רעידת אדמה שונה מרוב העומסים שמובאים בחשבון בתכנון מבנים. זוהי תנודה גלית שמניעה את הקרקע עצמה, ואיתה את כל מה שניצב עליה - ממבנים קטנים ועד בניינים גדולים. כבר בעת העתיקה היו עמים שהכירו את התופעה וניסו להתאים לה את הבנייה, ובהם המצרים, הנבטים, השומרים במסופוטמיה והיוונים.
הנדסת רעידות האדמה המודרנית החלה להתפתח בראשית המאה הקודמת, בעקבות רעידות אדמה קטלניות בסן פרנסיסקו ב-1906 ובמסינה שבאיטליה ב-1908. בראשית הדרך ניסו מהנדסים להתמודד עם הרעידה באמצעות מודלים שהתבססו על עומס רוח, כלומר כוח אופקי הפועל על חזית המבנה. ואולם, ככל שהמחקר והניסיון הצטברו, התחדדה ההבנה כי רעידת אדמה אינה כוח שמופעל על המבנה מבחוץ, אלא תזוזה של בסיסו מלמטה, ולכן נדרש תכנון שמביא בחשבון את אופן תגובתו לתנועת הקרקע.
בהמשך התפתחו גישות תכנון שונות, ובשנות ה-80 התבססה ההבנה שלא די בכך שמבנה לא יתמוטט ברעידה חזקה: יש לבחון גם את היקף הנזק ואת יכולתו להמשיך לתפקד. "תחום המיגון מפני רעידות אדמה הוא תחום ייחודי בהנדסה, שהולך ומתפתח, ועדיין רב בו הנסתר על הגלוי", אומר ירון אופיר, שותף ומהנדס מבנים בחברת "ירון אופיר מהנדסים". "בישראל, הנמצאת באזור סיסמי פעיל ובמצב ביטחוני מורכב, חשוב לעדכן את הרגולציה ולמגן מבני ציבור משמעותיים, כדי שיוכלו להמשיך לתפקד בשעת חירום הן מלחמתי והן עקב רעידת אדמה".
מתקדמים למיגון תפקודי
"ירון אופיר מהנדסים", שנוסדה ב-2003, מתמחה בהנדסה סיסמית, בתכנון פתרונות לעמידות מבנים ברעידות אדמה ובקונסטרוקציה רגילה. במשרד כ-40 מהנדסים וממדלים, והוא עוסק בהערכת סיכונים, בתכנון של מבנים חדשים ושדרוג קיימים - ביניהם מתקני תעשייה, גשרים, בתי חולים, מבנים ביטחוניים ומבני ציבור. המשרד היה מעורב במאות פרויקטים, מייעץ לוועדת ההיגוי הבין משרדית להיערכות לרעידות אדמה, מוביל את פרויקט שדרוג בתי הספר של משרד החינוך, וכותב נהלים עבור המשרד להגנת הסביבה.
את הנושא מציגים שלושה מבכירי החברה: ירון אופיר, שותף ומהנדס מבנים העוסק בתכנון, במחקר יישומי ובבקרת תכנון בתחום הסיסמי, אלכס שוחט, שותף, מנהל החברה ומהנדס מבנים המוביל פרויקטי תכן ושדרוג מורכבים, ואבי כהן, שותף, ראש צוות תכנון ומהנדס מבנים המתמחה בתכן סיסמי ובאמצעים כגון מרסנים ומבודדים. "תכן תפקודי בוחן לא רק אם מבנה יישאר עומד לאחר רעידת אדמה, אלא גם אם יוכל להמשיך למלא את ייעודו", אומר אופיר. "במבני ציבור משמעותיים, השאלה הזו עשויה להיות קריטית לקהילה".
מה זה אומר "מיגון תפקודי", ובמה הוא שונה מגישה של הצלת חיים?
"ברעידת אדמה האנרגיה עוברת מן הקרקע אל המבנה. התכן המקובל נועד בעיקר למנוע התמוטטות, אך גם מבנה שנשאר עומד עלול להיפגע מבפנים ולא לתפקד, אם רכיבים ומערכות נפגעים. מיגון תפקודי יכול לצמצם את כניסת האנרגיה למבנה, או לדאוג לבזבז אותה ברכיבים המיועדים לכך, כדי לא רק למנוע הרס אלא גם לאפשר לו להמשיך לתפקד מיד לאחר הרעידה", מסביר שוחט.
"בית חולים, למשל, יכול לעמוד בדרישות של הצלת חיים, אך לא להיות מסוגל לפעול אם הציוד הרפואי, מערכות החשמל, הציוד הרפואי או הצנרת נפגעו. תכן תפקודי מגדיר מראש את רמת התפקוד הנדרשת בהתאם לייעוד המבנה ולרמת הסיכון הסיסמי - ממניעת התמוטטות ועד אכלוס ותפקוד מיידי. אנו מיישמים גישה זו במפעלים עם חומרים מסוכנים, בבתי חולים ובמתקנים ביטחוניים, והיינו מעורבים בכתיבת הנחיות למשרד להגנת הסביבה ולמשרד הבריאות בתחום זה".
מדוע מדובר בנושא קריטי ורלוונטי, במיוחד למבנים אסטרטגיים?
"מבני הציבור והמבנים האסטרטגיים הם אלה שיקבעו במידה רבה את יכולתה של המדינה להתמודד עם אירוע קשה ולהתאושש ממנו", מדגיש אופיר. "בתי חולים, תחנות כוח, תחנות משטרה, מרכזי שליטה לחירום, מחלבות ומפעלי מזון חיוני, חוות שרתים, אולמות לקליטת מפונים נדרשים להמשיך לפעול בזמן חירום ולאחריו. אם הם אינם מתפקדים, גם ההתאוששות עלולה להתעכב זמן רב. בישראל יש לבחון את עמידותם של מבנים אלה גם לנוכח אירועי מלחמה, ובשנים האחרונות יותר מוסדות ציבור מאמצים הליכי מיגון למערכות לא-מבניות, שנועדו לשמור על הרכיבים ועל המערכות במקומם".
הגנה שמתחילה בבסיס
אחד הפתרונות המרכזיים שמיישמת החברה הוא בידוד בסיס (Base Isolation). הגישה מבוססת על הפרדה בין המבנה לבין הקרקע שעליה הוא ניצב, באמצעות אביזרים ייעודיים הממוקמים בבסיסו. כך, כאשר הקרקע נעה בעת רעידת אדמה, המבנה כמעט נשאר במקומו ואינו נע יחד איתה. בחברה מדמים זאת לביצה המונחת על מחבת טפלון: כאשר מניעים את המחבת מצד לצד, הביצה אינה עוקבת במלואה אחר תנועתה. באופן דומה, מערכת הבידוד מאפשרת למבנה להגיב באופן שונה לתנועת הקרקע, במקום להתמודד איתה באמצעות תוספת של בטון וברזל בלבד.
"במערכת המודרנית לבידוד משתמשים באביזרים ייעודיים הבנויים מקערות מתכת קעורות שדיסקה כלואה בינהן, כאשר הקערה התחתונה מחוברת לקרקע והשנייה למבנה", מסביר שוחט. "בהתרחש תזוזה אופקית הקערה העליונה המחוברת למבנה מחליקה ע"ג הדיסקה הלוך ושוב לצדדים, כך שהמבנה נשאר כמעט ללא תזוזה. התוצאה יכולה להיות עד 90% פחות כוחות שמועברים אל המבנה, צמצום הנזק וחזרה מהירה מאוד לתפקוד".
לצד המיגון התפקודי, אילו עוד יתרונות יש למערכת בידוד בסיס?
"שימוש בבידוד בסיס מצמצם את הצורך בעיגון יקר ומסורבל של מערכות לא-מבניות, כמו צנרת, חשמל, מיזוג וציוד", מציין כהן. "בפרויקטים ציבוריים גדולים, עלות התקנת המבודדים ויצירת התנאים לפעולתם עשויה להגיע לכ-0.5%–1% מעלות הפרויקט. אך הם חוסכים בעיגון המערכות, בפרמיית הביטוח ואת ההשבתה הארוכה לאחר אירוע, במבנים גבוהים הבידוד עשוי גם לחסוך בעלויות הבנייה".
לדבריו, למערכת יש גם יתרון ביטחוני: "היא מפחיתה משמעותית את ההדף על מבנים במקרה של פגיעת טיל בקרבתם, ולראייה הפתרון אושר בידי פיקוד העורף לאחר בחינה יסודית". בשלב התכנון יש לאפשר מרווח לתזוזת החלק המבודד של המבנה, ולתכנן צנרת, תשתיות עם חלקים גמישים ומעברים מחליקים שיוכלו לאפשר תזוזה בעת רעידה בלי להיפגע.
הטכנולוגיה הזו הוכיחה את עצמה בפועל?
שוחט משיב בחיוב: "אחת הדוגמאות הבולטות ליעילות בידוד הבסיס נרשמה ברעידות האדמה בדרום טורקיה בפברואר 2023. בתי חולים באזור שנבנו עם מערכת בידוד בסיס המשיכו לפעול לאחר הרעידות כמעט ללא הפרעה, בשעה שמבני בתי חולים אחרים באזור נפגעו או יצאו משימוש. כך הם יכלו להמשיך לטפל באלפי נפגעים ולספק מענה רפואי מדויק שהם נדרשים לו בשעות החירום הראשונות".
היכן קיים יישום של מערכות בידוד בסיס בישראל ובעולם?
אופיר מצביע על שתי דוגמאות: "בית החולים העירוני באדנה שבטורקיה, השני בגודלו בעולם המבודד סיסמית באמצעות מבודדיTriple Pendulum של EPS-Earthquake Protection Systems נמצא כ-150 קילומטרים ממוקד רעידת האדמה בעוצמה 7.8 שהתרחשה בפברואר 2023. למרות הרעידה המשמעותית, מערכת הבידוד שמרה על תפקוד מלא, ללא נזק מבני או לא-מבני.
"בישראל, בית הספר עירוני ה' בחיפה הוא דוגמה נוספת. המבנה, שנבנה בשנות ה־50 על שיפוע ובו ארבע עד חמש קומות, נדרש לשדרוג קונבנציונלי נרחב או להריסה בשל קירות באיכות ירודה. כדי להימנע מפינוי תלמידים רבים במהלך השיפוץ, הוחלט להשתמש בבידוד בסיס במטרה להפחית את העומס הסיסמי ב-80%–90%. עד כה הותקנה המערכת בתת-מבנה אחד משני מבני הלימוד העיקריים".
"עכשיו הזמן להיערך לרעידה הבאה"
הניסיון שצבר המשרד בשדרוג מבנים בישראל, לצד סיורי לימוד שערכו מהנדסיו באתרי ההרס של רעידות אדמה קטלניות במערב טורקיה, בסצ'ואן שבסין, באמטריצ'ה שבאיטליה, במזרח טורקיה ובוונצואלה, חידד אצל אנשיו את החשיבות של הפקת לקחים גם מן המדיניות הרגולטורית במדינות שנפגעו. לדבריהם, בחלק מהמדינות הוטמעו לאורך השנים דרישות תכנון, חיזוק ומיגון שנועדו לצמצם פגיעה בנפש ולשמור על תפקודם של מבנים חיוניים בעת רעידה ולאחריה.
מניסיונכם, מה אפשר ללמוד מהעולם לגבי תקנים ורגולציה בתחום של רעידות אדמה?
כהן: "אין מודל אחד שמתאים לכל מדינה, אבל יש עיקרון משותף: רגולציה צריכה להתאים לסוגי המבנים, לרמת הסיכון ולחשיבותם בעת חירום. בצ'ילה, למשל, תקני הבנייה מדגישים בנייה מבטון, שימוש בקירות גזירה והגדרה מפורטת של אופן הביצוע. ברעידת האדמה החזקה שאירעה שם ב-2010, בעוצמה של 8.8, נגרם נזק כבד, אך מספר ההרוגים היה נמוך יחסית לעוצמת האירוע.
"בטורקיה נקבעו דרישות לבניית בתי חולים חדשים עם בידוד בסיס באזורים סיסמיים מסוימים, ובכלל זה בתי חולים בני יותר מ-100 מיטות. בנוסף נקבעו דרישות תכנון לבתי ספר ולגשרים, במטרה להפחית סיכונים למשתמשים ולשמור על רציפות התפקוד של תשתיות חיוניות. באיטליה נהוג להשתמש בבידוד בסיס גם במבנים ותשתיות חיוניות, ובהן תחנות כוח, כדי לחזק את יכולתן להמשיך לתפקד בזמן רעידה ואחריה. ובמדינות בחוף המערבי של ארצות הברית, וכן בבריטיש קולומביה שבקנדה, מוטלות דרישות לחיזוק מבנים מסוכנים ולשדרוג בתי חולים ובתי ספר קיימים בפרק זמן מוגדר, לעיתים כתנאי להמשך הפעלתם".
ומה המצב מבחינת התקינה בישראל?
לדברי אופיר, בישראל כבר נעשו צעדים ראשונים, אך המענה עדיין חלקי: "התקן הישראלי מבוסס על התקן האירופי, ומתמקד בעיקר בהגנה על חיי אדם. במדינות סיסמיות כמו ניו זילנד, ארצות הברית וקנדה פותחו תקנים ונהלים שמביאים בחשבון לא רק מניעת התמוטטות, אלא גם את יכולתו של מבנה להמשיך לתפקד לאחר רעידת אדמה. במקביל, בישראל כבר מקודמים כמה פרויקטים העומדים בתקנים מתקדמים, בעיקר במגזר התעשייתי, הבטחוני, ובמסגרת פרויקט השדרוג הלאומי של בתי ספר נגד רעידות אדמה חוזקו 117 בתי ספר, והתהליך נמשך.
"המשרד להגנת הסביבה הוא גוף מוביל בתחום: הוא מתנה היתר רעלים למפעלים המחזיקים חומרים מסוכנים בעמידה בדרישות מתקדמות, רגולציה שהובילה לשדרוג של עשרות רבות של מתקנים העלולים לסכן עובדים ואת הסביבה. עם זאת, רק מספר מצומצם של בתי חולים בישראל חוזקו, והתהליכים בתחום איטיים מאוד. גם פרויקט לחיזוק מבני רכבת בערים ותיקות, שכבר יצא לדרך בהובלת אבי כהן ממשרדנו, הוא עדיין טיפה בים".
למה חשוב להעלות את המודעות לנושא דווקא עכשיו?
"בידוד בסיס הוא כיום אחד הפתרונות היעילים ביותר להגנה על מבנים מפני רעידות אדמה, משום שהוא מצמצם את מעבר האנרגיה ההרסנית מן הקרקע אל המבנה. למרות זאת, אין עדיין מספיק מודעות לנושא ומעט מבנים חיונים חסינים בפועל. מתוך הניסיון שצברנו בתחום, אנחנו מרימים דגל אדום: חשוב להעלות את המודעות לאפשרויות הקיימות למיגון טוב יותר של מבני ציבור ושל כלל האוכלוסייה", מדגיש אופיר.
"אין לנו הפריבילגיה לומר 'אמרנו לכם'. רעידת האדמה המשמעותית האחרונה שפגעה באזור הייתה ב-1927, לפני 99 שנים, ומוקדה היה בצפון ים המלח. היא גרמה לנזק כבד בירושלים, בשכם וביישובים נוספים. לפני כן, ברעידת האדמה בגליל ב-1837, נהרגו אלפים. רעידות אדמה חזקות באזור מתרחשות בממוצע אחת ל-80–100 שנים, אך אין בכך דרך לחזות את מועד הרעידה הבאה. דווקא משום שהזמן אינו ידוע, צריך להיערך מראש כדי שמבנים חיוניים לא רק ישרדו, אלא גם יוכלו להמשיך לתפקד ולהציל חיים", הם מסכמים.
בשיתוף ירון אופיר מהנדסים
