Geotechnikai tervezés az EuroCode7 szerint

Átírás

1 Síkalapozások Rekonstrukciós szakmérnöki képzés Takács Attila BME Geotechnikai Tanszék Geotechnikai tervezés az EuroCode7 szerint

2 2. Tartószerkezeti Eurocode-ok

3 3. Tervezési eljárások Számításon alapuló geotechnikai tervezés Szokásokon alapuló intézkedések, konstrukciók: olyan egyszerűbb feladatokra, amelyekre nem érdemes, vagy olyan összetett feladatokra, amelyekre nem lehet más tervezési eljárást alkalmazni. Modellkísérletek és próbaterhelések: ha nincs megnyugtató elméleti megoldás, vagy ha ezzel gazdaságosabb megoldás lehet. Megfigyeléses módszer: bonyolult, elméleti számításokkal nehezen leírható feladatok esetén (pl. töltés süllyedésmérések)

4 Általános elvek a számításon alapuló tervezéshez Legyen összhangban az Eurocode 0 és az Eurocode 7 elveivel és ismertetendők a következők: hatások, melyek lehetnek terhek vagy kényszerelmozdulások, pl. önsúlyból vagy talajmozgásból talajok, szilárd kőzetek és egyéb anyagok jellemzői geometriai adatok alakváltozások, repedéstágasságok, rezgések stb. határértékei a számítási modellek 4.

5 Számításon alapuló gotechnikai tervezés Általános elvek (2) pontja: Figyelembe kell venni, hogy a talajviszonyok ismerete függ az elvégzett geotechnikai vizsgálatok mennyiségétől és minőségétől. Ezen ismeretek megszerzése és a kivitelezés szakszerű irányítása általában sokkal fontosabb az alapvető követelmények teljesítéséhez, mint a számítási modellek és a parciális tényezők pontossága. 5.

6 6. Hatások tartósságuk szerint Állandó hatás (G): egy adott referenciaidőszakon belül nagy valószínűséggel mindig működik vagy monoton növekedéssel éri el a határértékét. Esetleges hatás (Q): időbeli változása nem hanyagolható el, és nem is monoton Rendkívüli hatás (A): rövid ideig ható, de jelentős nagyságú hatás, mely a tervezési élettartam alatt esetleg felléphet Szeizmikus hatás (A E ): földrengésből származó hatás szeizmikus hatások, hóterhek: esetleges és/vagy rendkívüli víz által előidézett hatások: állandó és/vagy esetleges

7 7. A geotechnikai hatások I. a talaj, a kőzet és a víz súlya, az altalajban működő feszültségek, a földnyomások, a talajvíz nyomása, a szivárgási nyomás, nyílt felszínű vizek nyomása, beleértve a hullámzás hatását, a jégteher, térszíni terhek, forgalmi terhek, kikötési erők partfalak esetében, eltávolított térszíni terhek vagy földkiemelés, alábányászás vagy más üregfejtés, ill. alagútépítés miatt bekövetkező elmozdulások, növényzet, a klíma- vagy nedvességtartalomváltozás miatti duzzadás vagy zsugorodás,

8 A geotechnikai hatások II. talajtömegek kúszása vagy csúszása vagy süllyedése által okozott szerkezeti elmozdulások, lepusztulás, mállás, diszperzió, öntömörödés vagy kioldódás által okozott elmozdulások, földrengés, robbanás, rezgés vagy dinamikus terhelés okozta gyorsulások, elmozdulások, hőmérsékleti hatások, beleértve a fagyhatást, a horgonyok vagy megtámasztó elemek előfeszítéséből származó erők, a negatív köpenysúrlódás cölöpökön. 8.

9 9. Tervezési és reprezentatív érték Hatások tervezési értéke: Reprezentatív érték: Karakterisztikus érték: A g F parciális tényező lehet: - g G az állandó jellegű hatásokra - g Q az esetleges jellegű hatásokra F d =g F F rep F rep =ψ F k A ψ egyidejűségi vagy kombinációs tényezők: - ψ 0 : a karakterisztikus teherszint tényezője - ψ 1 : a gyakori teherszint tényezője - ψ 2 : a kvázi-állandó teherszint tényezője F k

10 10. Parciális tényezők a hatásokhoz (γ F ) vagy az igénybevételekhez (γ E ) Állandó Esetleges A hatás Jel Értékcsoport A1 A2 kedvezőtlen 1,35 1,0 γ G kedvező 1,0 1,0 kedvezőtlen 1,5 1,3 γ Q kedvező 0 0

11 11. Hatások kombinációi teherbírási határállapotban j 1? j 1 j 1 γ γ G, j Gk,j γ P P "+" γ Q,1 Qk,1 "+" G,j ξ γ j G G,j k,j G "+" γ ψ Q " + " γ k,j P P " + " γ P " + " γ P Q,1 " + " γ ψ " + " ξ a kedvezőtlen értelmű G állandó hatás csökkentő tényezője + kombinálandó a -val, P feszítőerő, Σ kombinált hatás kifejezést jelöli Q,1 0,1 Q Q k,1 k,1 " + " i> 1 i>1 i> 1 γ γ Q,i Q,i Q,i ψ Ψ 0,i 0,i 0,i Q Q k,i k,i k,i

12 Hatások kombinációi használhatósági határállapotban Karakterisztikus: Általában irreverzibilis határállapotok esetén használják. G "+" P "+" Ψ Q "+" Ψ Q Gyakori: Általában reverzibilis határállapotok esetén használják G "+" P "+" Ψ Q Kvázi-állandó: j 1 i 1 G k, j Általában tartós hatások esetén, és a tartószerkezet megjelenésével (küllemével) kapcsolatban használják. k, j k,1 Parciális tényező: g F =1,0 "+" P "+" Q "+" Ψ Q j 1 k, j 1,1 k,1 i> 1 i> 1 i> 1 0,i 2,i 2,i k,i k,i k,i kombinálandó a -val, P feszítőerő, Σ kombinált hatás kifejezést jelöli

13 Hatások kombinációi használhatósági határállapotban Karakterisztikus: Általában irreverzibilis határállapotok esetén használják. G "+" P "+" Ψ Q "+" Ψ Q Gyakori: Általában reverzibilis határállapotok esetén használják G "+" P "+" Ψ Q Kvázi-állandó: j 1 i 1 G k, j Általában tartós hatások esetén, és a tartószerkezet megjelenésével (küllemével) kapcsolatban használják. k, j k,1 Parciális tényező: g F =1,0 "+" P "+" Q "+" Ψ Q j 1 k, j 1,1 k,1 i> 1 i> 1 i> 1 0,i 2,i 2,i k,i k,i k,i kombinálandó a -val, P feszítőerő, Σ kombinált hatás kifejezést jelöli

14 Hatások kombinációi használhatósági határállapotban Karakterisztikus: Általában irreverzibilis határállapotok esetén használják. G "+" P "+" Ψ Q "+" Ψ Q Gyakori: Általában reverzibilis határállapotok esetén használják G "+" P "+" Ψ Q Kvázi-állandó: j 1 i 1 G k, j Általában tartós hatások esetén, és a tartószerkezet megjelenésével (küllemével) kapcsolatban használják. k, j k,1 Parciális tényező: g F =1,0 "+" P "+" Q "+" Ψ Q j 1 k, j 1,1 k,1 i> 1 i> 1 i> 1 0,i 2,i 2,i k,i k,i k,i kombinálandó a -val, P feszítőerő, Σ kombinált hatás kifejezést jelöli

15 15. Talajjellemzők A talajjellemzők karakterisztikus értékének meghatározása a geotechnikai tervezés egyik leglényegesebb része. sok geotechnikai paraméter nem valódi állandó, hanem a feszültség és az alakváltozás függvénye, a talaj, ill. a kőzet szerkezete (pl. repedések) más szerepet játszhat a vizsgálatban és mást a geotechnikai szerkezetben, időhatások, a talaj vagy szilárd kőzet szilárdságának csökkenése a szivárgó víz hatására, a dinamikus hatások gyengítő következményei, a vizsgált talaj, ill. szilárd kőzet ridegsége vagy deformálhatósága, a geotechnikai szerkezet megvalósításának módszere, a kivitelezés szakszerűségi színvonalának kihatásai a kivitelezésnek a talajtulajdonságokra gyakorolt hatásai.

16 16. Talajjellemzők statisztikai feldolgozása

17 Karakterisztikus érték eloszlás: általában normális vagy log-normális X m a várható érték (átlag) v x a variációs tényező: s x a szórás X k =X m (1±k n v x ) v x =s x /X m paraméterek: statisztikailag ismert v. ismeretlen értelmezhetjük: átlagértékre v. szélsőértékre óvatos becslés: 5 %-os küszöb 17.

18 ,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 ismert szórás k n tényező ismeretlen szórás a minták száma (n) A-I A-II. B-I. B-II. 5%-os valószínűségi szint (szélsőértékhez) 50%-os valószínűségi szint (átlagértékhez) kn tényező

19 19. Közelítő-módszer X k =X m (1-0,5 v x ) (Schneider, 1997) eredete: (- normális eloszlás) - stat. ismert paraméter - átlagérték - n=10 minta k n =0,52

20 20. Variációs tényezők

21 Talajjellemzők tervezési értéke A geotechnikai paraméterek tervezési értékeit (X d ) vagy a karakterisztikus értékekből kell meghatározni az alábbi képlettel: X = d X k / γ vagy közvetlenül kell becsülni, ekkor a megkövetelt biztonsági szint szempontjából a parciális tényezők nemzeti mellékletben ajánlott értékeit célszerű irányadónak tekinteni. M 21.

22 22. terepmagasság térszín hajlása vízszintek Geometriai adatok réteghatárok magassági helyzete földkiemelési szintek geotechnikai szerkezet méretei a d =a nom +Δa Δa: az egyes konkrét szerkezetekre vonatkozó ajánlások szerint pl. támfalak esetén Δa=min.(0,1h; 0,5m)

23 Talajvíz GWL k = Becs. max. (É max ) pl. Budapest Építéshidrológiai Atlasza: 1%-os valószínűségű, 100 évente egyszer előforduló vízszintek GWL d = mértékadó vízszint (T M ) T M =É max +abe(é max -É min ) É max +50 cm 23.

24 Határállapotok Teherbírási határállapotok (ultimate limit states): Összeomlással vagy hasonló jellegű szerkezeti tönkremenetellel járó határállapotok (törés jellegű tönkremenetel). Használhatósági határállapotok (serviceability limit states): A tartószerkezet vagy egy tartószerkezeti elem olyan állapotai, melyeken túl a használattal kapcsolatos, előírt követelmények már nem teljesülnek. 24.

25 25. Teherbírási határállapotok EQU (equlibrium) az egyetlen merev testnek tekintett tartószerkezet vagy talajtömb állékonyságvesztése, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a szerkezeti anyagok és a talaj szilárdsága nem befolyásolja jelentősen. STR (strength) tartószerkezet vagy a tartószerkezeti elemek, pl. a síkalapok, a cölöpök vagy az alapfalak belső törése vagy túlzott alakváltozása, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a szerkezeti anyagok szilárdsága jelentősen befolyásolja. GEO (geotechnic) a talaj törése vagy túlzott alakváltozása, melynek következésekor az ellenállást a talaj vagy a szilárd kőzet szilárdsága jelentősen befolyásolja. UPL (uplift) a tartószerkezet vagy a talaj egyensúly-vesztése a víznyomás (felhajtóerő) vagy más függőleges hatás miatti felúszás folytán. HYD (hydraulic) hidraulikus gradiens által a talajban okozott hidraulikus felszakadás,belső erózió vagy buzgárosodás

26 26. EQU határállapot vizsgálata Csak a szilárd kőzeten álló szerkezetek (pl. alaptestek, támfalak) kiborulásának vizsgálatakor használjuk!

27 27. Példák GEO határállapotra támfalak esetén Támfalak tönkremenetele az alapjuk alatti talajtörés miatt.

28 28. Példák STR határállapotra támszerkezetek esetén Támszerkezetek szerkezeti tönkremenetelének módjai.

29 29. Példák UPL határállapotra Beágyazott üres szerkezet 1 talajvíz tükör 2 vízzáró felület Földkiemelés aljának felúszása 4 eredeti térszín 5 homok 6 agyag 7 kavics Könnyű töltés felúszása árvízkor 1 talajvíz tükör 2 vízzáró felület 3 könnyű töltésanyag Felúszás ellen lehorgonyzott szerkezet 1 talajvíz tükör 5 homok 9 horgonyok

30 30. Alapkövetelmények Valamennyi geotechnikai tervezési állapotra vonatkozóan igazolni kell, hogy egyetlen, veszélyesnek vélelmezhető határállapot túllépése sem következik be.

31 31. Teherbírási határállapotok vizsgálata alapelv: E d R d E d : az igénybevételek tervezési értéke R d : az ellenállások tervezési értéke Kihasználtság: Λ = E R d d

32 32. A tervezés elve F= hatás X= szilárdság g= parciális tényező k= karakterisztikus E= igénybevétel R= ellenállás a= méret d= tervezési

33 33. Tervezési módszerek (DA) design approach A(ction) + M(aterial) + R(esistance) A hatás (nem teher!) M anyagjellemzők R ellenállás Nemzeti melléklet(ek)ben meghatározott!

34 34. DA-1 a magyar nemzeti melléklet szerint nem használjuk!

35 35. DA-2* Kombináció: A1 + M1 + R2 síkalapok, cölöpök, támszerkezetek, horgonyok és bármely más geotechnikai szerkezet tervezéséhez.

36 Parciális tényezők a DA-2* esethez I. Állandó Esetleges A hatás Jel Értékcsoport A1 A2 kedvezőtlen 1,35 1,0 γ G kedvező 1,0 1,0 kedvezőtlen 1,5 1,3 γ Q kedvező 0 0 Parciális tényezők az igénybevételekhez (γ E ) M1 g M =1,0 36.

37 37. Parciális tényezők DA-2* esethez II. Geotechnikai szerkezet Síkalap Támszerkezetek Az ellenállás típusa Talajtörési ellenállás Elcsúszási ellenállás Talajtörési ellenállás Elcsúszási ellenállás Jel Értékcsoport R2 R3 γ R;v 1,4 1,0 γ R;h 1,1 1,0 γ R;v 1,4 1,0 γ R;h 1,1 1,0 Földellenállás γ R;e 1,4 1,0 Az ellenállások (γ R ) parciális tényezői különböző geotechnikai szerkezetek esetében

38 38. DA-3 Kombináció: A2 + M2 + R3 Rézsűk és bármely geotechnikai szerkezet általános állékonyságának vizsgálatára

39 Parciális tényezők a DA-3 esethez I. Állandó Esetleges A hatás Jel Értékcsoport A1 A2 kedvezőtlen 1,35 1,0 γ G kedvező 1,0 1,0 kedvezőtlen 1,5 1,3 γ Q kedvező 0 0 Parciális tényezők a hatásokhoz (γ F ) R g R =1,0 39.

40 Parciális tényezők a DA-3 esethez II. Talajparaméter Jel Érték Hatékony súrlódási szög a γ ϕ 1,35 Hatékony kohézió γ c 1,35 Drénezetlen nyírószilárdság γ cu 1,5 Egyirányú nyomószilárdság γ qu 1,5 Térfogatsúly γ γ 1,0 a Ez a tényező a tanϕ -re alkalmazandó. Talajparaméterek parciális tényezői (γ M ) rézsűk és bármely szerkezet általános állékonyságának vizsgálatához 40.

41 41. Parciális tényezők (UPL, EQU és HYD)

42 42. Használhatósági határállapot (SLS) alapelv: E d C d E d : a vizsgált mozgásjellemző, mint igénybevétel (számított) tervezési értéke C d : a vizsgált mozgásjellemző határértéke

43 43. A B C Θ max s max α max A B C Δ max L AB Alapmozgások D δ s max D s = süllyedés ds = süllyedéskülönbség θ = elfordulás α = szögforgás A B C D β max ω Δ = relatív lehajlás Δ /L = lehajlási viszonyszám ω = dőlés β = relatív elfordulás (szögtorzulás)

44 Összefoglalás-változások Az Eurocode 7 a biztonság kérdését újabb felfogás szerint értelmezi a parciális tényezők meghatározásakor a biztonsági szintet többé-kevésbé az eddig használt biztonsági szinthez igazították (globális biztonság) a számítási eljárásokra szigorúbb kötöttséget ír elő megengedi új, de kellően bizonyított módszerek használatát ösztönöz a korszerű számítógépes programok használatára (pl. véges elemes módszer) a talajjellemzők karakterisztikus értékének meghatározására vonatkozóan új eljárásokat ír elő (a tervezői gyakorlatban már korábban is hasonló megfontolásokat alkalmaztak) 44.

45 45. Számításon alapuló geotechnikai tervezés Köszönöm a figyelmet!