50. Hídmérnöki Konferencia Siófok, 2009. szept. 29. okt. 1. Hídalapozások tervezésének fejlesztése Szepesházi Róbert főiskolai docens Széchenyi István Egyetem
A hídalapozások tervezésének fejlődése
Tervek a múltból Hídalapozás síkalapozás?
Típusalépítmény 2000-2010 Hídalapozás = cölöpalapozás?
Cölöpözés 2000-2010 NC30 vert cölöp CFAcölöp Frankicölöp Soil-Meccölöp
Cölöptípusok alkalmazásának gyakorisága vert egy. vb. és acél vert helyszínen betonozott csavart helyben betonozott fúrt mikro, jet, stb. CFA fúrt béléscsöves, zagyos
Új talajkiszorításos cölöpözési technológiák Screwsol-cölöp Csavart cölöp (Omega, TSDa, CMC) Előregyártott hengeres, kúpos, üreges, vb. cölöp
dinamikus próbaterhelés statikus próbaterhelés VUIS-próbaterhelés Cölöpméretezés CPT-alapú méretezés
Hídalapozási esettanulmányok 2000-2010
I/1.
süllyedés mm töltésmagasság m hídfőterhelés 2003.10.01 2003.11.30 2004.01.29 2004.03.29 2004.05.28 2004.07.27 2004.09.25 2004.11.24 60 hídfőgerenda túltöltés 40 híd gerenda pálya lemez 20 alaptest oszlop fejgerenda hídfőgerenda úszólemez 0-20 B C -40-60 A D -80-100 -120 I/2. -140
I/3.
II/1. töltésmagasság 14 m, rézsűhajlás keresztirányban 1:2 hosszirányban 1:1,5 puha agyag és iszap kavicscölöp 1,5 1,5 m / 60 cm CFA-cölöp D=80 cm pannon agyagban hídfő: 12 db, pillér: 17 db süllyedésmérés a háttöltés alatt
II/2. kavicscölöpözés után közbenső támaszok cölöpözése nagyon gyors (nem dokumentált) töltésépítés 25 cm süllyedés a korona alatt 10 cm emelkedés a lábnál a patakmeder feltöltődik, visszaduzzaszt a közbenső támaszok oszlopai 20 cm-t befelé dőltek hídfők cölöpözése után további mozgások mi történt a cölöpökkel, felhelyezhetők-e a tartók
Modellezés Plaxis-programmal II/3.
1,6 5,4 2,0 8,3 2,5 2,0 15,5 16,5 III/1. Alkalmazható-e 80 CFA-cölöp helyett 53/73 SCREWSOL-cölöp?
Egyedi cölöp vizsgálata vízszintes terhelésre rugómodellel III/2.
Vízszintes elmozdulások üzemi állapotban a PLAXIS szerint III/3.
Cölöpigénybevételek a PLAXIS szerint III/4.
IV/1. Károsodhat-e egy vezeték az előtöltés vízszintes hatásaitól
IV/2. Vízszintes elmozdulások a hídfő környezetében
vízszintes elmo A vezeték mozgásai töltésépítés hatására elmozdulás [m] 0,16 teljes elmozdulá teljes elmozdulá... függőleges elm 0,12 vízszintes elmo... függőleges elm... 0,08 0,04 IV/3. 0,00 0 200 400 600 800 idő [nap]
A negatív köpenysúrlódás elhárítása
A negatív köpenysúrlódás értelmezése cölöp köpenysúrlódás q süllyedés s cölöperő Q negatív köpenysúrlódás átmeneti zónák talaj cölöpterhelés cölöpellenállás felső (negatív) neutrális alsó (pozitív) szint pozitív köpenysúrlódás cölöp q z z z R b s s A negatív köpenysúrlódás értelmezése
hátralevő süllyedés s mm Az 1cm/hónap süllyedési sebesség elérési ideje és az elérésekor hátralevő süllyedés 30 25 altalaj összenyomódási modulusa E S =5 MPa drénezés alul és felül is töltés magassága H=8 m 0,5 0,2 20 rétegvastagság 8 m rétegvastagság 4 m 2,0 4,4 15 0,5 0,2 10 7,6 1,8 5 0 1,9 4,8 1,6 7,5 2,7 3,6 3,8 a pontok felirata az 1 cm/hónap süllyedési sebesség elérésének ideje hónapban 1,0E-08 1,0E-09 1,0E-10 1,0E-11 altalaj vízáteresztőképessége k m/s
idő/süllyedés t/s hónap/cm süllyedés a (t+1) időpontban s t+1 cm süllyedés s cm idő/süllyedés t/s hónap/cm 0 5 10 idő hónap idő t hónap 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0,0 0,1 0,2 idő t hónap 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a = 0,051 hónap/cm b = 0,042 1/cm s = t / (a + b s) A konszolidáció extrapolálásának lehetőségei t / s = 0,058 + 0,040 s s = t / (0,051 + 0,042 s) s max = 1 / b = 24 cm 15 0,3 t = 1 hónap 20 25 s max 23 cm idő t hónap 0,4 0 süllyedés t időpontban s t cm 0 5 10 15 20 25 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a = 0,051 hónap/cm s = t / (a + b s) 5 0,1 t / s = 0,058 + 0,040 s 10 s = t / (0,051 + 0,042 s) s t+1 = s t 0,2 b = 0,042 1/cm s max = 1 / b = 24 cm 15 s max 22 cm 0,3 t = 1 hónap 20 0,4 0,4 25
Settlement s [cm] / s (Depth = 4.00 m) Depth [m] t = 100.00 t = 200.00 t = 300.00 t = 500.00 H = 16.00 Load [%] 50.0 100.0 100.0 100.0 50.0 100.0 100.0 100.0 Hídfők viselkedésének modellezése: GGU Settle és Consolidation programok 40 L ayer E s D esig nation [kn/m ³] [M N/m ²] [-] 2.0 0 1.00 0.000 tõzeg 10.00 10.00 0.000 a gyag 5 0.0 0 4 Layer E s Designation [kn/m³] [MN/m²] [-] 2.00 1.00 0.000 tõzeg 10.00 8.00 0.000 agyag 50. 00 4 5.0 0 2 45. 00 30 0.0 0.0 4 0.0 0 0 40. 00 3 5.0 0-2 20 0.0 100.0 100.0 3 0.0 0-4 35. 00 30. 00 2 5.0 0-6 10 0.0 100.0 100.0 2 0.0 0 25. 00-8 1 5.0 0 20. 00 0 0.0 0.0 1 0.0 0-10 15. 00-12 5.0 0 10. 00-10 -14 0.0 0 5.0 0-16 0 10 20 30 40 50 60 70 80-18 0.0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 4 Es Layer [kn/m³] [MN/m²] [-] Designation 2.00 1.00 0.000 tõzeg 10.00 8.00 0.000 agyag 2 0 0.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 0.0 So il D ep th E s k c v D e sig na tio n [m ] [MN /m²] [m /s] [m²/s] 4.0 0 1.0 2.00 * 10-8 2.0 0 * 1 0-6 tõzeg 1 6.0 0 8.0 1.00 * 10-9 8.0 0 * 1 0-7 agyag 10 0 8 0 6 0 4 0 S y ste m P e rm e a ble 4. 00 u (m ax ) [k N /m ²] 1 0 0.0 93. 2 8 5.0 0. 00 tõ ze g 4. 00-2 0.2 93.2 99.4 99.5 99.4 99.31.0 0 t [days] 2 0 0 10 0 2 00 3 00 400 7 6. 0 6 7.3-4 -6 1.2 2.9 85.0 76.0 96.5 91.2 96.6 91.5 96.6 91.4 95.8 5.2 89.4 10.1 2 4 tõzeg 4.00 Time [days] (*) T v T im e U s [d a ys ] [-] [% ] [c m ] 0.0 0.0 0 0.0 0.0 0 2 5.0 0.0 2 2 0.3 9.4 2 5 0.0 0.0 3 5 6.3 2 6.0 8 1 2.0 0 P e rm e a ble 5 9.4 5 2. 7 4 7. 0 42. 2 a g ya g 1 6.0 0-8 4.6 67.3 84.8 85.3 85.2 81.5 13.9 6 7 5.0 0.0 5 7 0.3 3 2.5 2 1 0 0.0 0.0 7 7 8.2 3 6.2 0 1 2 5.0 0.0 8 8 3.0 3 8.4 3-10 6.2 59.4 77.9 78.9 78.6 73.4 16.3 8 1 5 0.0 0.1 0 8 6.2 3 9.8 8 1 7 5.0 0.1 2 8 8.4 4 0.9 0 2 0 0.0 0.1 4 9 0.0 4 1.6 6 45 40 2 2 5.0 0.1 5 9 1.3 4 2.2 6 35-12 7.5 52.7 71.3 72.6 72.2 65.7 17.6 10 2 5 0.0 0.1 7 9 2.3 4 2.7 5 2 7 5.0 0.1 9 9 3.2 4 3.1 6 3 0 0.0 0.2 0 9 4.0 4 3.5 1 30 25-14 8.6 47.0 65.1 66.8 66.3 58.9 18.1 12 3 2 5.0 0.2 2 9 4.7 4 3.8 2 3 5 0.0 0.2 4 9 5.3 4 4.1 0 3 7 5.0 0.2 5 9 5.8 4 4.3 4 4 0 0.0 0.2 7 9 6.2 4 4.5 5 20 15-16 -18 14 agyag 16.00 16 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 4 2 5.0 0.2 9 9 6.6 4 4.7 4 4 5 0.0 0.3 0 9 7.0 4 4.9 1 4 7 5.0 0.3 2 9 7.3 4 5.0 6 5 0 0.0 0.3 4 9 7.6 4 5.1 9 (*) T v [- ] = c v(1) * t / H ² 10 5 0 0 10 0 20 0 3 00 4 00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Consolidation ratio [-] Time [days]
Hídfő modellezése (PLAXIS 2D HS-modell) Displacement [m] 0,2 elmozdulás [mm] 0,2 0,1 0,1 0,0 0,0 0,1-0,1 közbenső támasz alépítményének alja hídfő alépítményének alja talajfelszín a hídfő előtt talajfelszín a hídfő mögött 0,2-0,2 0,3-0,3 0,4-0,4 0,5-0,5 0 50 100 150 200 250 300 Time [day] idő [nap] 44. ábra. A cölöpökben üzemi állapotban működő igénybevételek mélység szerinti változása és maximuma e x = 72 cm támasz közbenső hídfő cölöpsor bal oldali jobb oldali egyetlen igénybevétel normálerő nyomaték normálerő nyomaték normálerő nyomaték max. érték 406 kn/m 67 knm/m 428 kn/m 89 knm/m 457 kn/m 19 knm/m
Az Eurocode 7 végleges bevezetése
MSZ 15000-es sorozat eddigi gyakorlat: Talajmechanikai (geotechnikai) szakvélemény Eurocode 7 új dokumentálási forma, kooperáció Talajvizsgálati jelentés Geotechnikai tervezési beszámoló
A geotechnikai tervezési beszámoló elvárt tartalma 1 az építési helyszín és környezetének ismertetése 2 a talajviszonyok leírása 3 a tervezett építmény leírása, beleértve a hatásokat 4 a talaj- és kőzetjellemzők tervezési értékei, szükség szerinti indoklással 5 az alkalmazott szabványok és előírások jegyzéke 6 a hely alkalmasságáról szóló nyilatkozat tekintettel az elfogadható kockázatra 7 a geotechnikai tervezési számítások és rajzok 8 az alapozási szerkezet tervezésére vonatkozó ajánlások 9 az építés közben ellenőrizendő, fenntartást, megfigyelést igénylő tételek jegyzéke
A nyomási ellenállásának tervezési értéke számítása a karakterisztikus értékből R c;d R c; k Rb;k Rs;k t b s Parciális tényezők a cölöpök tervezéséhez cölöpellenállás jel cölöptípus vert fúrt CFA talpellenállás b 1,1 1,25 1,2 nyomott cölöp palástellenállása s 1,1 1,1 1,1 nyomott cölöp teljes/kombinált ellenállása t 1,1 1,20 1,15 húzott cölöp palástellenállása s;t 1,25 1,25 1,25
A nyomási ellenállás R c;k karakterisztikus értékének számítása az R c;m mért vagy számított értékekből a ξ korrelációs tényezővel R c;k (R c;m ) mean Min ; ξ (R c;m ) min i ξ i 1 statikus próbaterhelés számítás talajvizsgálat pl. CPT alapján dinamikus próbaterhelés
az ellenállás meghatározásának a ξ korrelációs tényező a cölöpellenállás karakterisztikus értékének meghatározásához a próbaterhelések ill. a talajszelvények száma az átlagra vonatkozóan a minimumra vonatkozóan módszere n ξ mean ξ min 1 1,40 1,40 statikus próbaterhelés 1, 4 talajvizsgálat 2, 3, 4, 5 dinamikus próbaterhelés 2, 6 2 1,30 1,20 3 1,20 1,05 4 1,10 1,00 5 1,00 1,00 1 1,40 1,40 2 1,35 1,27 3 1,33 1,23 4 1,31 1,20 5 1,29 1,15 7 1,27 1,12 10 1,25 1,08 2 1,60 1,50 5 1,50 1,35 10 1,45 1,30 15 1,42 1,25 20 1,40 1,25 Megjegyzések 1 ha egyetlen terhelést végeznek, akkor az a legrosszabb altalajú helyen legyen, ha többet, akkor azok reprezentálják az altalaj változásait, s egyet mindenképpen a legrosszabb helyen kell végrehajtani; 2 csak statikus próbaterheléssel kellő számú esetben igazolt számítási módszerek alkalmazhatók, szükség esetén a biztonságot növelő modelltényező bevezetésével; 3 a vizsgálati helyeknek jellemezniük kell az altalaj változásait, a szélsőségesen kedvezőtlen helyeket is; 4 ha a cölöpösszefogás képes kiegyenlíteni a teherbírás cölöpcsoporton belüli különbségeit, akkor a fenti értékek 1,1-gyel oszthatók, de a módosított érték is maradjon 1,0-nél kisebb; 5 az alkalmazott számítási módszertől függő modelltényező is alkalmazandó a nemzeti melléklet szerint 6 a megadott értékek a következők szerint módosíthatók: 0,85 szorzóval, ha a vizsgálat a mért jelekre illesztett modell alapján állapítja meg teherbírást; 1,10 szorzóval, ha verési képletet használnak a mért kvázi-rugalmas behatolásból számolva; 1,20 szorzóval, ha verési képletet használnak a kvázi-rugalmas behatolás mérése nélkül;
mért cölöpellenállás R c;m kn A CPT-alapú cölöpméretezés megbízhatósága 5000 4000 CFA-cölöpök D = 40-80 cm 3000 2000 R c;m = 0,996 R c;m 1000 R 2 = 0,830 N = 47 R c;m = 0,75 R c;m 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 számított cölöpellenállás R c;sz kn
teherbírás statikus mérés alapján R(stat) kn A dinamikus próbaterhelés megbízhatósága homoktalaj esetén 7000 6000 5000 palástellenállás talpellenállás teljes ellenállás megbízható adat bizonytalan adat? 4000 3000 R s (stat) = 1,00 R s (din) R t (stat) = 0,80 R t (din) 2000 1000 R b (stat) = 0,50 R b (din)? 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 teherbírás dinamikus mérés alapján R(din) kn
CFA-cölöpalapozás globális biztonsága EC7 állandó teher parciális tényezője 0,85 csökkentő tényezővel 1,15 járműteher parciális tényezője 1,35 parciális tényező CFA-cölöp teljes nyomási ellenállására korrelációs tényező 1 statikus próbaterhelés esetén 1,15 1,40 ~1,22 1,61 ~ 2,0 MSZ Állandó teher biztonsági tényezője 1,10 Járműteher biztonsági tényezője 1,30 a 1 törőerő próbaterhelésből 0,9-0,7 1,15-1,2 1,9-2,2 a 2 építmény 0,9-0,5 1,65-1,85 a 3 talajviszonyok 1,0-0,9
Komplex modellezés végeselemes programokkal
Cölöpmodellezés AXIS-programban z H k h (z) e z (z) H D q h (z) q s (z) q hmax (z) e x (z) k s (z) q smax (z) e z (H) k b (H) q bmax (H) q b (H) k h (z)=c h (z) D=E s (z)/d D= k s (z)=q smax (z)/e smax = k b (H)=q bmax (H)/e bmax = =E s (z)=e s0 +z (E sh E s0 )/H =q smax (z)/(0,02 D) =q bmax (H)/(0,10 D) q h (z;e x )=k h (z) e x (z) q s (z;e z )=k s (z) e z (z) q b (H;e z )=k b (H) e z (H) q hmax (z)=(k p K a ) (p+z ) D q smax (z)= D q s (z) q bmax (H)= D 2 /4 q b (H) q h (z)=q h (z;e x ) ha q h (z;e x )<q hmax (z) q h (z)=q hmax (z) ha q h (z;e x )>q hmax (z) q s (z)=q s (z;e z ) ha q s (z;e z )<q smax (z) q b(h)=q b (H;e z ) ha q b (H;e z )<q bmax (H) q s (z)=q smax (z) q b (H)=q bmax (H) ha q s (z;e z )>q smax (z) ha q b (H;e z )>q bmax (H)
Modellezése PLAXIS 2D HS-modell 44. ábra. A cölöpökben üzemi állapotban működő igénybevételek mélység szerinti változása és maximuma támasz közbenső hídfő cölöpsor bal oldali jobb oldali egyetlen igénybevétel normálerő nyomaték normálerő nyomaték normálerő nyomaték max. érték 406 kn/m 67 knm/m 428 kn/m 89 knm/m 457 kn/m 19 knm/m n=2,40
Modellezés 3D szerkezettervező programokkal