GEOMŰANYAG-RÉTEG ERŐSÍTÉSŰ SZERKEZETEK KÁROSODÁSAI

Átírás

1 GEOMŰANYAG-RÉTEG ERŐSÍTÉSŰ SZERKEZETEK KÁROSODÁSAI Donovál Krisztina 1 - Czap Zoltán 2 - Dr. Mahler András 2 - Szatmári Tamás 3 1 Főmterv Mérnöki Tervező Zrt. 2 BME Geotechnika és Mérnökgeológia Tanszék 3 Bonar Geosynthetics Kft. ÖSSZEFOGLALÁS A geoműanyaggal erősített szerkezetek elterjedése az elmúlt 40 évben vált jelentőssé, hazánkban azonban az ilyen típusú anyagok megjelenése viszonylag későn, a 2000-es években indult, és az alkalmazásukra vonatkozó elegendő szabványi ajánlás híján csupán az infrastrukturális fejlesztésekre, alapmegerősítésre, drén- és szűrőrendszerek kiépítésére korlátozódott. Aktuális feladat tehát a geoműanyagokkal erősített támfalak és rézsűk méretezés- és viselkedésbeli különbségeinek megismerése, a vonatkozó szabványi ajánlások összehasonlítása, és a méretezési elvek gyakorlati hátterének keresése valós káresetek értékelésén keresztül. KULCSSZAVAK Geoműanyag, tönkremenetel, méretezés BEVEZETÉS A mechanikailag stabilizált rézsűk és talajtámfalak erősítő rétegei lehetnek fém anyagú talajszegek, horgonyok vagy rácsok, illetve polimer anyagú erősítő rétegek, geoműanyagok. Jelen tanulmány célja ez utóbbi csoport felhasználásának bemutatása. A tervezési gyakorlatban geoműanyagokat alkalmazhatunk különböző talajrétegek elválasztása vagy felületvédelem érdekében, a szivárgó víz által mozgatott szemcsék felfogása miatt, drénezés, szigetelés és a földszerkezetek erősítése, a mechanikai viselkedés javítása céljából vagy az altalaj teherbírásának növelésére. Természetesen egy-egy feladat esetében a geoműanyag több funkciót is elláthat. Hazánkban egyre nagyobb teret kap a geoműanyaggal erősített rézsűk és talajtámfalak alkalmazása, így különös figyelmet érdemel ezen szerkezetek viselkedésének tanulmányozása és megértése. Általánosan elmondható, hogy minden erősített talajszerkezet teherbírási határállapotát külső és belső stabilitásvesztés formájában kell vizsgálni. A belső stabilitást általában a talaj és az erősítés közötti kölcsönhatás határozza meg, mely súrlódás vagy passzív földellenállás formájában jön létre. A tönkremenetelt ez esetben a talaj és az erősítés közötti kapcsolat elnyí-

2 ródása, az erősítés elszakadása vagy az erősítő elem passzív zónából való kihúzódása jelenti. A kapcsolat elnyíródása a csúszólapnak az erősítő elem felületén történő kialakulását eredményezi. A belső stabilitás ellenőrzésekor feladatunk azon tengelyirányú húzóerők meghatározása, melyeket az erősítésnek az aktív zónában kell átvenni, és a passzív zónába kell hárítani. A külső állékonyság elvesztését jelentő határállapotok közé tartozik minden olyan tönkremenetel, mely során az erősített földtömeg merevtestszerűen mozdul el. Ilyen eset az altalaj teherbírásának kimerülése, talajtörés, elcsúszás, az erősített földtömeg körüli csúszólap kialakulása és talajfalak esetén a dőlés jellegű tönkremenetel. Összetett állékonyságvesztésnek nevezzük az egyes erősítő elemek tönkremenetele melletti külső csúszólap kialakulását. A használhatósági határállapot elérését jelentheti az erősítés túlzott mértékű megnyúlása és az erősített tömeg nem megengedett mértékű alakváltozása. Utóbbi esetben beleértve az altalaj süllyedését, a háttöltés konszolidációját, nyírási deformációt és túlzott mértékű kúszást. SZABVÁNYI HÁTTÉR Az erősített talajszerkezetek tervezéséhez több szabvány és nemzeti melléklet is ad útmutatást, mint például a francia NF P , holland CUR, vagy a norvég NORGEOSPEC szabványok, érdemes azonban kiemelni néhányat, melyek az erősített talajtámfalak és rézsűk tervezésének alappillérei. Ilyen az Európában elterjedt brit és német talajerősítési szabvány, a legrégebbi és gyakorlat szempontjából legkörültekintőbb amerikai talajerősítési szabvány, illetve a speciális körülményeket figyelembe vevő és biztonság tekintetében precíz hongkongi útmutatás. A német útmutatás kivételével a fenti eljárások különbséget tesznek talajfalak és erősített rézsűk között a szerkezet dőlésszögének függvényében. A szabványok az eljárások között éles határt szabnak, a 70 -nál meredekebb szerkezetek talajfalakként működnek, az ennél laposabbak rézsűként. Egyéb megkülönböztetést a brit szabvány oly módon tesz, hogy a 45 -nál meredekebb rézsűk esetén erózióvédelem szükségességét írja elő, emellett pedig az amerikai szabvány eltérő felületvédelmi eljárást mutat be a 45 -nál meredekebb illetve laposabb szerkezetek esetére. A különböző hajlású szerkezetek eltérő viselkedését minél pontosabban a hongkongi szabvány igyekszik követni. A 70 -os határ megállapítása mellett néhány ellenőrzés során megkülönbözteti a 60 -nál laposabb és meredekebb rézsűknél alkalmazható eljárásokat a vizsgálati módszerrel kapott eredmények pontosságának érdekében. Az előzetes geometria felvételére minden szabvány esetén azonos útmutatást kapunk, így az erősítő elemek hossza (0,7*H, ahol H a szerkezet

3 magassága) és függőleges távolsága (0,3-0,6 m) ökölszabályként felvehető érték. A felületvédelemmel kapcsolatban megjegyzendő, hogy a talajtámfalak felületét védő szegmensek merevítő hatását egyetlen szabvány sem veszi figyelembe, csupán a felületvédő elemek, és az erősítő geoműanyag rétegek közötti kapcsolat kialakítására illetve ellenőrzésére kapunk útmutatást. Biztonsági tényezők alkalmazását tekintve a különböző eljárások nehezen összeegyeztethetők. Az amerikai útmutatás nem alkalmaz osztott biztonsági tényezőt, a vizsgálandó tönkremenetelhez szükséges parciális tényező-csoportok kombinálását különböző tervezési eljárásokban egyedül a német szabvány alkalmazza az Eurocode szabványcsaládnak megfelelően. Ez utóbbi eljárást a BS kötet is tartalmazza, azonban a meghatározott parciális tényezőket nem ajánlja erősített szerkezetekhez. Így mind a brit, mind a hongkongi szabvány azonos elven egy tervezési eljárást alkalmaz az erősített szerkezetek tönkremeneteleinek vizsgálatára, az egyes határállapotok vizsgálatát csupán eltérő teherkombinációk ajánlásával különbözteti meg, illetve eltérően a többi szabványtól a tönkremenetel gazdasági következményeit egyedi biztonsági tényezővel veszi figyelembe az ellenállás oldalon. Az egyes szabványok által alkalmazott tervezési eljárások rövid bemutatása az 1. táblázatban láthatók. A táblázat csak az egyes tönkremenetelek vizsgálatának tömör elvét tartalmazzák azok részletezése nélkül. Az erősítő elemek szakítószilárdságának meghatározása a tartós húzószilárdság tényezőinek felvételében különbözik. Míg a brit és a hongkongi eljárás egyetlen értékkel osztja a kezdeti szilárdságot mely kizárólag a gyártó utasításával vehető fel, és figyelembe veszi a degradáció minden komponensét, addig a német és amerikai útmutatás az anyag típusától és beépítés körülményeitől függően ajánl redukáló számértékeket a különböző degradáló hatásokhoz. Mindkét szabvány figyelembe veszi a kúszás hatását, a szállítás és beépítés során felmerülő bizonytalanságokat és az időjárás és hőmérséklet-ingadozás miatti károsodást, a német pedig ezen kívül még a kapcsolatok gyengítő hatását és a dinamikus terheket. Meg kell itt azonban jegyezni, hogy a gyakorlatban érdemesebb a gyártó által megadott értékekkel számolni.

4 1. táblázat Tervezési eljárások a bemutatott szabványok ajánlásával Brit Német Amerikai Hongkongi Erősítő elemek Szakadás Kihúzódás Tartós húzószilárdság > Erősítő elemekben ébredő húzóigénybevétel Súrlódás és kohézió figyelembe vétele Passzív földellenállás és súrlódás figyelembe vétele Csak súrlódás figyelembe vétele Talajtörés Hagyományos talajtörési ellenállás > Meyerhof-féle talpnyomás Elcsúszás: Stabilizáló és destabilizáló erők egyensúlyának ellenőrzése Belső állékonyságvesztés Erősített rézsű Talajtámfal Erősített rézsű Talajtámfal Ékstabilitás vizsgálata (45 +f/2 meredekségű csúszólap csak megoszló terhelés működése esetén, egyébként csúszólap a max. húzóerő keresésével) Kettős-ék módszer (csúszólap a max. húzóerő keresésével) vagy körcsúszólapos eljárás lamellákra osztással ~az erősített tömbön Kettős-ék módszer (csúszólap a max. húzóerő keresésével) és ékstabilitás vizsgálata 45 +f/2 meredekségű csúszólappal Kettős-ék módszer (csúszólap a max. húzóerő keresésével) ~ az erősített tömbön ~az erősített tömbön és a tömb mögötti 45 +f/2 szögű csúszólap által bezárt talajzónán Kettős-ék módszer (csúszólap tapasztalati úton) és 45 +f/2 meredekségű csúszólap 82 -nál meredekebb támfalaknál, egyéb esetben empirikus képlet alkalmazásával Körcsúszólapos vizsgálat (a max. húzóerő tapasztalati képlettel) ~az erősített tömbön és a tömb mögötti csúszólap által bezárt talajzónán Ékstabilitás vizsgálata (45 +f/2 meredekségű csúszólap függőleges falak esetén, egyébként csúszólap a max. húzóerő keresésével) Kettős-ék módszer (csúszólap a max. húzóerő keresésével) vagy körcsúszólapos eljárás lamellákra osztással

5 Amennyiben a fenti eljárásokat egy egyszerű mintapéldán alkalmazzuk, az egyes szabványok jól összehasonlíthatóak. Minden szabvány esetén vizsgáltam egy rézsű és talajtámfal belső és külső állékonyságának megfelelőségét, illetve elcsúszás és talajtörés elleni biztonságát geotextília és georács erősítés, illetve szemcsés és átmeneti töltésanyag alkalmazása esetén. A vizsgálatokat egy 8 m magas geoműanyaggal erősített szerkezeten végeztem el, az erősítő elemek hossza minden esetben 6 m, függőleges távolsága 0,5 m, a homlokzati hajlás a talajtámfalra vonatkozó eljárások esetén 80, erősített rézsű ellenőrzése esetén pedig 60 volt. A felszínen 10 kn/m 2 esetleges megoszló teher lett figyelembe véve. Az alkalmazott szemcsés illetve átmeneti talaj tulajdonságait a 2. táblázat tartalmazza és az alkalmazott geotextília és georács tulajdonságok a 3. táblázatban láthatók. 2. táblázat. Számítások során alkalmazott talajjellemzők Szemcsés talaj Átmeneti talaj Nedves térfogatsúly [kn/m 3 ] 19,0 19,0 Belső súrlódási szög [ ] Kohézió [kpa] 0 8 Összenyomódási modulus [MPa] Poisson tényező 0,3 0,4 3. táblázat. Számítások során alkalmazott geoműanyag paraméterek WG80 szőtt geotextília TT 090 GS georács Kezdeti szakítószilárdság [kn/m] Pecsétnyomási ellenállás [N] Átszúródási ellenállás [mm] 3 - Tömeg [g/m 2 ] Nyúlás max. terhelésnél hosszirányban [%] Nyúlás max. terhelésnél keresztirányban [%] 10 - Nyílásméret hossz-/keresztirányban [mm] - 220/20 Az eredmények alapján szinte minden esetben az erősítő elemek szakadása belső állékonyságvesztés - a mértékadó. Kivételt képeznek ez alól a brit szabvánnyal történő ellenőrzés során kapott eredmények, melyek esetén az erősítő rétegen, illetve altalajon történő elcsúszás a mértékadó. Ennek oka, hogy a brit szabvány alkalmazza a legkisebb redukciós tényezőt az erősítő elem tartós húzószilárdságának tervezési értékéhez. Amennyiben adott szabványon belüli értékeket hasonlítunk össze, a vá-

6 Biztonság rakozásnak megfelelően georács alkalmazása esetén nagyobb biztonsági értékeket kapunk kihúzódás és erősítésen történő elcsúszás vizsgálatakor a georács kedvezőbb súrlódási tulajdonságai, illetve a megjelenő passzív földellenállás miatt. Mindemellett általánosságban elmondható, hogy átmeneti talaj esetén annak ellenére, hogy a talaj kohéziója szerepet játszik az erősítő elemek és talaj kapcsolatának hatékonyabbá tételében, a kis súrlódási szög jóval kisebb biztonságokat eredményez, mint szemcsés töltésanyag alkalmazása esetén. A különböző szabványokkal történő ellenőrzés az 1. és 2. diagramokon látható biztonságokat eredményezte az egyes szerkezetek belső állékonyságvesztésének (geoműanyag szakadásának) vizsgálata során. A fentiekben is említett, brit szabvány által alkalmazott tartós szilárdsághoz tartozó kis redukciós tényező hatása a diagramokon jól látszik a brit szabvánnyal történő ellenőrzéssel kapott nagy biztonságok által. A különböző szabványok elemzése után nem mondható ki egyértelműen, hogy adott szabvány mennyire óvatos, vagy bátor a redukciós illetve növelő faktorok felvételében, alkalmasabb az ellenőrzésre, vagy túl sok közelítést tesz. Az ellenőrzések során talán legnehezebb feladatunk a geoműanyagok gyártó és típus specifikus tulajdonságainak megfelelő figyelembe vétele, melyre általában a szabványok útmutatást adnak, de amennyiben nem a gyártóra hagyatkozunk, különösen nagy biztonsággal tervezhetünk, akár a szakítószilárdsági értékek, akár a felületi interakciók felvételének tekintetében. 1. diagram. Belső állékonyságvesztés szemcsés talaj alkalmazása esetén különböző szabványok alapján 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 3,16 2,81 4,99 4,43 0,82 0,73 0,75 0,66 Talajfal - georács Talajfal - geotextília Erősített rézsű - georács Erősített rézsű - geotextília 1,40 1,24 0,92 0,92 0,93 1,11 0,82 0,82 brit német amerikai hongkongi

7 Biztonság 2. diagram. Belső állékonyságvesztés átmeneti talaj alkalmazása esetén különböző szabványok alapján 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 3,49 Talajfal - georács Talajfal - geotextília 3,10 Erősített rézsű - georács 1,90 Erősített rézsű - geotextília 1,69 0,89 0,92 0,64 0,41 0,49 0,45 0,37 0,44 0,57 0,40 0,79 0,81 brit német amerikai hongkongi ERŐSÍTETT RÉZSŰ VAGY TALAJTÁMFAL Mivel a szabványok az erősített rézsűk és talajtámfalak közötti viselkedésbeli különbséget a szerkezet dőlésszöge alapján ítélik meg, vizsgáltam a különböző meredekségű szerkezetek tönkremeneteli módjait, és annak az okát kerestem, hogy a támfalak és rézsűk méretezési eljárásait miért különböztetik meg az egyes szabványok. Minden esetben 10,0 m magas szerkezetet vizsgáltam, a geoműanyagok hossza pedig egységesen 7,0 m volt. A számításokat kétféle talajjellemző mellett végeztem el, az első esetben egyféle talajtípust alkalmaztam töltésanyag és alaprétegként is, majd alaprétegként egy kemény kőzetet modelleztem. Az alkalmazott szemcsés talaj belső súrlódási szöge 36, kohéziója pedig zérus. A georácsok tartós húzószilárdsága egységesen 50 kn/m és függőleges távolsága 0,5 m. A tönkremenetel módját 45, 51, 59, 68 és 78 fokos meredekségű szerkezeteken vizsgáltam végeselemes szoftver segítségével. Az 1. ábrán láthatók azok az abszolút elmozdulások, melyek egy típusú talaj alkalmazása esetén alakulnak ki a tönkremenetelkor. Megállapítható, hogy ebben az esetben a kialakuló csúszólap inkább globális illetve összetett állékonyságvesztést eredményez. A kialakuló tönkremeneteli ábrák folyamatos átmenetet mutatnak, a globális körcsúszólap a 60 meredekségű szerkezetnél már inkább a szabványok által ajánlott összetett, bilineáris csúszólaphoz hasonlít, ennél meredekebb esetekben pedig sík csúszólap jelentkezik. Így a szabványi ajánlásokkal összevetve a szerkezetek viselkedését legpontosabban az amerikai és a hongkongi szabvány követi. Az amerikai talajerősítési szabvány a 70 -nál laposabb szerkezetek esetén körcsúszólapot ajánl, efelett pedig sík vagy bilineáris csúszólapot, melyek jelen esetben viszonylag jól fedik a valóságot, azonban az 59 fokos esetben nem biztos, hogy visszaadják

8 a mértékadó esetet. Mivel a hongkongi szabvány az erősített rézsűk esetén (70 -nál laposabb) a két-ékes eljárást is mértékadónak tekinti, az eredményekkel tökéletes összhangban van. A diplomatikus német szabvány nem különbözteti meg az erősített rézsűket és talajtámfalakat, így az általa javasolt számításokkal jól közelíthetők a lenti eredmények. 1. ábra. Abszolút elmozdulás ábrák egységes talajtípus alkalmazása mellett, különböző meredekségű szerkezetek esetén a) 45 fokos rézsű b) 51 fokos rézsű c) 59 fokos rézsű d) 68 fokos talajfal e) 78 fokos talajfal A 2. ábrán láthatók azok az abszolút elmozdulások, melyek egy jó teherbírású altalaj mellé épült geoműanyaggal erősített szerkezet tönkremenetelekor következnek be. A geometria ilyesfajta felvételével az volt a célom, hogy a szabványok belső állékonyságvesztés módjára adott közelítő eljárásainak megfelelőségét keressem. Az ábrák alapján a 60 -os meredekségű szerkezet tönkremenetele nagyon hasonló a laposabb szerkezetekéhez és bilineáris csúszólappal közelíthető, míg a 70 -os vagy annál meredekebb esetben a tönkremenetel a sík csúszólapos vagy kétékes eljárásokhoz hasonlít. A fentiekhez hasonlóan azonban ebben az esetben sem húzható éles határ a különböző viselkedések között, az elmozdulások fokozatosan változnak a szerkezet meredekségének növekedésével. A szabványokat tekintve a 2. ábra eredményei alapján a szerkezetek viselkedésére és belső állékonyságvesztés vizsgálatára jó közelítést ad a brit és a hongkongi talajerősítési szabvány. A BS az erősített rézsűk vizsgálatát két ékes vagy körcsúszólapos eljárás segítségével oldja meg, míg a talajfalakét sík csúszólap segítségével. A hongkongi szabvány az előbbieket azzal egészíti ki, hogy talajfalak esetén mértékadónak tekinti a

9 Biztonság bilineáris csúszólapot is, mely felső szakasza a szerkezet hátsó felületén halad. Így ez utóbbi ajánlás a lenti ábrákat ez esetben is jól fedi. 2. ábra. Abszolút elmozdulás ábrák eltérő töltés és altalaj alkalmazása mellett, különböző meredekségű szerkezetek esetén a) 45 fokos rézsű b) 51 fokos rézsű c) 59 fokos rézsű d) 68 fokos talajfal e) 78 fokos talajfal A 3. diagramon a kapott biztonságok értéke látható a rézsűszög függvényében. Az eredmények alapján az ilyen erősített szerkezetek esetén inkább a globális állékonyságvesztés lehet mértékadó, és a várakozásoknak megfelelően a rézsű meredekségének csökkenésével a szerkezet egyre állékonyabb. Mindemellett a rézsűszög növelésével a belső állékonyságvesztés határállapota egyre nagyobb szerepet kap, és közel függőleges szerkezetek esetén épp olyan kritikus határállapot, mint a globális tönkremenetel. 3. diagram. Biztonságok a rézsűszög függvényében 3 2,5 2 Belső állékonyság Globális állékonyság 1, Rézsűszög [fok]

10 A fentiekben bemutatott eredmények alapján elmondható, hogy a geoműanyaggal erősített szerkezetek károsodásának mértékadó formája inkább globális vagy összetett állékonyságvesztés, mintsem egyetlen tömbként történő tönkremenetel elcsúszás vagy kiborulás formájában. Mindezek mellett azonban érdemes vizsgálni azt, hogy a szerkezeteket milyen esetekben érdemes tömbként vizsgálni és a különböző típusú csúszólapok mikor válnak mértékadóvá. Erre megfelelő szoftver a Geo5 program, mely az erősített talajtömb több különböző vizsgálatát is elvégzi és nem csupán a mértékadót emeli ki. A különböző ellenőrzések eredményei a 4. táblázatban láthatók. A szerkezet kiborulás és elcsúszás jellegű károsodásának vizsgálata a os meredekségű szerkezetek esetén jelenik meg, csak úgy, mint a kihúzódás jellegű tönkremenetel. A mértékadó vizsgálatok ez esetben is a csúszólap felvételét jelentik. A 4. táblázatban sárga színnel emeltem ki a mértékadó csúszólap alakot. 4. táblázat Különböző meredekségű rézsűk vizsgálata Geo5 program segítségével Rézsűszög [fok] Kiborulás Elcsúszás Elcsúszás erősítés mentén Kihasználtság [%] Szakadás Kihúzódás Kör alakú csúszólap Sokszög alakú csúszólap 45 0,0 0,0 5,3 0,9 0,0 76,1 50,8 51 0,0 0,1 8,5 1,3 0,0 76,5 55,5 59 0,8 3,0 9,7 8,1 0,3 74,5 74,4 68 3,6 8,3 9,0 17,6 0,6 71,3 81,1 78 8,6 14,6 11,1 28,8 1,1 67,7 89,6 A 60 -nál laposabb rézsűk esetén a kör csúszólap mértékadó, az ennél meredekebb szerkezeteknél azonban a sokszögvonalú. Érdekes eredmény, hogy a 60 -os meredekségű szerkezet esetén a két teljesen különböző csúszólap felvétele ugyanazt a kihasználtságot eredményezte annak ellenére, hogy a jelenség a szabványi ajánlások alapján a 70 -os szerkezetnél volt várható. Az eredmények valamelyest visszaadták az 1. és 2. ábrán látható jelenségeket, a 60 alatti meredekségű rézsűk mértékadó károsodása a körcsúszólap kialakulása, az ennél meredekebb szerkezeteké valamilyen sokszög vonalú tönkremeneteli felület. VALÓS KÁROSODÁSOK A geoműanyagok széleskörű elterjedése körülbelül az 1990-es évektől kezdődött meg, nem csoda, hogy a tönkremenetelek nagy része erre a kezdeti időszakra tehető, de fellelhető olyan eset is, mely az elmúlt évtized eredménye.

11 A Yeager Repülőtér az 1940-es években épült a nyugat-virginiai Charlstoneban. A legfrissebb amerikai szabványi előírások miatt a kifutó 150 méterrel történő hosszabbítására volt szükség ben a körülbelül 90 méter magas rézsű meghosszabbítását egy georáccsal erősített, 1:1 hajlású, 74 m magas rézsű beépítésével tették lehetővé. A háttöltés anyaga főképp durvaszemcsés kőzúzalék volt, finom szemcsés frakciója körülbelül 50%. A területen több mint 100 kutatófúrás készült, a feltárások az altalajban mállott homokkövet és néhol agyagpala réteget mutattak ki. Az építési munkálatok 2007 tavaszán fejeződtek be, az épített töltés csaknem 6 évig tökéletesen viselkedett, mígnem tönkremenetele március 12-én következett be, egy heves esőzést követően a rézsű a Keystone Drive völgybe csúszott (3. ábra). 3. ábra. A Yeager reptér tönkremenetele és a károsodás modellezése A tönkremenetel okát végeselemes szoftverrel (Plaxis 2D) kerestem. A számítást egyszerűsítettem azzal, hogy a geoműanyag rétegek hosszát változatlanul hagyva azok függőleges távolságát növeltem, a szerkezet alsó szakaszán (14 m) 1 m-re vettem fel a beépített 0,45 m helyett, a felsőbb szakaszokon (23 és 37 m) pedig 2, majd 7 méterre az alkalmazott 0,9 m helyett. Az így elhelyezett egyes georácsok húzószilárdságát és normálmerevségét ennek megfelelően arányosan vettem fel úgy, hogy a különböző szerkezeti szakaszok együttes merevsége és szilárdsága egyezzen a beépített tulajdonságokkal. A feltárások során megjelenő palaréteg modellezésével a valós tönkremeneteli formához hasonló csúszólapot eredményezett a számítás, bár a felszínen közel függőleges csúszólap alakot a modellek kevésbé adták vissza, ennek oka, hogy a tapasztalatok szerint a Plaxis program nem veszi figyelembe az ilyen tönkremeneteli alakot. A kapott tönkremeneteli forma a 3. ábrán látható. Az ilyen numerikus vizsgálatok a gyenge alapréteg pontos helyzetét aligha

12 tárhatják fel, azonban jelenlétének valószínűségét alátámasztják. Az eredmények alapján feltételezhető a ferde településű palaréteg elhelyezkedése a töltés alatt. A tönkremenetelt okozó palaréteg belső súrlódási szöge zérus, kohéziója pedig 20 kpa volt. Mivel az erősített töltés a megépülést követően évekig állékony volt, a palaréteg felületén megrekedt szivárgó vizek felületi súrlódást csökkentő hatása eredményezhette a károsodást. Ezt alátámasztja az is, hogy a szakirodalom alapján a tönkremenetel egy esősebb időszakot követően következett be. Korea Chung-Nam tartományában egy gyorsforgalmi út létesítése során vált szükségessé egy mechanikailag stabilizált talajfal építése, mely 2004 júniusában fejeződött be. Az infrastrukturális fejlesztés során egy 150 m hosszú, és legfeljebb 7,4 m magas megtámasztó fal került megtervezésre és beépítésre a tervezett útvonal alatti töltés stabilizálása érdekében. A talajfal felületén 200 mm magas beton felületi elemeket helyeztek el erózióvédelem céljából. Erősítő elemekként magas szilárdságú polietilén georács rétegek szolgáltak. A felületi elemek mögött egy 30 cm vastag drénréteg került kialakításra zúzott kavicstöltés segítségével. A háttöltés agyagos homok, körülbelül 36%-os finomrész tartalommal. A tönkremenetel a fal befejezését követő esőzés során következett be 2004 júliusában. A csúszólap az erősített talajfal fölött indult, és a talajfal alatt futott ki. A tönkremenetel szép példa az összetett állékonyságvesztés jelenségére. A nagymértékű mozgások hatására a talajfal felületi elemei is károsodást szenvedtek, és a legmagasabb falszakasznál lokális állékonyságvesztés történt. A helyi tönkremenetel a fal tetején indult, az erősítő elemeket metszve a talajfal magassága mentén alakult ki és körülbelül a fal alapsíkjánál futott ki (4. ábra). A tapasztalat azt mutatja, hogy még heves esőzések után sem jelentkezik nagy mértékű átázás a tönkrement töltésekben, az ilyen jellegű tönkremenetelek esetén valószínűbb, hogy a töltés nem megfelelő vízelvezetése miatt kialakuló szivárgó víz olyan réteget ér el a töltés alatt vagy mögött, mely felületén csökkenti a nyírószilárdsági paramétereket. Jelen esetben is ez lehetett a tönkremenetel oka, mindemellett pedig figyelembe kell venni azt is, hogy a talajfaltól 4 méterre vízfolyás található, mely a heves esőzések során a vízgyűjtő területről összegyűlt nagy mennyiségű vizet szállítja. A fentebb említett gyenge rétegen a megemelkedett talajvízszint növeli a pórusvíznyomást és csökkenti a súrlódást, mely szintén állékonyságvesztést okozhat. Az állékonyságvesztés okát ez esetben is végeselemes szoftver segítségével vizsgáltam (Plaxis 2D). A valós tönkremeneteli formát nem megfelelően működő alap esetén kaptam. Ilyen károsodás alakulhat ki akkor, ha a szerkezet vízelvezetése nincs megfelelően megoldva a szerkezet előtt vagy mögött és az átmeneti talajt átáztatott víz a szerkezet lábánál csök-

13 kenti a talaj nyírószilárdságát. Az átázást a magas talajvíz jelenléte is eredményezheti. 3. ábra. Koreai talajfal tönkremenetele és a károsodás modellezése Valószínű tehát, hogy a fal mögötti drénrendszer által összegyűjtött csapadékvíz vagy a megemelkedett talajvízszint a megtámasztó fal alatt átáztatta az átmeneti talajt, és ez a szerkezet elcsúszás jellegű tönkremenetelét, majd globális csúszólap kialakulását eredményezte. A feltételezést alátámasztja, hogy a szakirodalmi adatok alapján a fal vízszintes elmozdulása is jellemző volt a károsodásra. KONKLÚZIÓ Minden szabvány tartalmaz egyedi elveket, melyek mérlegelése a tervező feladata. Ehhez elengedhetetlen az, hogy tisztában legyünk a geoműanyagok gyártó specifikus tulajdonságaival, működésével és talajjal való kapcsolatának jellemzőivel. Az egyes szabványok mintapéldákon keresztül történő összehasonlítása jól demonstrálta azt, hogy a különböző elvek és parciális tényezők mennyire eltérő biztonsági értékeket eredményezhetnek. A vizsgálatok alapján elmondható, hogy a globális állékonyságvesztésre hajlamos szerkezeteknél a különböző csúszólapok között körülbelül 60 os meredekségű szerkezeteknél lehet határt húzni és ilyen elrendezés esetén a globális illetve összetett állékonyságvesztési alakokat az amerikai és hongkongi szabványi utasítások fedik legjobban. Amennyiben azonban belső állékonyságvesztést vizsgálunk, a különböző meredekségű szerkezetek közötti határ inkább 70 -ra tehető és a tönkremenetel alakját a brit és a hongkongi talajerősítési szabvány közelíti a legpontosabban. Mindezek ellenére a szerkezetek viselkedésbeli különbségeire alapozva nehezen mondható ki az, hogy erősített rézsűk és talajtámfalak

14 között éles határ húzható. Általánosan megjegyezhető, hogy a geoműanyaggal erősített szerkezetek kritikus tönkremeneteli határállapotát globális illetve összetett állékonyságvesztés formájában kereshetjük. A 75 -nál meredekebb talajfalak esetén a belső állékonyságvesztés már szintén mértékadó lehet. A különböző szerkezetek hagyományos módszerekkel történő vizsgálata kimutatta, hogy az erősített talaj tömbként történő állékonyságvesztése aligha mértékadó, ennek ellenére a támfalszerű viselkedés 60 -nál meredekebb szerkezetek esetén jelentkezik. Szintén a 60 -os rézsűszöghöz köthető, hogy az ennél laposabb szerkezetek esetén körcsúszólap vizsgálata, ennél meredekebb esetben pedig inkább sokszögvonalú csúszólap alkalmazása mértékadó. Bármennyire is jól legyen megtervezve egy szerkezet, a károsodást számos olyan tényező befolyásolja, melyekre a tervezés során tapasztalattal nem rendelkező mérnök aligha gondol. A mintapéldák segítségével kapott biztonsági értékeken látható, hogy az átmeneti talajok beépítésével mekkora kockázatot vállal a tervező, a valós károsodások vizsgálata pedig alátámasztotta ezt. Nem csak a talaj minősége, de a nem megfelelő geoműanyag, vízelvezetés és a környezeti hatások hiányos feltárása is okozhat problémát, a talajvíz vagy átnedvesedés hatása pedig különösen kiemelendő faktor, főképp átmeneti talaj beépítése esetén. IRODALOMJEGYZÉK BS8006:1995 Strengthened/reinforced soils and other fills, 1995 EBGEO - Recommendations for Design and Analysis of Earth Structures using Geosynthetic Reinforcements, 2011 Floss, R.: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straβenbau, Kommentar mit Kompendium Erd- und Felsbau, 1997 Victor Elias; Barry R. Christopher and Ryan R. Berg: Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes Design and Construction Guidelines, U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration, 2001 Geoguide 6, Guide to Reinforced Fill Structure and Slope Design, 2002 CIRIA, Rationalisation of Safety and Serviceability Factors in Structural Codes, Construction Industry Research and Information Association, Report No. 63, London, 1977 Jiang, C.H.: Case study of high steep reinforced slopes, Master thesis, Civil Engineering Department, National Chi-Nan University, 2006 John M. Lostumbo: Yeager Airport Runway Extension: Tallest Known 1H:1V Slope in U.S., 2010

15 Czap Zoltán: Esettanulmány Leszakadt 80 m-es épített rézsű, Ráckeve, 2015 Chungsik Yoo, H.S. Jung & H.Y. Jung: Lessons Learned from a Failure of Geosynthetics-Reinforced Segmental Retaining Wall