GEOTECHNIKA II. NGB-SE GEOTECHNIKAI TERVEZÉS ALAPJAI

Átírás

1 GEOTECHNIKA II. NGB-SE GEOTECHNIKAI TERVEZÉS ALAPJAI félév

2 Szabványosítás áttekintése 2 EU-program valamennyi tervezett európai szabvány megjelenése 6 hónapos nemzeti bevezetési kötelezettséggel 2010 az Eurocode-okkal konfliktusban levő nemzeti szabványok kötelező visszavonása Hazai feladatok a magyar nyelvű változatok elkészítése nemzeti mellékletek elkészítése kiegészítő magyar szabványok és műszaki előírások készítése megértés-megtanulás segédletek, szoftverek készítése

3 Tartószerkezeti Eurocode-k 3

4 Geotechnikai tevékenység szabályozása 4 MSZE CEN ISO/TS Talajmintavétel technikai részletei MSZE CEN ISO/TS Laboratóriumi vizsgálatok technikai részletei MSZE CEN ISO/TS Terepi vizsgálatok technikai részletei MSZE CEN ISO/TS Talajvízmérések technikai részletei MSZ EN Geotechnikai vizsgálatok általános szabályai MSZ EN 1991 A tartószerkezeteket érő hatások MSZ EN 1998 Tartószerkezetek tervezése földrengésre MSZ EN Talajok és kőzetek leírása, osztályozása MSZ EN Geotechnikai tervezés általános szabályai MSZ EN Betonszerkezetk tervezése Betonalapok és -cölöpök MSZ EN Acélszerkezetek tervezése Cölöpök MSZ EN XX YY Geoműanyagok vizsgálata MSZ EN Geoműanyagok alkalmazása MSZ EN XX YY Mélyépítési szerkezetek, termékek MSZ EN XX YY Speciális geotechnikai munkák kivitelezése MSZ EN Speciális geotechnikai szerkezetek vizsgálata

5 MSZ EN : tartalom 5 1. Általános elvek 9 2. A geotechnikai tervezes alapjai Geotechnikai adatok Az építés műszaki felügyelete, megfigyelés, fenntartás Földművek, víztelenítés, talajjavítás és talajerősítés Síkalapok Cölöpalapok Horgonyzások Támszerkezetek Hidraulikus talajtörés Általános állékonyság Töltések 95

6 MSZ EN : tartalom 6 1. Általános elvek 2. A talajvizsgálatok megtervezése 3. Mintavétel és talajvízmérések 4. Terepi vizsgálatok 5. Laboratóriumi vizsgálatok 6. Talajvizsgálati jelentés tárgy, követelmények, értékelés, felhasználás a főbb vizsgálatokra mellékletekben sok hasznos korrelációs összefüggés és pl. cölöptervezéshez

7 Geotechnikai tervezés alapjai 7 EC fejezet Tervezési állapot Határállapot Tartósság Geotechnikai kategória Tervezési eljárások Karakterisztikus érték Tervezési módszerek

8 Alapfogalmak 8 Tervezési követelmények Tervezési állapot Valamennyi geotechnikai tervezési állapotra vonatkozóan igazolni kell, hogy egyetlen, az EN 1990:2002-ben értelmezett és veszélyesnek vélelmezhető határállapot túllépése sem következik be. A tervezett építmény környezeti körülményeinek, hatásainak saját méreteinek és anyagjellemzőinek az építés vagy az üzemelés közben kialakuló olyan együttese, melynek kialakulásakor a létesítmény vagy környezetének valamely teherbírási vagy használhatósági határállapota bekövetkezhet, ezért a jellemzők ezen együttesével leírható állapotot vizsgálni kell.

9 Tervezési állapot - határállapotok 9 MSZ EN 1990 (EC0) tervezési állapotok Ideiglenes Tartós Rendkívüli Szeizmikus MSZ EN 1990 határállapotok: Teherbírási (ULS) A tervezett szerkezet, a talaj vagy a környező építmények valamely részének törésjellegű tönkremenetele, mely a szerkezet rendeltetésszerű használatát lehetetlenné teszi, s általában a szerkezetet használókat, ill. környezetben lévőket veszélyezteti Használati (SLS) A tervezett szerkezet, a talaj vagy a környező építmények olyan mértékű elmozdulása, deformációja, mely annak rendeltetésszerű használatát megnehezíti vagy korlátozza

10 Teherbírási határállapotok 10 MSZ EN : STR: a tartószerkezet vagy a tartószerkezeti elemek, például a síkalapok, a cölöpök vagy az alapfalak belső törése vagy túlzott mértékű alakváltozása, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a szerkezeti anyagok szilárdsága jelentősen befolyásolja; GEO: a talaj törése vagy túlzott mértékű alakváltozása, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a talaj vagy a szilárd kőzet szilárdsága jelentősen befolyásolja;

11 Teherbírási határállapotok 11 MSZ EN : EQU: az egyetlen merev testnek tekintett tartószerkezet vagy talajtömb állékonyságvesztése, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a szerkezeti anyagok és a talaj szilárdsága nem befolyásolja jelentősen; UPL: a tartószerkezet vagy a talaj egyensúlyvesztése a víznyomás (felhajtóerő) vagy más függőleges hatás miatti felúszás folytán HYD: hidraulikus gradiens által a talajban okozott hidraulikus felszakadás, belső erózió vagy buzgárosodás EQU UPL HYD

12 Használhatósági határállapot 12 Süllyedés Süllyedéskülönbség Kihajlás Elégtelen szivattyúzás Szivárgás

13 Tartósság 13 A talajba kerülő anyagok tervezésekor a következőket kell vizsgálni: beton esetén agresszív anyagok, például savak vagy szulfátok előfordulása acél esetén a kémiai korrózió a talajvíz és az oxigén bejutása nyomán nyílt víznek kitett acélfalak felületi korróziója az átlagos vízszint táján repedezett vagy porózus betonba ágyazott acél pontkorróziója faanyagok esetén a gombák és aerob baktériumok oxigén jelenlétében kifejtett hatása szintetikus anyagok esetén az UV-sugárzás vagy az ózondegradáció öregítő hatása a hőmérséklet és a feszültség együttes hatása kémiai bomlás másodlagos hatásai

14 A geotechnikai tervezés szempontjai 14 Építmény, feladat funkció, rendeltetés, jelleg méret, elrendezés, tartószerkezetek típusa terhelés jellemzői élettartam speciális sajátosságok Építési körülmények építési időtartam, határidő, ütemezés technológiai kötöttségek minőségi követelmények vállalkozási sajátosságok korlátozások Talaj- és talajvízviszonyok geológiai adottságok talajrétegződés, talajjellemzők talajvízszint és ingadozása földrengésveszély speciális kedvezőtlen adottságok Helyszíni, környezeti adottságok meteorológiai, hidrológiai adottságok domborzat, növényzet a hely története szomszédos építmények, közművek közlekedés, megközelíthetőség speciális veszélyek

15 Geotechnikai kategória 15 Geotechnikai határállapot mérvadó Geotechnikai feladat bonyolultsága és kockázat értékelése geológiai adottságok tartószerkezet kockázati tényezők környezeti kölcsönhatás tervezési követelmény feltárási program geotechnikai eljárások szaktervezők számítási eljárások kivitelezési technológia tervezők közösen Geotechnikai kategória

16 Geotechnikai kategória 16 (Szepesházi, 2008)

17 Geotechnikai kategória 17 Az építmény kicsi és aránylag egyszerű? Az építmény nagyon nagy vagy szokatlan? A talajadottságok összehasonlítható helyszíni tapasztalatokból ismertek és elegendőek egyszerűek ahhoz, hogy rutin módszerek alkalmazhatók legyenek a tervezéshez és a kivitelezéshez? Ha a földkiemelés a talajvízszint alá ér, akkor helyi összehasonlítható tapasztalat áll rendelkezésre, hogy az egyszerűen fog menni? Felmerül szokatlan kockázat? Van szokatlan vagy kivételes talajréteg? Van szokatlan vagy kivételes terhelési viszony? Az építmény nagy szeizmicitású területre kerül? (Frank et al., 2004) A kockázat elhanyagolhatóan kicsi az általános álllékonyság és a talajelmozdulás vonatkozásában? Az építmény olyan területen van, ami csúszásveszélyes vagy folyamatos mozgásban van? 1. geotechnikai kategória 2. geotechnikai kategória 3. geotechnikai kategória

18 Építmények besorolása 18 Az Eurocode szerinti tervezés kockázati és megbízhatósági szintjei és kezelésük az igénybevételek módosító tényezőjével vagy a tervezés és/vagy a kivitelezés megfelelő ellenőrzési szintjeivel Kárhányad szerinti és megbízhatósági osztály illetve ellenőrzési szintek megbízhatósági index minimális értékei 1 éves referenciaidőszak 50 éves referenciaidőszak Tönkremenetellel járó veszteség Igénybevételek módosító tényezője K FI Jellemzők Tervellenőrzés szintjei DSL Ajánlott minimális követelmények a számítások, a tervlapok és a műszaki leírások ellenőrzéséhez A helyszíni ellenőrzés szintje Jellemzők IL Követelmények 3 CC3 RC3 DSL3 IL3 5,2 4,3 Az emberélet veszélyeztetése nagy, vagy a gazdasági, társadalmi vagy környezeti károk rendkívül jelentősek 1,1 Kibővített ellenőrzés Független ellenőrzés: A tervezőtől független szervezet által végzett ellenőrzés Kibővített ellenőrzés Független ellenőrzés 2 CC2 RC2 DSL2 IL2 4,7 3,8 Az emberélet veszélyeztetése közepes, vagy a gazdasági, társadalmi vagy környezeti károk jelentősek 1,0 Szokásos ellenőrzés A felelős tervezőtől független személyek által végzett ellenőrzés a működési szabályzat szerint Szokásos ellenőrzés A működési szabályzat keretei között végzett ellenőrzés 1 CC1 RC1 DSL1 IL1 4,2 3,3 Az emberélet veszélyeztetése csekély és a gazdasági, társadalmi vagy környezeti károk nem jelentősek vagy elhanyagolhatóak 0,9 Szokásos ellenőrzés Önellenőrzés: A tervező által végzett ellenőrzés Szokásos ellenőrzés Önellenőrzés

19 Tervezési eljárások 19 Eljárás Számításon alapuló tervezés Tervezés megelőző intézkedésekkel Tervezés modellkísérletek és próbaterhelések alapján A megfigyeléses módszer alkalmazása

20 20 EC fejezet A geotechnikai tervezés alapjai: A számításon alapuló tervezés Karakterisztikus érték Tervezési érték Parciális tényező

21 Geotechnikai tervezés alapelve 21 MSZ EN A GEOTECHNIKAI TERVEZÉS ALAPJAI 2.4. Számításon alapuló geotechnikai tervezés Általános elvek (2) 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

22 Tervezési alapkövetelmény 22

23 Tervezési módszer 23 MSZ EN :2006 MNM NA 9.1.: síkalapok, cölöpök, horgonyok és bármely más geotechnikai szerkezet tervezése a 2. tervezési módszer szerint, a parciális tényezőcsoportok A1 + M1 + R2 kombinációjával

24 Tervezési módszer 24 MSZ EN :2006 MNM NA 9.2.: rézsűk és bármely geotechnikai szerkezet általános állékonyságának vizsgálata a 3. tervezési módszer szerint, a parciális tényezőcsoportok A2 + M2 + R2 kombinációjával

25 Geotechnikai paraméter karakterisztikus értéke A geotechnikai paraméterek karakterisztikus értékei (1)P A geotechnikai paraméterek karakterisztikus értékeinek megválasztását laboratóriumi és terepi vizsgálatok eredményeire, illetve az ezekből származtatott értékekre kell alapozni, kiegészítve ezeket a széles körben elfogadott tapasztalatokkal. Figyelembe veendő a talajvizsgálati módszer mért eredmények szórása tapasztalati adatok az érintett talajzóna kiterjedése építmény merevsége paraméter feszültség- és alakváltozásfüggése a károsodás következményei EC7 irányelve óvatosan becsült átlag vagy szélső érték annak az értéknek óvatos becslésével kell kiválasztani, mely a vizsgált határállapot bekövetkezését előidézi

26 Geotechnikai paraméter karakterisztikus értéke 26 Lemezalapozású merev épület Pilléralapozású csarnok Mélyebb talajzóna óvatos átlaga Felszín közeli zóna szélső értéke

27 Geotechnikai paraméter karakterisztikus értéke 27 Statisztikai értékelés karakterisztikus érték X X 1 k k n statisztikai paraméter 1 k n, 95 1,64 n k n k n, 95 0,5 (Schneider, 1997) 1, 5 1,64 1 n x

28 Közvetlen módszer - biztonság 28 Eurocode 7 Állandó teher 1,35 Esetleges teher 1,50 Talajtörés ellen 1,40 karakterisztikus átlag 1,4 ~ 2,0 ~ 1,25 ~ 2,50 MSZ Állandó teher 1,10 Esetleges teher 1, talajfeltárás 2 - nyírószilárdság 3 - építmény (0,5-0,9) 1,2 ~ 2,0-2,5 ~ 2,50-3,0

29 29 EC fejezet Geotechnikai adatok A geotechnikai adatgyűjtés, vizsgálat célja, típusai

30 Geotechnikai adatok A geotechnikai vizsgálatok általános követelménye Szolgáltatniuk kell az építés helyszínének és környezetének talaj- és talajvízviszonyaira vonatkozó mindazon adatokat, amelyek a lényeges talajtulajdonságok megfelelő jellemzéséhez és a tervezési számításokban felhasználandó talajparaméterek karakterisztikus értékeinek megbízható felvételéhez szükségesek.

31 Geotechnikai adatok előzetes vizsgálatok célja a hely általános alkalmasságát meg lehessen ítélni; alternatív helyeket lehessen választani, ha szükséges; a tervezett munkálatok nyomán várható változásokat meg lehessen becsülni; a tervezési és ellenőrző vizsgálatokat meg lehessen tervezni, beleértve a tartószerkezet viselkedését lényegesen befolyásoló talajzóna kiterjedésének azonosítását; az anyagnyerőket ha szükségesek ki lehessen jelölni.

32 Geotechnikai adatok Tervezési vizsgálatok Az információk célja az ideiglenes és végleges létesítmények megfelelő tervezése az építési módszer megtervezése az építés közben lehetséges bármely nehézség azonosítása Az információk tartalma a tervezett építés szempontjából lényeges, vagy az által befolyásolt talajzóna felépítését és jellemzői a tartószerkezet teljesítőképességére kiható paraméterek

33 33 EC fejezet Műszaki felügyelet, megfigyelés, fenntartás

34 EC 7-1 új szemlélete 34 Műszaki felügyelet a körülmények és a kivitelezés megfelelnek-e a tervben feltételezettnek? Megfigyelés az építmény viselkedése építés és üzemelés közben megfelel-e a tervezettnek? Fenntartás milyen tevékenységek kellenek a tervezett viselkedés tartós biztosításához?

35 Új szemlélet 35 Eurocode (MSZ EN) szabványsorozat Tervezésben részt vevők feladatainak szabályozása Geotechnikai/talajmechanikai szakvélemény Talajvizsgálati jelentés Geotechnikai tervezési beszámoló Tervezői felelősség anyagvizsgálati dokumentum javaslat nem karakterisztikus érték nem eredmények értékelése felhasználhatóság geotechnikai hatások meghatározóak konkrét szerkezet tervezése számítások ellenőrizhetősége kivitelezési, üzemeltetési kérdések

36 Talajvizsgálati jelentés tartalma 36

37 Geotechnikai tervezési beszámoló tartalma 37 A feladat ismertetése (a terv tárgya, célja, funkciója) A projekt közreműködői, tervelőzmények, megrendelői diszpozíciók, egyeztetett tartalmak Az építési helyszín és környezete bemutatása A tervezett építmény bemutatása( méretek, szerkezet, hatások, geodéziai adatok) A talajkörnyezet és talajvízviszonyok ismertetése a korábbi geotechnikai szolgáltatások alapján A tervezés alapjául vett szabályozási anyagok, specifikációk, szakirodalom, számítógépes programok A geotechnikai kategória a körülmények, a kockázatok és nehézségek vázolásával indokolva A geotechnikai szerkezetek szöveges ismertetése, rajzai az anyagminőségekkel A tervezéshez alkalmazott talajkörnyezeti modellek, tervezési állapotok vázolása A tervezési követelmények rögzítése A geotechnikai számítások ismertetése A technológiai, organizációs és környezetvédelmi követelmények bemutatása A biztonságtechnikai követelmények ismertetése Minőségszabályozási (minőségi és minőség-ellenőrzési) követelmények és módszerek ismertetése A műszaki felügyelet terve Az építmény viselkedésének megfigyelési terve Fenntartási és üzemelési utasítások

38 38 Új geotechnikai szabványok áttekintése

39 Európai szabványosítás tárgykörei 39 geotechnikai tervezés talaj- és kőzetosztályozás talajfeltárás- és talajvízmérések terepi talajvizsgálatok laboratóriumi talajvizsgálatok geotechnikai szerkezetek vizsgálata speciális mélyépítési technológiák mélyépítési szerkezetek, termékek geoműanyagok alkalmazása geoműanyagok vizsgálata

40 Geotechnikai tervezés 40 MSZ EN 1997 Eurocode 7 Geotechnikai tervezés. 1. rész Általános szabályok. 2. rész Geotechnikai vizsgálatok

41 Talaj és kőzetosztályozás 41 MSZ EN ISO :2005 Geotechnikai vizsgálatok. Talajok azonosítása és osztályozása. 1. rész: Azonosítás és leírás. MSZ EN ISO :2005 Geotechnikai vizsgálatok. Talajok azonosítása és osztályozása. 2. rész: Osztályozási alapelvek. pr EN ISO :2006 Geotechnikai vizsgálatok. Talajok azonosítása és osztályozása. 3. rész: A talajazonosítás elektronikus adatkezelése. MSZ EN ISO :2005 Geotechnikai vizsgálatok. Kőzetek azonosítása és osztályozása. 1. rész: Azonosítás és leírás. pr EN ISO :2006 Geotechnikai vizsgálatok. Kőzetek azonosítása és osztályozása. 2. rész: A kőzetazonosítás elektronikus adatkezelése. MSZ :2006 Talajmechanikai vizsgálatok. Talajok megnevezése talajmechanikai szempontból

42 Talajfeltárás és talajvízmérések 42 Geotechnikai vizsgálatok Mintavételi módszerek EN ISO Műszaki alapelvek 2. Minősítési kritériumok 3. Megfelelőségi értékelés Geotechnikai vizsgálatok Talajvízmérések EN ISO/TS Általános elvek 2. Áteresztőképességi vizsgálat pakker nélkül 3. Víznyomásos vizsgálat 4. Próbaszivattyúzás 5. Nyeletéses vizsgálat 6. Áteresztőképességi vizsgálat fúrólyukban pakkerrel

43 Terepi vizsgálatok 43 MSZE CEN ISO/TS Geotechnikai vizsgálatok Terepi vizsgálatok Nyomószondázás elektromos mérőberendezéssel Verőszondázás SPT-szondázás Pressziométeres vizsgálat Menard-féle berendezéssel Rugalmas dilatométeres vizsgálat Pressziométeres vizsgálat önlefúró berendezéssel Fúrólyukas terhelés Pressziométeres vizsgálat teljes elmozdulással Terepi nyírószondázás Súlyszondázás Lapdilatométeres vizsgálat Nyomószondázás mechanikus mérőberendezéssel Terhelőlapos vizsgálat

44 Laboratóriumi vizsgálatok 44 MSZE CEN ISO/TS Geotechnikai vizsgálatok Talajok laboratóriumi vizsgálata 1. A víztartalom meghatározása 2. A finomszemcséjű talajok térfogatsűrűségének meghatározása 3. A szemcsék sűrűségének meghatározása. Piknométer-módszer 4. A szemeloszlás meghatározása 5. Kompressziós vizsgálat lépcsőzetes terheléssel 6. Ejtőkúpos vizsgálat 7. Finomszemcsés talajok egyirányú nyomóvizsgálata 8. Konszolidálatlan, drénezetlen triaxiális vizsgálat 9. Konszolidált triaxiális nyomóvizsgálat telített talajokon 10. Közvetlen nyíróvizsgálat 11. Áteresztőképességi vizsgálat 12. Az Atterberg-határok meghatározása

45 Geotechnikai szerkezetek vizsgálata 45 EN ISO Geotechnikai szerkezetek vizsgálata 1. Cölöp-próbaterhelés tengelyirányú statikus nyomóerővel 2. Cölöp-próbaterhelés tengelyirányú statikus húzóerővel 3. Cölöp-próbaterhelés keresztirányú statikus húzóerővel 4. Cölöp-próbaterhelés tengelyirányú dinamikus nyomóerővel 5. Talajhorgonyok vizsgálata 6. Talajszegek vizsgálata 7. Talajerősítés vizsgálata

46 Speciális mélyépítési technológiák 46 MSZ EN 1536 MSZ EN MSZ EN 1537 MSZ EN 1538 MSZ EN MSZ EN MSZ EN MSZ EN MSZ EN MSZ EN MSZ EN MSZ EN MSZ EN Fúrt cölöpök Szádfalak Talajhorgonyok Résfalak Talajkiszorításos cölöpök Talajszilárdítás Talajhabarcsosítás Mikrocölöpök Talajszegezés Erősített töltés Mélykeverés Mélyvibrálás Függőleges drénezés

47 Mélyépítési szerkezetek termékek 47 MSZ EN 12794:2005 Előre gyártott betontermékek. Cölöpök alapozáshoz MSZ EN :2003 Munkaárok-dúcoló rendszerek. 1. rész: Termékmeghatározás. MSZ EN :2003 Munkaárok-dúcoló rendszerek. 2. rész: Számítás vagy vizsgálat MSZ EN :2005 Kézi működtetésű hidraulikus alátámasztó rendszerek alapozási munkákhoz. 1. rész: Termékelőírások MSZ EN :2005 Kézi működtetésű hidraulikus alátámasztó rendszerek alapozási munkákhoz. 2. rész: Számítás vagy vizsgálat

48 Geoműanyagok és rokon termékeik 48 MSZ EN 13249: utak és más közlekedési területek MSZ EN 13250: vasutak MSZ EN 13251: földmunkák és az alapozások MSZ EN 13252: vízelvezető rendszerek MSZ EN 13253: erózióvédelem MSZ EN 13254: víztározók és gátak MSZ EN 13255: csatornák MSZ EN 13256: alagutak és föld alatti műtárgyak szerkezete MSZ EN 13257: szilárd hulladéklerakók MSZ EN 13265: folyékony hulladéklerakók

49 Geoműanyagok vizsgálata 49 Alapjellemzők polimerfajta, vastagság, területi sűrűség Hidraulikai jellemzők jellemző szűrőnyílás, áteresztőképesség síkban és arra merőlegesen Mechanikai jellemzők szakítószilárdság, merevség, kúszás, összenyomhatóság súrlódási jellemzők, statikus és dinamikus átszakadás Tartósság, degradációs jellemzők oxidáció, kémiai, mikrobiológiai hatások, UV-sugárzás