חפירה של מרתפים מתחת למי תהום מחייבת, בדרך כלל, תכנון כלונסאות לשליפה. תכנון הכלונסאות תלוי, כמובן, בתכונות הקרקע, אך לא פחות מכך בלחץ המים מתחת לרצפת המרתף.
לחץ מים הגבוה מלחץ שכבות הקרקע גורם ל"ציפה" של הטווח (גוש). במצב זה לא מתפתח חיכוך לאורך הכלונס והכלונס עולה למעלה יחד עם הקרקע. יתרה מכך, באופן תיאורטי, יכולים להתפתח ערכי חיכוך שליליים לאורך הכלונס.
תופעה זו מתקיימת עד לעומק בו משקל שכבות הקרקע עולה על לחץ המים.
נחקור את התופעה הזו על בסיס מודל אופייני: המודל מורכב ממרתף בעומק 10 מ'. עומק מי תהום מפני הקרקע 2 מ', כלומר במצב סופי רצפת המרתף (החניון) תהיה תחת לחץ 8 טון/ מ"ר.
נבחן שתי אלטרנטיבות לתכנון כלונסאות שליפה לרצפה:
- כלונס באורך 20 מ'
- 2 כלונסאות באורך 10 מ'
במודל החישוב של הכלונס הארוך ניתן להבחין באופן בולט בתופעות הבאות:
- בחלק העליון של הכלונס, עד עומק כ- 7 מ' מתפתחים מאמצים שליליים לאורך הכלונס. פירוש הדבר הוא שהקרקע עולה יותר מהכלונס עצמו והחלק הזה של הכלונס לא תורם ליציבות הרצפה.
- החל מעומק כ- 7 מ' המגמה מתהפכת. מתחילים להתפתח מאמצי חיכוך חיוביים. הם אלה ש"מחזיקים" את הכלונס ומתנגדים לכוחות העילוי.
- הכוח הצירי בכלונס נשאר כמעט ללא שינוי עד עומק כ- 7 מ', ורק מעומק הזה כוח המתיחה הולך הקטן.
- המערכת יציבה
במודל עם שני כלונסאות באורך 10 מ', תחת אותו עומס המים, ראים את התופעות הבאות:
- החיכוך השלילי לאורך הכלונס עד עומק כ- 7 מ'
- המערכת אינה יציבה!
לסיכום
תכנון כלונסאות שליפה בתנאים של לחץ מים עודף מחייב בחינה מעמיקה של תנאי העמיסה ולחצי המים המתפתחים. חוזק הקרקע לא משפיע על התופעה. האורך הפעיל של הכלונס נמדד מעומק בו לחץ המים שווה ללחץ שכבות הקרקע.
