Példák és esettanulmányok a mából

Átírás

1 Dr. Kézdi Árpád Emlékülés Budapest, 2008 Példák és esettanulmányok a mából a két (három) lépcsıs mérnökképzésben, hagyományos és újszerő modellezéssel, a töltésalapozás szakterületérıl Koch Edina, Scharle Péter, Szepesházi Róbert Széchenyi István Egyetem, Gyır

2 A dolgozat (elıadás) dimenziói Emlékezés Kézdi Árpád professzorra Elmélkedés a geotechnikai modellezésrıl Válaszkeresés az új oktatási kihívásokra Ajánlás esettanulmányok publikálásához A töltésalapozás mai eszköztárának bemutatása

3 Mérnöki tevékenység = modellezés, analízis, döntéshozatal, megvalósítás 1. a feladat (probléma) azonosítása, leírása 2. modellválasztás 3. elemzés, értékelés a választott modell alkalmazásával 4. döntéshozatal (szerkezet- és technológiaválasztás) 5. megvalósítás (szerkezettervezés, kivitelezés) Mérnökképzés = modellek bemutatása, alkalmazásuk elsajátíttatása a) elıbb a modellek megismerésén és közvetlen alkalmazásán lehet a hangsúly, de már ekkor is célszerő érzékeltetni a modellezést, mint tevékenységet b) késıbb talán az esettanulmányok segítségével lehet a legjobban a komplex mérnöki modellezési tevékenységet megmutatni, elsajátítását elindítani

4 A mérnökképzés szintjeihez kapcsolódó modellezési képességek, készségek BSc Mérnök MSc Mestermérnök egyszer ű jelenségek és feladatok felismerése bármely jelenség és feladat helyes megítélése egyszerű jelenségek és feladatok modellezése a teljes modellkészlet és az alkalmazhatósági feltételek ismerete mester által megválasztott modellek értelmes alkalmazása az optimális modell kiválasztása, az alkalmazás átlátása modellfejlesztési igények megfogalmazása együttműködés a doktorokkal

5 keletkezés, geológia, feltárás, talajleírás A geotechnika háromszöge precedensek tapasztalat kockázatkezelés talajszelvény talajviselkedés talajmodell labor- és terepi vizsgálatok megfigyelés, mérés értékelés-idealizálás, fogalmi, fizikai és számítási modell

6 Modellezés a geotechnikában Feladatok 1. talajszelvény leírása 2. veszélyek, lehetıségek értékelése 3. geometriai és anyagmodell megválasztása 4. talajparaméterek felvétele 5. talaj és szerkezet kölcsönhatásának kezelése 6. technológiai hatások figyelembevétele 7. idı-költség-minıség-kockázat értékelése Sajátosságok mindennapos feladat gyors döntéshozatal kényszere korlátozott információbázis bonyolult körülmények egyszerősítésének igénye és veszélye egyszerő és bonyolult mechanikai modellek alkalmazhatósága komplexitás, multidiszciplinaritás korlátos a szaktudás, a kooperáció nélkülözhetetlen a megvalósított mő verifikál, a tapasztalat jelentısége óriási

7 Példa feladat és választott megoldás ismertetése tervek vázolása kivitelezés leírása eredmény bemutatása szaktudás, gyakorlottság, kapacitás technológiatranszfer, marketing Esettanulmány feladat megfogalmazása beavatkozási lehetıségek feltárása geotechnikai modellezés gazdaságosság, kockázat értékelése megvalósítás nehézségei, tapasztalatai megvalósult szerkezet viselkedése gondolkodásmód, dilemmák, hibák, válaszok tudástranszfer, tanítás

8 Példák és esettanulmányok a szakirodalomban Gyakori gyengeségek a projekt jelentıségének felesleges hangsúlyozása propagandaíző, alig értelmezhetı illusztrálás a megoldás kiválóságának indoklás nélküli deklarálása lényegtelen információk közlése, fontos információk elhagyása felszínes tájékoztatás az alkalmazott modellekrıl a talajparaméterek eredetének bemutatása elmarad Preferálandó értékek a probléma és az alkalmazott modell összhangjának korrekt ismertetése a fontos adatok (geometria, kényszerek, anyagjellemzık, hatások) ismertetése az anyagmodellek ismertetése, indoklása a feltevésekkel együtt a mechanikai viselkedés (feszültségállapotok mozgások, alakváltozások, törési mechanizmusok) bemutatása az alkalmazott számítási eljárások egyértelmő és elég részletes leírása a modellezési hibák, tévedések és javításuk korrekt ismertetése

9 Töltésalapozás = érdekes szakmai feladat, optimális példa és esettanulmány a geotechnikai oktatásban a talajmechanikai jelenségek, ill. a szerkezeti és építési igények alapszinten is jól értelmezhetık, de mélyebb elemzésük is indokolt sokféle konstrukciót és technológiát kínál megoldására a gyakorlat, ezek összehasonlító elemzése minden szinten tanulságos a viselkedés modellezhetı hagyományos módszerekkel, de a végeselemes analízissel is a (kötelezı) monitoring visszajelzést ad a modellezés helyességérıl, érzékelteti a projekt közbeni geotechnikai tevékenység szerepét látványossága, aktualitása, perspektívája vonzó a hallgatók számára, segíti a geotechnika megkedveltetését, szerepének érzékeltetését

10 alaptörés állékonyságvesztés töltésalapozások talajmechanikai veszélyei vastag gyenge altalaj kipréselıdés deformációk, elmozdulások vékony gyenge réteg kedvezı altalaj nagymértékő, egyenlıtlen, idıben elhúzódó süllyedés szétcsúszás gyenge felszín vastag gyenge altalaj kedvezı altalaj

11 Az M7 autópálya tızeges altalajú szakaszának fı paraméterei ~6,0 ~30,0 ~6,0 1,0 pályaszerkezet 2,0 1,0 homoktöltés homokos kavics γ = 21 kn/m 3 1:1,5 h 4,0 tızeg E s 600 kpa k 10-7 m/s C α 0,005 c u 15 kpa homokos agyag E s 12 MPa

12 Töltésalapozási technológiák

13 A töltésalapozási módszerek hatékonysága technológia konstrukció alaptörés stabilitásnövelés deformációcsökkentés kivitelezés szétcsúszás oldalkitérés süllyedés nagysága konszolidációs idı költség idıhatás lépcsıs építés o túltöltés o szalagdrénezés o o o o kavicscölöpözés döngölés (kıtömzs) betoncölöpözés geomőanyagos erısítés o o + o ++ nagyon kedvezı + kedvezı o közömbös - kedvezıtlen - - nagyon kedvezıtlen

14 Töltésmagasság korlátozása a talajtörés elkerüléséhez H ( π + ) 2 c u 5,14 15 = 2,45 m n γ 1,5 21 Lépcsıs építés lehetısége a nyírószilárdság növekedése révén c u H Süllyedésbecslés s 0,22 H γ = 0,22 2, kn/m ( π + ) H ö = h Es 2 c u 5,14 24 = 4,0 m n γ 1,5 21 γ Konszolidációs idı becslése 5,0 21 = 4,0 70 cm M7 autópálya töltésalapozásának alapszámításai hagyományos modellek segítségével t 2 T γ v h = = k Es 2 1,1 10 4, ,6 hónap Kúszás (másodlagos összenyomódás) 25 év alatt s = h C α ln t t 0 = 4,0 0,005 ln 25 2,5 = 0,046 m 5 cm

15 Kavicscölöpök, kıtömzsök süllyedéscsökkentı hatása Priebe hagyományos modellel nyert diagramja szerint javítási tényezı n kezelési arány A / A c

16 Függıleges drének konszolidációgyorsító hatása Barron hagyományos modellel nyert diagramja szerint vertikális konszolidáció radiális konszolidáció idıtényezı T v és T r konszolidációs fok U v és U r % ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) r v 2 v s r r 2 v s v v U U U D D n t D E k T t h E k T t s t s U c = = = = = = γ γ

17 Szétcsúszás vizsgálata hagyományos elvek alapján H ϕ - ρ E a C G A georácsra jutó T erı vizsgálata Az ABC háromszög egyensúlyához szükséges erı T > 0,5 H 2 ρ g tg2 (45 ϕ / 2) L 2 c u Az L 2 szakaszon átvehetı erı T < 0,5 H ρ g L 2 tg δ δ a u L 1 T L 2 A N K B c u Az L 1 szakaszon leadható erı T < H ρ g L 1 tg δ + a u L 1 A georács által (szakadás nélkül) felvehetı erı T < T sz

18 Kıtömzsök hatásának modellezése FEM-programmal lépték, geometria, rétegzıdés, kıtömzs, jármőteher (15 kpa), háló, süllyedés a töltés hatására fıfeszültségek a töltés alatt süllyedés a jármőteher hatására

19 Komplex töltésvizsgálat végeselemes analízissel PLAXIS programmal Modellezési lehetıségek Talajmodellezés Mohr-Coulomb modell Soft Soil modell Hardening Soil modell Építési szerkezetek, fázisok, állapotok kezdeti feszültségállapot kavicscölöp, drénezés, geotextília lépcsıs építés, túltöltés és visszaszedése azonnali süllyedés, konszolidáció, kúszás tartós állékonyság

20 Példa a BSc-képzésben: kavicscölöpös és szalagdrénes töltésalapozás összehasonlító vizsgálata technológia, konstrukció kezelési pontok (szabályos háromszög kiosztásban) távolsága száma egy szelvényben összes kezelés (300 fm hosszon) száma hossza (6,0 m/db) süllyedés végértéke konszolidációs idı (2 cm hátramaradó süllyedéshez) töltésalapozási többletköltség m db db m cm hónap m Ft kezelés nélkül ,0 25,0 - szalagdrén (9,5 5 mm méret) (600 Ft/m egységár) kavicscölöp (65 cm átmérı) (4000 Ft/m egységár) 1, ,0 5,8 12,1 2, ,0 9,9 9,6 2, ,0 13,1 7,9 1, ,0 1,3 80,4 2, ,3 2,9 63,7 2, ,4 5,3 52,7

21 Esettanulmány az MSc-képzésben: az M7 töltésalapozási munkáinak átfogó ismertetése a Balaton-part geológiája vonalvezetési kérdések talajvizsgálatok nehézsége a tızegek jellemzése tendertervek a mőszaki optimum és az építési idı vállalkozói szempontok technológiai változtatások méretezés hagyományos és FEM-modellek tervezési bizonytalanság monitoring

22 Modellfejlesztés a PhD-képzésben: a FEM alkalmazása a töltésalapozás modellezésére a FEM alkalmazásának terjedése a gyakorlatban szembeötlı, a mérnökképzés e tekintetben (változó mértékő) késésben van a fejlettebb talajmodellek alkalmazása nagyon ígéretes, tanításuk viszont nehéz, a paraméterfelvétel hibaveszélye pedig nagy a talaj-szerkezet kölcsönhatás, az építési folyamat könnyen elemezhetı, az eredmények értékelése viszont új szemléletet kíván kettéválik a geotechnika eszköztára, a hagyományos gyorsan avul, a mérnökgenerációk nélkülözhetetlen együttmőködése válságba kerül a FEM konkrét alkalmazásainak kidolgozása a jelen alapvetı feladata, geotechnikai PhD-programként hasznos és elegendı ezt megcélozni

23