 ס"מ - שטח הזיון 9.8 סמ"ר.

לכלונס בקוטר 60 ס"מ - שטח הזיון 14.1 סמ"ר.

לכלונס בקוטר 70 ס"מ - שטח הזיון 19.2 סמ"ר.

לכלונס בקוטר 80 ס"מ - שטח הזיון 25.1 סמ"ר.

לכלונס בקוטר 90 ס"מ - שטח הזיון 31.8 סמ"ר.

לכלונס בקוטר 100 ס"מ - שטח הזיון 39.2 סמ"ר.

הגרף נראה כך:

היחס בין קוטר הכלונס לשטח הזיון אינו יחס ישיר אלא אקספוננציאלי, והדבר בא לידי ביטוי בחישובים ובתיאור הגרף הפרבולי.

ככל שגדל קוטר הכלונס ב -%X, גדל שטח הזיון הנדרש בשיעור הגדול מ - %X, לפי החישוב ולפי הגרף, ולכן, הגדלת עומק בכלונס L מכתיבה הגדלת קוטר הכלונס D, ובד בבד הגדלת שטח מוטות הזיון  בשיעור העולה על שיעור הארכת הכלונס.

מראי מקום:

1. תקן ישראלי 940 (1978).
2. תקן ישראלי 940.1 (2008).
3. שיחות עם: Chat Gpt.