Vasalt talajtámfalas hídfők

Átírás

1 Vasalt talajtámfalas hídfők Szilvágyi Zsolt Széchenyi István Egyetem, 9026 Győr, Egyetem tér 1. Multidiszciplináris Műszaki Tudományi Doktori Iskola Tel: Kivonat: A vasalt talajtámfalak építése a nemzetközi építőipari gyakorlatban nagy múltra tekint vissza. Az eljárás bevezetését követően az 1960-as évektől napjainkig számos ezen az elven alapuló támfal készült. Jelen tanulmányban a vasalt talajtámfalak hídfő szerkezetként való alkalmazásának lehetőségeit kívánjuk bemutatni, valamint áttekintjük a nemzetközi tervezési, kivitelezési tapasztalatokat, végül bemutatunk néhány megvalósult hídfőt. Kulcsszavak: vasalt talajtámfal, hídfőtervezés 1. Bevezetés Magyarországon az elmúlt évek nagy infrastruktúra fejlesztési programjai kapcsán rendkívül sok közúti és vasúti hídépítési feladat volt. E feladatokban a felszerkezet típusának megválasztása mellett az adott építési helyszín geotechnikai adottságainak figyelembe vétele és az alapozás ezzel összhangba kerülő, gazdaságos megoldása is kiemelt fontosságú. A szerkezet terheit az altalajra a közbenső pillérek és a hídfők, azaz a híd támaszai vezetik le. A közbenső pillérek alapozása az egyszerűbb statikai viselkedés miatt az elvárt alapvető funkcionális, gazdaságossági és ütemezési szempontokat is figyelembe véve könnyebben megtervezhető. Ezzel szemben a hídfők rendkívül érzékeny, nagy körültekintést igénylő szerkezetek, hiszen itt gyakran gyenge altalajon találkozik a rendszerint nagy terhelésű és általában süllyedésre érzékeny felszerkezet és a gyakran magas, nagy süllyedést okozó háttöltés. Az egymásrahatások statikai következményei mellett az altalaj elhúzódó konszolidációja miatt sokszor ütemezési problémákat is meg kell oldani. Jelen tanulmányban a vasalt talajtámfalas hídfők alkalmazásának lehetőségei, valamint a tervezés menete kerül röviden bemutatásra Jellemző hazai hídfőszerkezetek A hazai gyakorlatban régebben a síkalapozású, súlytámfalas hídfőket alkalmazták a leggyakrabban, ezáltal rövidebb, olcsóbb felszerkezet készülhetett, az alépítmény viszont gyakran szükségtelenül nagy és drága lett. Ennél a megoldásnál főleg a felszerkezetről átadódó vízszintes erőkre való tervezés és az alap építéséhez szükséges munkagödör kialakítása jelentett geotechnikai nehézséget. 1

2 A közelmúltban ezzel szemben szinte már egyetlen típusmegoldásként a rejtett hídfős kialakítást alkalmazták. Ebben az esetben a hídfő a háttöltésben kialakított lavírsíkról kerül lealapozásra, rendszerint két, újabban inkább egysoros cölöpalapozással, a hídfő elé pedig előtöltés kerül. A közvetlenül érintkező, általában 6-10 m magasságú háttöltés és hídszerkezet ennél a megoldásnál eltérő alapozású, hiszen míg a háttöltés síkalapként az eredeti terepszín közelében adja át terheit, addig a cölöpök a felszerkezet teljes terhét az általában mélyebben fekvő teherbíró alaprétegig továbbítják. Az eltérő alapozási mód eltérő alakváltozási viselkedést eredményez, ezáltal jelentős süllyedéskülönbségek alakulhatnak ki hídfő és háttöltés között. A süllyedéskülönbség hatása csökkenthető ugyan kiegyenlítő lemezzel, de teljesen nem szüntethető meg. További problémát jelent, hogy a szoros építési határidők miatt legtöbbször nincs idő kivárni a háttöltés konszolidációját, így cölöpözés után a töltés alatti altalaj még gyakran jelentős összenyomódásokat szenved, ezáltal negatív köpenysúrlódást ébreszt a cölöpökön. E hatást elkerülendő gyakran speciális mélyépítési eljárásokat alkalmaznak, melyek jellemzően időigényesek és ráadásul nagyon költségesek. Tervezési nehézségként megemlítendő még a felszerkezetről érkező vízszintes erő, hiszen ebben az esetben cölöpökkel kell felvennünk ezt az erőt, ill. nyomatékot. A nyomaték miatt indokolt több soros cölöpcsoportot alkalmazni és emellett általában meg kell erősíteni a cölöpök vasalását is. Egyre gyakoribb azonban, hogy takarékossági okok miatt egysoros cölöpkiosztást terveznek, ami még nagyobb cölöpigénybevételekkel jár. Mindezekből látható, hogy a rejtett hídfős megoldások nem problémamentesek, kizárólagos alkalmazásuk egyáltalán nem indokolt. Sok esetben alternatívája lehetne ennek pl. a vasalt talajtámfalas hídfő, mely világszerte elterjedt, és bár már a hazai gyakorlatban is alkalmazták, a későbbiekben részletezendő okok miatt Magyarországon eddig széleskörűen nem tudott elterjedni Vasalt talajtámfalak alapelve A vasalt talajtámfal egy olyan megtámasztó szerkezet, amelynél a megtámasztó hatást acél (vagy műanyag) szalagokkal együttdolgoztatott talajtömeg fejti ki. A szerkezet homlokfala egy jellemzően vékony (10-20 cm) előregyártott vasbeton elemekből összeálló fal, amelynek hátoldalán acél vagy műanyag elemekhez rögzítenek acélszalagokat, vagy műanyag szalagokat, esetleg rácsokat ábra: Vasalt talajtámfalas hídfő Stoneybrook-ban (USA)

3 A homlokfal egy kiegyenlítő monolit beton gerendán áll, melynek tartószerkezeti szerepe nincs, csupán a homlokelemek megfelelő helyzetét biztosítja. Az egyes homlokelemek hornyokkal ill. csapokkal kapcsolódnak egymáshoz, lezárásként pedig egy előregyártott vasbeton elem kerül a fal felső élére. Az elemek kapcsolódásánál a talaj esetleges kipergését geotextília akadályozhatja Vasalt talajtámfalak építése A támfal építése a következő lépésekben foglalható össze: a kiegyenlítő gerendára leállítják az első sor homlokelemet, rögzítik az elemek hátlapjához a legalsó szalagokat, feltöltik és tömörítik a támfal mögött az első réteg kitöltő szemcsés anyagot, a betöltött rétegre lefektetik és a homlokfalhoz rögzítik a következő sor szalagot, majd ismétlik a betöltést és szalagok behelyezését, miközben folyamatosan szintenként emelik homlokfalat is. 2. ábra: Vasalt talajtámfal építése A kitöltő szemcsés anyag kiválasztása és tömörítése fontos minden vasalt támfal esetén, de különösen az, ha hídfőként épül. A homlokfal közelében azonban rendkívül körültekintően kell tömöríteni, hogy a szalagok sérülése a rögzítésnél elkerülhető legyen. 2. Vasalt talajtámfalas hídfők kialakítása 2.1. A hídfők alakja Két fő típust különböztethetünk meg vasalt talajtámfalas hídfők esetében: zárt hídfőket párhuzamos szárnyfallal és nyitott hídfőket merőleges vagy ferde szárnyfallal. A típus kiválasztását a helyi körülmények, helyszínrajzi adottságok befolyásolják. Zárt hídfőnél a hídra vezető háttöltést is vasalt talajtámfallal támasztják meg, ez 3

4 hosszabb, magasabb háttöltések esetén különösen kedvező megoldás. A homlokfal és a szárnyfal élénél speciális sarokelemmel biztosítható az együttdolgozás. 3. ábra: Zárt hídfő párhuzamos szárnyfalakkal A szárnyfalak futhatnak a híd tengelyére merőlegesen, vagy a tengellyel (bizonyos korlátok között) tetszőleges szöget bezáróan, ebben az esetben nyitott hídfőről beszélhetünk. A hídfő lehet íves kialakítású, vagy törtvonal alaprajzú, igazodva az átvezetett út vagy vasút vonalvezetéséhez. 4. ábra: Nyitott hídfő íves szárnyfalakkal Törtvonalú nyitott szárnyfalak esetén külön előny, hogy egy esetleges utólagos pályaszélesítés vagy újabb híd melléépítése könnyen megvalósítható. 4

5 2.2. Teherátadás síkalappal 5. ábra: Nyitott hídfő törtvonalú szárnyfalakkal A vasalt talajtámfalas hídfők egyik legnagyobb előnye, hogy a legtöbb esetben síkalappal adható át a felszerkezet terhe a megerősített vasalt talajtömegre. A felszerkezet támasza így közvetlenül a háttöltésre kerül, mely vasalásának, együttdolgozásának segítségével képes a terheket az altalajra továbbítani. Ezáltal a háttöltés és a híd támaszaként szolgáló síkalap alakváltozásai nem térnek el egymástól, süllyedéskülönbségek nem alakulnak ki. Jó anyagválasztással és gondos beépítéssel a töltés tömörödéséből származó süllyedések nagysága minimális lehet, de természetesen az altalaj összenyomódásával számolni kell. Kedvező altalajon és statikailag határozott felszerkezet esetén azonban nem kell a felszerkezet károsodásától tartani, a háttöltés és a síkalap pedig mindenképpen együtt mozog. A következőkben a nemzetközi gyakorlatból összegyűjtött konstrukciós elveket tekintjük át és bemutatjuk a jellemző kialakításokat. Brüggemann (2010) ajánlásai szerint a szerkezeti gerenda méretezésekor törekedni kell az egyenletes talpfeszültségeloszlásra és arra, hogy a talpfeszültség az állandó terhekből lehetőleg ne haladja meg a kpa-t. A síkalap középvonala legalább 1,0 m-re kerüljön a hídfő homlokfalától. Ezek a megfontolások tapasztalatokon alapulnak és általuk minimalizálható a szerkezeti gerenda süllyedése. Nagy fesztávolságú és nagy terhelésű hidak esetén a szerkezeti gerendát érdemes térdfallal kiegészíteni (6a. ábra), mely a híd dilatációs szerkezetének elhelyezését is lehetővé teszi. Szükség esetén a térdfalhoz csatlakoztatható kiegyenlítő lemez, de mivel az előbb említettek szerint a szerkezeti gerenda maga is a vasalt talajtöltésre van állítva, a hídfő és a háttöltés között számottevő süllyedéskülönbség nem alakulhat ki, ezért az úszólemez a legtöbb esetben elhagyható. Kisebb hidaknál a gerendákat összefogó végkereszttartót ráültethetik a síkalapon elhelyezett sarukra (6b ábra). 5

6 6. ábra: Szerkezeti gerenda térdfallal és anélkül Mint minden hídfőtípus esetén a gerendáknál (végkereszttartónál) itt is kellő helyet kell biztosítani a fenntartási munkákhoz szükséges hidraulikus emelőknek. Megjegyzendő azonban, hogy amennyiben az emelés helye nem a szerkezeti gerenda tengelyére esik, az emelés speciális terhelést jelent, melyet a szerkezet méretezése során figyelembe kell venni. A vasalt talajtámfal töltésanyagának megválasztása és a beépítés során a kellő tömörség biztosítása kiemelt fontosságú a süllyedések csökkentése érdekében. Nyilvánvaló, hogy vízre érzékeny töltésanyagok alkalmazása esetén a kivitelezést csak száraz időben szabad végezni, és a síkalap alatti, valamint a közvetlenül a homlokfal mögötti zónát, ahol csak könnyű tömörítő eszközöket szabad alkalmazni, érdemes vékonyabb rétegekben beépíteni. Rendkívül fontos az útpályáról a dilatációs szerkezeten esetlegesen befolyó vizek megfelelő összegyűjtése és elvezetése. Meg kell akadályozni, hogy a szerkezeti gerenda alá víz folyhasson be, hiszen az kimoshatja a finomszemcséket, ami mozgásokhoz vezethet. Ezért a szerkezeti gerenda felületét megfelelő lejtéssel és vízelvezető csatornákkal kell kialakítani (7. ábra). E csatornákat a híd üzemelése alatt időközönként ellenőrizni, tisztítani kell, ehhez a zsompokat, szerelőnyílásokat megközelíthető helyeken kell elhelyezni. 7. ábra: Vízelvezetés lehetséges megoldásai 6

7 Ha a hídfő helyén az altalaj kompresszibilis, a szerkezet építése előtt speciális eljárásokkal javíthatjuk a kritikus talajrétegek teherbíró képességét. A geotechnikai viszonyoktól függően alkalmazható előtöltés, talajcsere, kavicscölöpözés, jet-grouting, meszes talajstabilizáció, vagy egyéb talajjavítási technológiák. Ezek célja elsődlegesen a süllyedések mértékének csökkentése és időbeni elhúzódásuk korlátozása Teherátadás cölöpökkel A legtöbb esetben tehát esetleg az altalaj javítása után síkalapos hídfő készülhet az erősített vasalt talajtámfalas töltésen. Speciális esetekben, pl. rendkívül gyenge talajkörnyezet vagy süllyedésre igen érzékeny szerkezet esetében azonban cölöpalapozású hídfőoszlopokkal is kombinálható a vasalt talajtámfalas szerkezet. E megoldásban a vasalt talajtámfal feladata csupán a háttöltés megtámasztása, mint hagyományos támfalak esetén, a felszerkezet terheit pedig oszlopok közvetítésével cölöpök továbbítják az altalajra. A két alaptípust különböztethetünk meg: az oszlopok olyan távol vannak a homlokfaltól (akár előtte, akár mögötte elhelyezve), hogy statikai viselkedésük attól függetlenedik, az oszlopok közvetlenül a homlokfal mögött helyezkednek el, így egymásrahatásukat is figyelembe kell venni. A 8. ábrán a homlokfal elé kihozott megoldások láthatók. Ez a kialakítás a felszerkezet hosszcsökkenését eredményezi, ami összességében általában gazdaságosabb. A cölöpök tengelye és a vasalt talajtámfal homlokfala közötti távolságot befolyásolja a cölöpösszefogó gerenda mérete (egy- vagy többsoros cölöpcsoport), ill. a kivitelezéshez szükséges hely. A felmenő szerkezet lehet egy sor oszlop, felül egy fejgerendával összefogva, vagy egy zárt vasbeton fal (hídfőfal) is, mely karcsúbb lehet a hagyományos hídfőknél alkalmazottaknál, hiszen a háttöltés megtámasztásának feladatát itt a vasalt talajtámfal látja el. 8. ábra: Homlokfal elé kihozott felmenő szerkezet megoldási lehetőségei Esztétikai és szerkezeti okokból az oszlopok (és alattuk a cölöpök, ha azon állnak) esetenként a vasalt talajtámfal homloksíkja mögé kerülnek. A szalagokat ilyenkor az oszlopok között kell elvezetni, ami körültekintő tervezést és kivitelezést igényel. Ennek a megoldásnak a hátránya, hogy az oszlopokat jóval a homlokfal mögé kell állítani, 7

8 hogy elegendő hely legyen a cölöpösszefogó gerenda és a támfal készítésére, ezáltal viszont megnő a felszerkezet hossza. E probléma elkerülésére kellő teherbírású altalaj esetén alkalmazható a 9. ábrán vázolt megoldás. Ebben az esetben a homlokfal és a felmenő szerkezet (pillérek) egy közös síkalapra kerül. A homlokfal elemei ilyenkor speciális előregyártott elemek, melyekhez monolit vasbeton pillérek kapcsolódnak. A monolit vasbeton pilléreket a támfal elkészülte után betonozzák, mikor az esetleges süllyedések már kialakultak. A kibetonozás után azonban a homlokfal és a pillér merev szerkezetként együttdolgozik, így utólagos süllyedések a homlokfalban másodlagos igénybevételeket okozhatnak. Ezt a megoldást emiatt csak jó teherbírású altalaj esetén alkalmazzák. A vízszintes erők felvételére a szerkezeti gerendához is csatlakoztatnak szalagokat, így azok által a felszerkezetről érkező vízszintes erők azonnal és közvetlenül átadódnak a töltésre, anélkül, hogy a pilléreket terhelnék. Mivel e típust csak kedvező altalaj esetén alkalmazzák, a kiegyenlítő lemez rendszerint elhagyható. 9. ábra: Homlokfal és felmenő szerkezet egy közös síkalapon 3. Vasalt talajtámfalas hídfők méretezése Bár az általános méretezési és kivitelezési alapelvek a támfalként történő alkalmazástól lényegében nem térnek el, hídfők esetén különös figyelmet kell fordítani a híd támaszáról átadódó függőleges és vízszintes koncentrált erőbevezetés hatásaira, valamint a gyakran süllyedésérzékeny felszerkezet miatt az alakváltozásokra is. A nagy felszíni terhek miatt a szalagokban ébredő feszültségek eloszlása is eltérhet attól, amit a támfalak esetében megszoktunk. Hídfők esetén is igazodni kell a felépítmény szerkezetéből, a kivitelezés ütemezéséből és a geotechnikai adottságokból adódó peremfeltételekhez. A nemzetközi gyakorlatban általában alkalmazott, hagyományos földstatikai elveken nyugvó eljárást a következőkben Brüggemann (2010) nyomán mutatjuk be. Lényegében ugyanezt a módszert alkalmazza az amerikai gyakorlat is (Wu és tsai, 2006). Megjelent viszont e szerkezetek méretezésében is a véges elemes analízis (Wu és tsai, 2006; Detert és Alexiew, 2010) is. 8

9 3.1. Hagyományos méretezési eljárás A méretezés alapjai Miután számos igen magas és nagy terhelésű támfalszerkezet épült vasalt talajtámfalként, az 1960-as évek végén hídfőszerkezetek építésére is elkezdték alkalmazni az eljárást, felismervén a szerkezet azon előnyét, hogy alakja eléggé szabadon formálható és igazítható a hídfő csatlakozó részeihez. Modellkísérletek, próbabeépítések (Bastick és Segrestin,1993; Kuibboer, 1993, Wu és tsai, 2006), megépült szerkezetek monitoringja (Buseck és Thamm, 1981; Sondermann, 1983), valamint az említett számítógépes szimulációk alapján dolgozták ki a méretezés módszerét. Ezt fogjuk a következőkben Brüggemann (2010) nyomán ismertetni. Sok megépült és használat alatt álló vasalt talajtámfalas hídfőnél előzetesen mérőműszereket (nyúlásmérőket, feszültségmérőket stb.) helyeztek el a támfalban és mérték a felszerkezetről átadódó koncentrált erők hatásait. Hasonló mérési programok már korábban is voltak a hagyományos vasalt talajtámfalaknál. Ezáltal lehetőség nyílt az egyes szalagokban a terhelés hatására létrejövő húzófeszültségek terhelés előtti és utáni mérésére, s ezek eredményeit össze tudták vetni a hasonló elrendezésű támfalban lévő szalagok mérési eredményeivel is. A legigényesebb méréssorozatra 1984-ben Amersfoortban, Hollandiában került sor egy használatban lévő hídfőn. Itt 42 mérőpontot osztottak ki 8 szalagra, s megállapították, hogy a mérési eredmények kiválóan illeszkednek az elméleti számításokkal meghatározott értékekre (10. ábra) ben kiterjedt végeselemes számításokat végeztek, vizsgálták a vasalt talajtámfalas hídfő magasságának, a szalagok hosszának és kiosztásának, valamint a terhelés nagyságának és helyének hatását. Az eredmények grafikus összevetésével képet kaptak a tehernövekedés hatására a szalagokban létrejövő feszültségek alakulásáról, valamint azonos teherszinteken az említett geometriai és terhelési paraméterek hatásairól. 10. ábra: Húzófeszültségek mérése egy hídfőnél Amersfoortban, Hollandiában Teherfelvétel A modellkísérletek és a numerikus számítások eredményei is azt mutatták, hogy a szalagfeszültségek a híd terheiből és a háttöltés okozta földnyomásokból származó hatások szuperpozíciójaként számíthatók. 9

10 A híd függőleges terheinek hatását hasonlóan vizsgálhatjuk, mint egy keskeny teher alatt a végtelen féltérnek tekintett altalajban ébredő feszültségeket. Boussinesq megoldása erre kielégítő eredményt ad mind a homlokfallal párhuzamos, mind a homlokfalra merőleges eloszlás tekintetében (felvéve egy ekvivalens-szimmetrikus terhelést a fal síkja elé is). 11. ábra: Függőleges feszültségek a hídfő függőleges terhéből Boussinesq képlete szerint Mivel a híd terheiből keletkező függőleges feszültségek a mélységgel szétterjednek, az eredőjük támadáspontja egyre távolabb kerül a homlokfal síkjától. Ezáltal a mélységgel egyre növekvő nyomaték keletkezik, melyet a szerkezet stabilitásvizsgálata során figyelembe kell venni (11. ábra). A híd felépítményéről átadódó vízszintes erők és a térdfalra ható földnyomások egyaránt növelik ezt a nyomatékot, még ha ezek az erők túlnyomórészt közvetlenül a felső szalagokra adódnak is át. A támfal talajmegtámasztó hatásából keletkező feszültségeket a vasalt talajtámfalaknál alkalmazott hagyományos módszer szerint lehet megállapítani (pl. Wichter és Brüggemann, 2007). A számítás során figyelembe kell venni az együttdolgozó földtömeg önsúlyát és az arra a töltésről átadódó aktív földnyomást. Ezeket végül a hídról átadódó vízszintes és függőleges terhekből származó eredőkkel kell összegezni Törési mechanizmus Az egyes szalagokban tehát az előbbiekben vázolt két fő hatásból származnak a húzófeszültségek. A támfal megtámasztó hatásából a szokványos vasalt talajtámfalakban már megfigyelt helyeken lép fel a szalagok legnagyobb húzóereje, ehhez tartozik egy lehetséges törési felület, csúszólap. Széles síkalap (szerkezeti gerenda) esetén e csúszólap a homlokfal síkjától eltávolodik, a síkalap hátsó éléig tolódik. Ez a csúszólap azonban mindig a Coulomb-féle földéken belül helyezkedik el. A híd támaszán átadódó terhek hatására is kialakul egy potenciális csúszólap, mely nagyjából a síkalap középvonalától indul és az alap méretétől függően a homlokfalon bizonyos magasságban metsződik ki. Viszonylag keskeny alapszélesség esetén tehát a szalagok legnagyobb húzófeszültségei a homlokfal közelében keletkeznek (12. ábra). 10

11 12. ábra: Potenciális csúszólapok keskeny és széles szerkezeti gerenda esetén A szalagokra jutó feszültségek A kísérletekből nyert eredmények bizonyították, hogy a legnagyobb húzóerő nagysága (T m ) mind a két lehetséges csúszólap esetén azonos helyen ébred és a teljes függőleges feszültségtől függ: (1) ahol N a homlokfal egy négyzetméterére eső szalagok száma, a K szorzó pedig a támfal felső 6 méterén a nyugalmi és az aktív földnyomási szorzó (K 0 és K a ) között változik. Mivel két lehetséges törési felület alakulhat ki, ahol a szalagokban a húzófeszültség lokális maximumot érhet el, a szalagok dolgozó hosszának megfelelőségét mind a két esetre ellenőrizni kell. Viszonylag keskeny, közvetlenül a támfal homlokfala mögött elhelyezett szerkezeti gerendával tervezett hídfők esetén az alábbiakban részletezett gyakorlati méretezési eljárás alkalmazható. 13. ábra: Erők összegzése a számításhoz Minden felszerkezetről származó terhet egy F h vízszintes koncentrált eredőerővé és egy q függőleges megoszló eredőerővé redukálunk, mely a síkalap csökkentett alapfelületén hat. Ezt a függőleges terhet és a térdfal mögötti töltés függőleges terhét 11

12 (ahogyan a hagyományos vasalt talajtámfalak esetén is) egy q 0 egyenletesen megoszló teherrel és további pozitív és negatív megoszló terhekkel helyettesítjük, amelyek összegezve visszaadják az eredeti terheket. Ezután mindegyik megoszló teherösszetevőből számítjuk a szalagokra jutó feszültségeket (13. ábra). A szalagok hossz menti feszültségeloszlása Boussinesq képletével számítható: Az egyes teherösszetevőket összegezve mindegyik szalagra megkapjuk a homlokfal mögötti x távolság függvényében a rá ható függőleges feszültséget: A függőleges feszültség vízszintes szétterjedésének számításához felvehető egy csonkagúla, melyet oldalról a szárnyfalak korlátozhatnak. Ebből az eloszlásból számítható egy i csökkentő tényező a σ iv feszültséghez (14. ábra). A megoszló terhek szétterjedését egy y 0 mélységig kell figyelembe venni, ahol a legnagyobb teljes feszültség működik, azaz. A gyakorlatban y 0 az alábbi képlettel számítható: ahol b a homlokfal hátsó síkja és a szerkezeti gerenda hátsó éle közötti távolság, e pedig a fal megtámasztó hatásának vizsgálatából számítható külpontosság. A fölnyomásból és a felszerkezet vízszintes terhéből keletkező nyomatékhoz hozzá kell adni az egyes megoszló terhekből a feszültségszétterjedés hatásra létrejövő nyomatékokat (11. ábra): ahol és. E nyomaték miatt az összes függőleges erő eredője külpontos lesz (kivéve a teljes felületen megoszló q 0 terhelést), a külpontosság e. Ebből számítható egy egyenletesen megoszló ekvivalens függőleges feszültség, amellyel a további számításokat végezzük: (6) (2) (3) (4) (5) A függőleges feszültségek összege az alábbi képlet szerint számítható (15. ábra): (7) 14. ábra: Vízszintes feszültségszétterjedés 12

13 15. ábra: Függőleges feszültségek összegzése Potenciális csúszólapok Gyakorlati számításokban az egyik vizsgálandó csúszólap a szerkezeti gerenda közepétől indul függőlegesen, majd az alapszélesség kétszeresének megfelelő mélységben fut bele a homlokfalba. A másik csúszólap a vasalt talajtámfalaknál alkalmazott hagyományos számítások szerint vehető fel esetleg a szerkezeti gerenda hátsó élétől indulhat. 16. ábra: A két vizsgálandó potenciális csúszólap A szalagokban ébredő húzóerő az alábbi képlettel számítható mind a két csúszólaphoz: Az első csúszólapra α 1 =1,0 a síkalap középvonala alatti függőleges szakaszon. A homlokfalon α 0 =T 0 / T m, azaz adott mélységben a támfalaknál alkalmazott érték érvényes. A kettő között pedig α lineárisan interpolálható. A második csúszólapnál mindenhol α 2 =1,0-val számíthatunk. A homlokfal hátsó síkján az alábbi képlet érvényes: (8) 13

14 A β tényező a síkalap alatti függőleges szakaszon 0,85, majd a 2b mélységig lineárisan nő 1,0-ig. K értéke a terepszíntől 6 m mélységig K 0 és K a közt változik. A síkalap alatti b mélységbe eső szalagokban a számított húzóerő az alábbi taggal megnövelendő: A szalagok keresztmetszetének méretezésénél a korróziós hatásokat is figyelembe kell venni (lásd pl. Nürnberger, 1991) Kihúzódásvizsgálat A szalagok kihúzódásának vizsgálatánál mindkét potenciális csúszólapra igazolni kell a megfelelő L a szalaghosszt a hozzá tartozó T m1 és T m2 húzóerőkkel: Bordázott, nagy tapadású szalagoknál az f* súrlódási tényező a szalag hossza mentén függvényében változik: f* = 2,2 ha σ v = 0 és a háttöltés anyagára igaz, hogy C u > 10, d = 0,063 mm-nél finomabb frakció kevesebb, mint 12%; f* = tan φ, ha σ v 120 kpa (6,0 m mélység alatt), a kettő között lineáris interpoláció alkalmazható. A legkedvezőtlenebb a kihúzódás szempontjából az az építési állapot, mikor a feltöltés csak a homlokfal felső síkjáig készült el, de a teljes hídteher már rákerül a síkalapra. 4. Esettanulmányok Nyugat-Európában a vasalt talajtámfalas hídfők ugyanannyira elterjedtek, mint a hagyományos vasbeton vagy szádfalas hídfőszerkezetek. A következőkben néhány megvalósult hídon mutatjuk be a rendszer sokszínűségét és variálhatóságát. Franciaországban 2007-ben épült az A41-es autópályán a 17. ábrán látható vasalt talajtámfalas hídfővel tervezett híd. A hídfőkhöz cm vastag svájci kereszt formájú elemekből álló íves homlokfalat alkalmaztak, a homlokfal legnagyobb magassága 23,8 m, a híd fesztávolsága 35,0 m. (9) (10) (11) (12) 14

15 17. ábra: Íves vasalt talajtámfalas hídfő Franciaországban (La Ravoire) 2000-ben, szintén Franciaországban az A85-ös autópályán hat hídfő is vasalt talajtámfalas szerkezetként készült az SNCF vasútvonal feletti hidaknál, a legnagyobb fesztávolság 28,9 m, a legnagyobb hídfőmagasság 10,1 m volt. A 18. ábrán látható, hogy a hídfők egy része párhuzamos szárnyfallal, a többi pedig íves nyitott hídfőként épült. 18. ábra: Vasalt talajtámfalas hídfők vasút felett autópálya átvezetésére Amerikai példákat mutat a következő két kép. A 19. ábrán egy New Mexico-i íves híd párhuzamos szárnyfalú hídfőjét látjuk, az elemek felülete rusztikus, mely esztétikus látványt ad az amúgy robosztus, nagy magasságú hídfőnek. 19. ábra: New Mexico-i párhuzamos szárnyfalú hídfő 15

16 A 20. ábrán látható floridai gyalogos hídnál is a szép felületképzést érdemes megfigyelni. 20. ábra: Gyalogos híd vasalt talajtámfalas hídfője Floridában Magyarországon is épültek már vasalt talajtámfalas hídfők, főképpen autópályák hídjaihoz, de készült főúton és vasúti felüljárónál is. Egy jellemző hazai kialakítás látható a 21. és 22. ábrán. A nemzetközi gyakorlattól eltérően nálunk nyitottabb, H- alakú elemeket alkalmaztak, a terheket a homlokfal mögé épített oszlopok továbbították sík- vagy cölöpalapokkal az altalajra, a vasalást pedig üvegszál erősítésű poliészter szalag biztosította. 21. ábra: Vasalt talajtámfalas hídfő egy magyarországi autópályán 16

17 ggyakrabban azott hídfőtípus al a jó talajra állított alig süllyedt. s a szalagok süllyedése ha talajon nagyobb volt. t szalagok külpontos ptak. i szalagot az oszlopok ellett hagyni. 22. ábra: A hazai hídfőtípus metszete Sajnos a hazai tapasztalatok nem igazán kedvezőek, mivel számos hídfőnél több kisebb tervezési (konstrukciós) és kivitelezési hiba egymásra halmozódása miatt néhány hídnál a megépítést követő pár év elteltével káresetek következtek be, több hídfő leomlott, ill. tönkremenetelhez közeli állapotba került. A hibák és okok felkutatása jelen tanulmánynak nem célja, megemlítendő azonban, hogy a káresetek hatására a hazai hídszabályzatban megtiltották, hogy hídfőt vasalt talajtámfallal alakítsanak ki. Remélhetőleg a nemzetközi építőipari gyakorlatban gazdaságossága és rugalmas alkalmazhatósága, valamint esztétikus megjelenése miatt széles körben elterjedt hídfőtípus a közeljövőben Magyarországon is ismét alkalmazható lesz. 5. Összefoglalás Vasalt talajtámfalas hídfőket világszerte nagy számban alkalmaznak. A szerkezet jól igazítható a helyszínrajzi és szerkezeti kötöttségekhez, s kedvezőtlen talajmechanikai körülmények között is megbízható és gazdaságos hídfő alakítható ki vele. A megerősített háttöltés képes a ráhelyezett síkalap terheinek továbbítására, így elhárítható vele a hídfők egyik legnehezebben megoldható problémája, a háttöltés és a hídfő között létrejövő süllyedéskülönbség. Kedvező altalaj esetén ez által nincs szükség költséges cölöpalapozásra, valamint elmaradhat a hagyományos hídfőknél a süllyedéskülönbségek csökkentésére szolgáló kiegyenlítő lemez. Ha az altalaj kedvezőtlen, illetve a szerkezet 17

18 süllyedésérzékeny, a háttöltés megtámasztásának és a felszerkezeti terhek továbbításának feladata szétválasztható, s ilyenkor cölöpalapozással kombinált hídfő készülhet. A vasalt talajtámfalas hídfők tervezése jól kidolgozott, a nemzetközi gyakorlat kipróbált méretezési eljárásokat alkalmaz. Igényes kivitelezéssel tartós és igen gazdaságos szerkezeteket készítenek. A falak formája, az elemek felülete változatos és látványos lehet, így esztétikus megjelenésűkkel hozzájárulhatnak a hidak formavilágának megújításához is. A hazai fejlesztésű vasalt talajtámfalas hídfők kudarcára aránytalan válasz volt az ilyen szerkezetek teljes elvetése. Az erősített támfalak hazai alkalmazásának sikerei, valamint a számos nemzetközi példa a hídfőként való alkalmazás újragondolását indokolják. Irodalomjegyzék [1] Bastick, M., Schlosser, F., Segrestin, P., Amar, S., Canepa, Y.: Experimental reinforced Earth structure of Bourron Marlotte: Slender wall and abutment test, Reinforcement Des Sols: Experimentations en Vraie Grandeur des Annees 80, Symposium de Paris, ENPC pp , Paris, [2] Buseck, H., Thamm, B.: Messungen an einer Stützwand der Bauweise Bewehrte Erde, Bundesanstalt für Straßenwesen, pp.1-11, Köln, [3] Brüggemann, M.: Langjährige Erfahrungen des Tragverhaltens von Bewehrte- Erde-Brückenwiderlagern, Bautechnik, pp , Februar [4] Detert, O., Alexiew D: Physical analyses of geogrid-reinforced soil system for bridge abutments, From research to design praxis. Danube-European Conference. Bratislava, pp.1-8, [5] Kuibboer, C. P., Bastick, M., Segrestin, P.: Monitoring of a Reinforced Earth Bridge Abutment at Amersfoort, Symposium de Paris, ENPC, The Netherlands pp.1-11, [6] Nürnberger, U.: Korrosionsverhalten feuerverzinkter und schwarzer Bewehrungsbänder bei Bauwerken aus Bewehrter Erde, pp , Bauingenieur 66, [7] Sondermann, W.: Spannungen und Verformungen bei Bewehrter Erde, Mitteilungen des Instituts für Grundbau und Bodenmechanik, Technische Universität Braunschweig, Heft 12, pp.1-11, [8] Szepesházi, R.: Hídalapozások fejlesztése, 50. Jubileumi Hídászkonferencia, előadás anyag, ff Siófok, [9] Wichter, L.: Entwurf und Bemessung von Stützkonstruktionen aus stahlbewehrten Erdkörpern, Straße und Autobahn, pp , [10] Wu, J. T. H., Lee, K. Z. Z., Helwany, S. B., Ketchart, K.: Design and construction guidelines for geosynthetic-reinforced soil bridge abutments with a flexible facing, NHCRP Report 556., pp Washington DC,