עמידות בהחלקה
המאמר מציג שיטות לבדיקת עמידות חומרי ריצוף\משטחי הליכה בפני החלקה במצב יבש ובמצב רטוב וכן תוצאות בדיקות של חומרי ריצוף שונים: גרניט פורצלן, קרמיקה, טראצו, פי.וי.סי, רזינה וגרניט.
1 - מבוא
נפילות הנובעות מהחלקה מהוות את הגורם השני השכיח ביותר, לאחר תאונות דרכים, לפגיעה של בני אדם. הפגיעה חמורה במיוחד כשהאדם שהחליק הוא קשיש או נכה.
ההחלקה מתרחשת כאשר לרגל או לסוליית הנעל אין נגיעה או אחיזה טובה במשטח ההליכה.
עמידות בהחלקה מושפעת מהגורמים הבאים:
1) הסוג והגימור של משטח ההליכה (ריצוף);
2) הסוג והגימור (טקסטורה) של סוליית הנעליים של המתהלך;
3) תנאי הסביבה - נוכחות של מזהמים או נוזלים;
4) תנועת המתהלך.
התנהגות המתהלך ולפעמים סוג סוליית הנעליים לא תמיד נמצאים תחת שליטה. לעומת זאת, תנאי משטח ההליכה ונוכחות מזהמים, כגון שמן, מים או נוזלים אחרים, ניתנים לשליטה בעת תכנון וגם דרך תחזוקה נכונה.
לאור האמור לעיל, ניתן להתייחס לנושא ההחלקה בדרכים הבאות:
א- תכנון
בתכנון יש להביא בחשבון את תנאי הסביבה ואת ייעוד הריצוף. כמו כן חשוב ביותר להתייחס לצורתו של משטח הליכה כמו רמפה, מדרגות, משטחים מישוריים ומשופעים. בנוסף לכך יש להביא בחשבון מעבר מחומר לחומר ומעבר ממפלס למפלס. נושא חשוב לא פחות הוא רוחבם ותדירותם של מישקים: גם "פוגות" וגם מישקי ביניים ומבניים.
ב- תחזוקה
למרות שתנאי סביבה כמו נוכחות של נוזלים משפיעים על עמידות בהחלקה, לפעמים ניתן לפתור את הבעיה ע"י ניקיון שוטף ותחזוקה מתוכננת היטב.
נהלים מסודרים של תחזוקה וניקיון אמורים להבטיח, במקרים רבים, את הבטיחות של המתהלך ולמנוע את נפילתו.
2 - הגדרות
על מנת להבין את תופעת ההחלקה ודרכי מדידתה, יש צורך להגדיר כמה מושגים:
א- מקדם חיכוך סטטי-(STATIC COEFFICIENT OF FRICTION (SCOF
זה היחס בין הכוח האופקי (במקביל למשטח הליכה) המופעל על גוף כלשהו במרכז הכובד שלו (נעל או רגל), על מנת להניע את הגוף מתנוחתו המקורית הסטטית ולהתגבר על החיכוך הקיים בין אותו גוף ומשטח ההליכה, לבין הכוח האנכי הקיים שהוא למעשה משקל המתהלך.
SCOF = F/N
F הוא הכוח האופקי (ניוטון)
N הוא הכוח האנכי (ניוטון)
ב- מקדם חיכוך דינמי- (DYNAMIC COEFFICIENT OF FRICTION (DCOF
זה היחס בין הכוח האופקי המופעל על הגוף (רגל או נעל) על מנת להתגבר על החיכוך הקיים בינו
לבין משטח הליכה, וזאת על מנת להניע את הגוף, במהירות קבועה, מתנוחתו המקורית הסטטית, לבין הכוח האנכי הקיים שהוא משקלו של המתהלך. כוח אנכי זה נמדד על ידי "גוף מחליק" הנע על פני המשטח ההליכה האופקי במהירות קבועה.
הערה: נושא המהירות הוא נושא שנוי במחלוקת מכיוון שבמציאות המהירות אינה קבועה - הנעל או הרגל מאיצות מרגע תחילת ההחלקה עד שהעקב או הקרסול עוזבים את משטח ההליכה.
ג- עמידות בהחלקה או מקדם החלקה-SLIP RESISTANCE OR SLIP INDEX
זאת התוצאה הפיזיקלית של החיכוך הסטטי שנוצר בין הנעל או הרגל של המתהלך לבין משטח ההליכה כשהוא אינו נקי.
מההגדרה הקודמת של SCOF ניתן להבין שהיא תקפה אך ורק כאשר אין שום גורם חיצוני בין סוליית הנעל או הרגל לבין משטח ההליכה. כאשר ישנה נוכחות של נוזלים או מזהמים אחרים לא ניתן למעשה לבדוק SCOF, ולכן השימוש במושג "עמידות בהחלקה" נכון יותר למשל בבדיקה בתנאי רטיבות.
ד- הידבקות -ADHESION OR STICKTION
תופעה זו קיימת כאשר בתחילת הבדיקה ישנו פרק זמן ארוך מדי בין הרגע שהגוף (נעל או רגל) בא במגע עם משטח ההליכה לבין הרגע שבו מופעל הכוח האופקי האמור להניע את הגוף מתנוחתו המקורית הסטטית. התופעה קיימת במצב יבש ובמצב רטוב. כאשר המצב רטוב השהיה גדולה מדי יכולה לגרום לחיכוך גדול יותר מזה הנגרם במצב יבש.
3 - שיטות בדיקה
שנים רבות מנסים חוקרים בכל העולם לקבוע שיטת בדיקה אמינה שתבטא את רמת העמידות בהחלקה בצורה ברורה ומדויקת ושתאפשר ביצוע בדיקות השוואתיות בין סוגים שונים של ריצופים או של סוליות נעליים שונות.
עבודה זו הביאה לפיתוחם של כמה מכשירים לבדיקת החלקה, שחלקם מתוארים בתקינה הבין-לאומית.
למרות האמור לעיל, עד היום לא הצליחו החוקרים למצוא מכשיר הנותן תשובה חד-משמעית ולא ניתן למצוא קורלציה בין המכשירים השונים הקיימים. על מנת שנוכל לדבר ולנתח תוצאות של בדיקה כזאת, מפורטים בהמשך המכשירים הנפוצים והמקובלים ביותר.
FLOOR FRICTION TESTER (FFT) - 1
לקביעת מקדם חיכוך דינמי DCOF, בדיקה ביבש וברטוב, מיועד לבדיקה במעבדה ובשטח.
עיקרון: המכשיר נע במהירות קבועה של 17 מ"מ לשנייה מעל משטח הליכה כאשר התקן מיוחד מגומי, תחת עומס של 200 ג"ר, מחליק על פני המשטח. סוג הגומי הוא למעשה הנקודה הרגישה והחשובה ביותר. במקרה זה סוג הגומי הוא: RUBBER 4S standard shoe simulating עם קשיות של 90 IRD HARDNESS מיוצר ע"י מכון למחקר גומי ופלסטי באנגליה- RAPRA .
מידות: 236 X 160 X 420 מ"מ , ומשקל של 8 ק"ג.
המכשיר הראשון המתאים לתיאור הנ"ל הוא:
TORTUS - CERAM RESEARCH- BRITISH CERAMIC RESEARCH
יש לשים לב שיש שוני בין מכשירים שונים בעיקר במה שנוגע למהירות, משקל וסוג הגומי. הסיווג
המקובל ביותר ,בהתאם לתוצאות שמתקבלות מהבדיקה הנ"ל הוא:
CLASSIFICATION | FLOOR FRICTION TESTER MEAN VALUE | Contribution of the floor surface to the risk of slipping when dry |
F | >0.4 | Low to moderate |
G | <0.4 | High to very high |
TRL PENDULUM FRICTION TESTER OR BRITISH PORTABLE PENDULUM - 2
מכשיר למדידת מקדם חיכוך דינמי בתנאי רטיבות. הוא תוצאה של עבודה של מעל 10 שנים שנעשתה על ידי Road Research Laboratory -England
מידות: 48 X 64 X 6 ס"מ ומשקל 32 ק"ג
עיקרון: קביעת מקדם חיכוך בין התקן מגומי לבין המשטח הנבדק. מיועד במיוחד לכבישים , בדיקה
בשטח בלבד.
CLASS | Mean pendulum Four S rubber | TRRL RUBBER | Contribution of the floor surface to the risk of slipping when wet |
V | >55 | >45 | VERY LOW |
W | 45-54 | 40-44 | LOW |
X | 35-44 | - | MODERATE |
Y | 25-34 | - | HIGH |
Z | >25 | - | VERY HIGH |
HORIZONTAL DYNAMOMETER PULL-METER - 3
מכשיר לקביעת מקדם חיכוך סטטי (SCOF ) במצב יבש או רטוב , בדיקה במעבדה ובשטח.
עיקרון: קביעת מקדם חיכוך בין פלטה סטנדרטית - במקרה של התקן ASTM מדובר ב NEOLITE, ובמקרה של התקן ISO מדובר ב RUBBER 4S.
RAMP TESTER OR INCLINED PLATFORM - 4
עיקרון: מכשיר לקביעת מקדם חיכוך דינמי במצב רטוב, מיועד לבדיקה במעבדה בלבד. המכשיר מורכב ממשטח שניתן לשנות את שיפועו מאפס מעלות עד 45 מעלות, במהירות של 1 מעלה לשנייה על ידי אמצעים הידראוליים.
האריחים המיועדים לבדיקה הם מודבקים למשטח. "בובה" או "בן אדם" במשקל של 80 ק"ג ועם נעליים שלהן סוליה תקנית, מתהלך על המשטח הלוך ושוב, כאשר מים או נוזל אחר זורם על המשטח. "הזווית הקריטית" היא זאת שבה לא ניתן עוד ללכת על משטח זה בלא להחליק או ליפול.
מקדם החיכוך הוא למעשה הזווית הנמדדת.
מידות: X 110 X 3100 1800 מ"מ במשקל של 290 ק"ג.
ANGLE | Classification | Examples of usage |
3-10 | R9 | Hospitals , corridors, stairs, entrances to buildings |
10-19 | R10 | Storage cellars |
19-27 | R11 | Laundries, car washes |
27-35 | R12 | Fire stations, large commercial kitchens |
> 35 | R13 | Fish preparation and processing , vegetable canning |
התוצאות הנ"ל התקבלו בשימוש בנעלי עבודה ובזרימת שמן על המשטח; עבור משטחי תעשייה ומסחר.
JAMES MACHINE - 5
קביעת מקדם חיכוך סטטי (SCOF) במצב יבש בלבד. הבדיקה אינה מיועדת למשטחים מחוספסים או רטובים. מיועד לבדיקה במעבדה בלבד.
עיקרון: מדידה של מקדם חיכוך בין דוגמה של משטח הליכה לבין חומרים שונים שמהם עשויה סוליית נעלים או עקבים.
HORIZONTAL PULL SLIPMETER (HPS) - 6
קביעת מקדם חיכוך סטטי במעבדה ובשטח, במצב יבש או רטוב.
עיקרון: מדידה של מקדם חיכוך בין חומרים שונים. הבדיקה מתבצעת על ידי מכשיר הנע על פני המשטח במהירות קבועה.
NBS-BRUNGRABER MARK I AND MARK II - 7
זו מין גרסה בקטן של המכשיר JAMES MACHINE, לקביעת מקדם חיכוך סטטי במצב רטוב.
למכשיר MARK I נקרא P.A.S.T) PORTABLE ARTICULATED STRUT TESTER.)
למכשיר MARK II נקרא P.I.A.S.T ) INCLINED STRUT TRIBOMETER.)
האחרון מיועד למשטחים משופעים.
ENGLISH XL SLIP RESISTANCE TESTER - 8
מכשיר נייד לקביעת מקדם חיכוך דינמי במצב יבש או רטוב. המכשיר מיועד למעבדה או לבדיקת שטח.
4 - תוצאות בדיקות
מטרת הבדיקות הייתה לבחון שני מכשירים שונים לבדיקה סטטית ודינמית, במצב יבש ורטוב. לצורך זה, נבחרו סוגי הריצוף הבאים:
- אריח קרמיקה לא מזוגג - גרניט פורצלן מלוטש
- אריח קרמיקה לא מזוגג - גרניט פורצלן לא מלוטש
- אריח קרמיקה מזוגג לא חלק
- אריח קרמיקה מזוגג חלק
- אריח רצפה מטראצו
- פי.וי.סי.
- אבן מלאכותית - "רזינה" עם חול קוורץ
- אבן טבעית - גרניט מלוטש
סטטי יבש FOCS | סטטי רטוב FOCS | דינמי יבש FOCD | דינמי רטוב FOCD | סוג הריצוף | סיווג |
28.0 | 86.0 | 00.1 | 13.0 | גרניט פורצלן מלוטש | A |
46.0 | 46.0 | 86.0 | 37.0 | גרניט פורצלן לא מלוטש | B |
26.0 | 26.0 | 65.0 | 14.0 | אריח קרמיקה מזוגג לא חלק | C |
07.0 | 63.0 | 46.0 | 13.0 | אריח קרמיקה מזוגג חלק | D |
46.0 | 58.0 | 26.0 | 07.0 | אריחי רצפה מטראצו | E |
56.0 | 76.0 | 87.0 | 05.0 | פי.וי.סי. | F |
39.0 | 44.0 | 67.0 | 45.0 | "רזינה" עם חול קוורץ | G |
56.0 | 93.0 | 88.0 | 72.0 | גרניט טבעית מלוטש | H |
הבדיקה הדינמית בוצעה במכשיר: FSC - 2000 מתוצרת SELLMAIER - GERMANY
הבדיקה הסטטית בוצעה במכשיר: PULL-METER מתוצרת GABBRIELLI - ITALY
ניתוח תוצאות
מהתוצאות המתוארות בטבלה הנ"ל ובגרפים המצורפים בהמשך, ניתן להסיק את המסקנות הבאות:
במצב רטוב
המוצרים הפחות עמידים בפני החלקה הם גרניט פורצלן מלוטש, גרניט טבעית מלוטש ואריח קרמיקה מזוגג חלק.
המוצרים העמידים ביותר בפני החלקה במצב רטוב הם גרניט פורצלן לא מלוטש (?!), אריחי רצפה מטראצו, אריחי "רזינה" ופי.ו.סי.
במצב יבש
המוצרים העמידים ביותר בפני החלקה הם גרניט פורצלן מלוטש, אריחי "רזינה", גרניט טבעי מלוטש, אריח קרמיקה מזוגג חלק ופי.וי.סי.
סיכום
- יש להתייחס לתוצאות בזהירות רבה. התמונה עלולה או אמורה להשתנות בהתאם ליצרן ולמכשיר הבדיקה
- יש להתייחס לעובדה שהבדיקות בוצעו בתנאים "סטריליים" , כלומר, אריחים יבשים או רטובים, אבל נקיים. הבעיה היא קריטית כאשר מבצעים את הבדיקה ועל האריחים ישנו לכלוך או גרגירי חול מעוגלים
- מסקנה אחת כנראה חד-משמעית: אין קשר בין חלקות של אריח לבין עמידותו בהחלקה. לפעמים התוצאה היא ההפך מהצפוי
5 - סיכום
- " מקדם חיכוך " , במצב מסוים, תלוי במספר רב של גורמים. תוצאה "טובה" שמתקבלת מכל מכשיר
בדיקה אינה מבטיחה כשלעצמה אי נפילה של המתהלך.
- אין קשר ישיר וברור בין מכשירי בדיקה שונים. לכן, כל מספר שמתקבל חייב להיות מלווה במידע
נוסף כמו סוג "המחליק", מהירות המכשיר - במקרה של בדיקה דינמית, מצב רטוב או יבש וכו' .
- יש לזכור שהמושג הנכון במקרה של בדיקה בתנאי רטיבות (מים או נוזלים אחרים) הוא "עמידות
בהחלקה" ולא ניתן לקבוע את מקדם החיכוך כאשר בין סוליית הנעל או הרגל לבין משטח ההליכה
ישנו נוזל או חומר מזהם כלשהו אחר.
- תופעת ההידבקות -- " sticktion or adhesion" היא קריטית לקביעת מקדם חיכוך או עמידות
בהחלקה, בעיקר במכשירים שבהם הכוח האנכי והכוח האופקי אינם מופעלים בו-זמנית.
- יש צורך לקבוע קריטריונים אחידים וברורים ולבחור אחת מהשיטות ולאמצה בתקן ישראלי (ראה הצעת תקן 2279 ) .
- בסיכום, יש לזכור שנפילת אנשים כתוצאה מהחלקה מהווה נזק רציני למתהלך ונזק כספי עצום למדינה ולכן כל תקן שייקבע בעתיד יהיה חייב להיות מוגן בתקנות או בחוקים.