Útmutató a geotechnikai vizsgálatok szükséges mértékének megállapításához az EC-7 elveinek és előírásainak figyelembevételével Készítették: Honti Imre Dr. Móczár Balázs Pozsár László Schell Péter Szilvágyi László Wolf Ákos Budapest, 2013. március 31. Dr. Móczár Balázs pályázat felelős Szilvágyi László tagozati elnök
1. Bevezetés Magyar Mérnöki Kamara Geotechnikai Tagozat Az altalajviszonyok megfelelő mértékig való megismerése a geotechnikai feladatok megoldásának alapja. A geotechnikai tervezéshez rendelkezésre álló ismeretek az elvégzett altalaj felderítő vizsgálatok mennyiségétől és minőségétől függnek. Ezen ismeretek megszerzése - a geotechnikai tervezéssel szemben megfogalmazott alapvető követelmények teljesítéséhez - éppen ezért sokkal fontosabb, mint a számítási modellek, vagy a parciális tényezők pontossága. Az altalaj felderítés szükséges mértékét az adott feladat geotechnikai kategóriába való besorolása befolyásolja, amit az altalajviszonyok összetettségétől, a tervezett létesítmény jellemzőitől és a körülményekből eredő kockázatoktól függően lehet megállapítani. Egy adott projekt közreműködőinek tisztában kell lenniük azzal, hogy még a szokásosnál jóval sűrűbb feltárás (pl. 5 10 m-es fúrástávolság) sem teszi lehetővé a talajadottságok tökéletes megismerését, valamekkora bizonytalanság mindig fennmarad. Jelen útmutató az altalaj felderítő feltárások típusára, távolságára és mélységére átlagos körülmények mellett megadja az irányelveket, ám fontos hangsúlyozni, hogy ezen előírások betartása nem feltétlenül biztosít elégséges feltártságot. Számos esetben a megadottnál több, illetve mélyebb feltárásra is szükség lehet, rögzíteni kell ugyanakkor, hogy kevesebb és rövidebb feltárás csak kivételes esetben elegendő. Az adott projekt altalajadottságainak megismeréséhez szükséges és elégséges feltárási tevékenységet a geotechnikai feladatokra (talajvizsgálati jelentés, geotechnikai tervezési beszámoló) vállalkozó geotechnikus mérnöknek kell megállapítania az alábbi szempontokat figyelembe véve: létesítmény jelentősége, szerkezeti jellege, süllyedés- illetve süllyedéskülönbségérzékenysége; helyszíni és domborzati viszonyok; terület geológiai adottságai; várható geotechnikai, hidrogeológiai viszonyok Az adott tervfázis elején még a legegyszerűbb feladat esetében is feltárási tervet kell készíteni, amelyben rögzíteni kell az alkalmazandó vizsgálattípusokat, mélységeket és a vizsgálatok pontos helyét. Kiviteli tervezésnél, különösen 3. geotechnikai kategória esetén a feltárási terv összeállításánál ajánlott szem előtt tartani az esetleges geotechnikai monitoring rendszer igényeit, követelményeit is. Jelen dokumentum az alábbi szabványok, műszaki előírások és dokumentumok figyelembevételével készült: MSZ EN 1997-1:2006 Geotechnikai tervezés, 1. rész: Általános szabályok; MSZ EN 1997-2:2008 Geotechnikai tervezés, 2. rész: Geotechnikai vizsgálatok; MSZE CEN ISO/TS 22475-1 Geotechnikai vizsgálatok. Mintavételi módszerek és talajvízmérések 1. rész: Műszaki elvek; e-ut 06.02.11 (ÚT2-1.222:2007) Útügyi Műszaki Előírás: Utak és autópályák létesítésének általános geotechnikai kérdései; e-ut 03.07.31 (ÚT2-1.405:2003) Útügyi Műszaki Előírás: Közúti alagutak létesítésének általános feltételei; e-ut 07.02.15 (ÚT2-3.418:2001) Útügyi Műszaki Előírás: Közúti hidak építése V. Alapozások MSZ 15295:1999 Árvízvédelmi töltések talajának és építési anyagának vizsgálata; 2
MSZ 15296:1999 Árvízvédelmi töltések talajának és építési anyagának vizsgálati eszközei, mérése és minősítése; MÁV Zrt.: Utasítás vasúti alépítmény tervezése, építése, karbantartása és felújítása (D11) kiadás alatt; Magyar Mérnöki Kamara, Geotechnikai Tagozat: A geotechnikai szolgáltatások tartalmi követelményei, 2000; Magyar Mérnöki Kamara, Geotechnikai Tagozat: Talajvizsgálatokat és talajvízméréseket végző vállalatoknak és szakszemélyzetének megfelelőség-értékelése az MSZ EN ISO 22475 szerint, 2011; Magyar Mérnöki Kamara Geotechnikai és Tartószerkezeti Tagozat: Alapozások tervezése az MSZ EN 1997-1,2 geotechnikai szabványok alapján - Geotechnikai- Tartószerkezeti egyeztető adatlap és útmutató, 2011. Az Építési törvény változását követően a Magyar Mérnöki Kamara által felkért munkacsoportok jelenleg dolgozzák ki az új Mérnöki Díjszabás (MÉDI) rendszerét, ami a német díjszabás mintájára (HOAI) a tervezési feladatokat öt díjzónára bontja. Az építmények megvalósításához készülő geotechnikai tervekre vonatkozóan az alábbi öt díjzónát definiálják: Díjzóna I. (1-es geotechnikai kategória): Nagyon alacsony bonyolultságú alapozási munkák, különösen: süllyedésre kismértékben érzékeny szerkezetek, egységes alapozási megoldásokkal, az egész építési terület vonatkozásában egyenletes teherbíró képességű és alakváltozási tulajdonságú talajrétegződés mellett; Díjzóna II. (1-es, 2-es geotechnikai kategória): Alacsony bonyolultságú alapozási munkák, különösen: süllyedésre érzékeny, vagy kis mértékben érzékeny szerkezetek különböző alapozási megoldásokkal, vagy erősen változó terhelésekkel, az egész építési terület vonatkozásában közel egyenletes teherbíró képességű és alakváltozási tulajdonságú talajrétegződés mellett; süllyedésre kis mértékben érzékeny szerkezetek egységes alapozási megoldásokkal, az egész építési terület vonatkozásában változó teherbíró képességű és alakváltozási tulajdonságú talajrétegződés mellett; Díjzóna III. (2-es geotechnikai kategória): Átlagos bonyolultságú alapozási munkák, különösen: süllyedésre nagymértékben érzékeny szerkezetek, az egész építési terület vonatkozásában közel azonos teherbíró képességű és alakváltozási tulajdonságú talajrétegződés mellett; süllyedésre érzékeny, vagy kis mértékben érzékeny szerkezetek különböző alapozási megoldásokkal, vagy erősen változó terhelésekkel, az egész építési terület vonatkozásában változó teherbíró képességű és alakváltozási tulajdonságú talajrétegződés mellett; süllyedésre kis mértékben érzékeny szerkezetek egységes alapozással, az egész építési terület vonatkozásában erősen változó teherbíró képességű és alakváltozási tulajdonságú talajrétegződés mellett; 3
Díjzóna IV. (2-es, 3-as geotechnikai kategória): Átlagon felüli bonyolultságú alapozási munkák, különösen: süllyedésre nagymértékben érzékeny szerkezetek, az egész építési terület vonatkozásában változó teherbíró képességű és alakváltozási tulajdonságú talajrétegződés mellett; süllyedésre érzékeny, vagy kis mértékben érzékeny szerkezetek különböző alapozási megoldásokkal, vagy erősen változó terhelésekkel, az egész építési terület vonatkozásában erősen változó teherbíró képességű és alakváltozási tulajdonságú talajrétegződés mellett; Díjzóna V. (3-as geotechnikai kategória): Nagyon magas bonyolultságú alapozási munkák, különösen: süllyedésre nagymértékben érzékeny szerkezetek, az egész építési terület vonatkozásában erősen változó teherbíró képességű és alakváltozási tulajdonságú talajrétegződés mellett; Az MSZ EN 1997-1:2006 szabvány a geotechnikai tervezési követelmények meghatározásához 3 geotechnikai kategóriát különböztet meg. Az egyes kategóriákba való besorolásra a szabvány az alábbi iránymutatást teszi (2.1. pont): 1. geotechnikai kategóriába csak a kicsi és viszonylag egyszerű tartószerkezetek tartoznak, amelyek esetében: az alapvető követelmények a tapasztalat és a minősítő jellegű geotechnikai vizsgálatok alapján is teljesíthetők; elhanyagolható a kockázat. Csak akkor indokolt az 1. geotechnikai kategóriához illeszkedő eljárásokat alkalmazni, ha elhanyagolható a kockázat az általános állékonyság vagy a talajmozgások tekintetében, továbbá olyanok a talajviszonyok, melyekről összehasonlítható helyi tapasztalat alapján tudható, hogy kellően kedvezőek. Ilyen esetekben az alapozások tervezéséhez és kivitelezéséhez rutinszerű módszereket szabad alkalmazni. 2. geotechnikai kategóriába indokolt sorolni azokat a hagyományos tartószerkezeteket és alapozásokat, amelyek esetén nem merül fel kivételes kockázat, vagy nem kedvezőtlenek a talaj- vagy terhelési viszonyok. A 2. geotechnikai kategóriájú terv keretében rutinszerű eljárásokat szabad használni a terepi és laboratóriumi vizsgálatokra, valamint a tervezésre és kivitelezésre. 3. geotechnikai kategóriába tartoznak azok a tartószerkezetek vagy tartószerkezeti elemek, amelyek nem sorolhatók sem az 1., sem a 2. geotechnikai kategóriába. A geotechnikai kategóriák és az egyes díjzónák kapcsolatát az 1. táblázat szemlélteti épületek esetén: Tartószerkezeti szempont Geotechnikai szempont GK-1 GK-2 GK-3 GK-1 DZ I. DZ II. DZ III. GK-2 DZ II. DZ III. DZ IV. GK-3 DZ III. DZ IV. DZ V. 1. táblázat: Geotechnikai kategóriák és díjzónák közötti kapcsolat épületek esetén 4
A német díjszabási előírás (HOAI) a mérnöki feladatok esetében 9 egymásra épülő tervezési fázist állapít meg: 1. Alapadatok meghatározása 2. Vázlattervek 3. Jóváhagyási terv (diszpozíciós terv) 4. Engedélyezési terv 5. Kiviteli terv 6. Vállalkozásba adás 7. Együttműködés a vállalkozásba adásban 8. Az objektum megvalósításának (kivitelezésének) tervezői felügyelete 9. Az objektum megvalósulásának követése az átadási és szavatossági időszakban Jelen útmutató az 1 5. tervfázishoz - mely tervezői szolgáltatásként kezelendő - adja meg a minimálisan megkövetelt feltárási mennyiségeket. Ezen előírásban az 1 3. fázis együttesen előkészítő munkarészként jelenik meg. A 6 9. fázisok a vállalkozásba adás, illetve a kivitelezés időszakára vonatkoznak, amelyek már csak ritkább esetben indokolják újabb feltárások készítését. 2. A feltárások módja A feltárások módjának megválasztásához az alábbi irányelvek adhatóak: 1. geotechnikai kategória (Díjzóna I - II.): Egyszerű vizsgálatok, amelyek a rétegződés megállapítására, a talajok azonosításának és állapot jellemzőinek meghatározására irányulnak 2. geotechnikai kategória (Díjzóna III.): Az 1. geotechnikai kategóriánál leírtakon felül a talajok hidraulikai és mechanikai jellemzőinek meghatározására is alkalmas vizsgálat típusok alkalmazandóak 3. geotechnikai kategória (Díjzóna IV - V.): A 2. geotechnikai kategóriánál leírtakon felül az adott feladat speciális igényeit is ki kell elégítenie a vizsgálati programnak. A feltárások közül legalább egy közvetlen fúrásos esetleg nyílt feltárásos - mintavétel legyen. Ezenkívül az Eurocode szabványokban szereplő egyéb közvetett - vizsgálati típusokat kell alkalmazni, a rétegződés és a tervezési feladat függvényében. Mélyalapok teherbírásának számításához, süllyedésanalízisekhez különösen ajánlott CPT/CPTu vizsgálatok végzése. Az előzőek szerinti - közvetett és közvetlen - feltárási módszereken kívül, kiegészítő vizsgálatként a rétegződés térbeli elhelyezkedésének tisztázására, továbbá egyes talajparaméterek in situ vizsgálatára jól használhatók a különböző geofizikai mérési módszerek. 3. A feltárások mélysége A feltárások mélységére vonatkozóan az alábbi előírásokat kell betartani. Ha az alábbiakban z a értékére több alternatíva is szerepel, akkor a legnagyobbat kell figyelembe venni. Szerves réteg vagy feltöltés esetén a feltárást a teherbíró réteg elérése előtt befejezni nem szabad. Az ajánlottnál kisebb feltárási mélység alkalmazása csak geológiai irodalmi adatokkal, korábbi feltárási eredményekkel igazolt vastag, összefüggő teherbíró réteg előfordulása esetén lehetséges, de e réteg felső zónáját ekkor is vizsgálni szükséges. 5
Sáv- és pontalapok Lemezalapok (egymásra ható alapok) Díjzóna I és II:. z a 4 m Díjzóna III., IV. és V.: z a 6 m z a 3,0 b f Díjzóna I és II.: z a 0,5 b B Díjzóna III.: z a b B Díjzóna IV és V.: z a 1,5 b B z a 6,0 m Cölöpalapok Kisebb alagutak és földalatti műtárgyak z a 5 m z a 1,0 b g z a 3,0 D F b Ab < z a < 2,0 b Ab 6
Töltések Bevágások 0,8 h < z a < 1,2 h z a 3,0 m z a 6,0 m z a 0,4 h Földkiemelés talajvíz szintje felett Földkiemelés talajvíz szintje alatt z a 0,4 h g z a (t+2,0) m Munkagödrök, közművek z a (H+2,0) m z a (t+2,0) m Vízzáró falak z a 2,0 m z a 1,5 b Ah z a 2,0 m Térburkolatok z a 4,0 m 7
A vízépítési földművek esetében a feltárás (fúrás) szükséges mélysége a töltéstest alatt a tartott vízoszlop (H) 1,5-szerese (vagyis 1,5H) a mederoldali töltéslábtól mérve. Szivárgás vizsgálat esetén nagyobb mélység is szükséges lehet a számítási modell és a talajviszonyok függvényében. 4. A feltárások távolsága A következőkben a feltárások maximális távolságát feladattípusonként foglaljuk öszsze: 4.1. Építmények Előkészítés Engedélyezési terv Kiviteli terv Díjzóna I. - Díjzóna II. - Díjzóna III. Díjzóna IV. Díjzóna V. 150 m (minimálisan 2 db 100 m (minimálisan 2 db 70 m (minimálisan 2 db 80 m (minimálisan 2 db 65 m 65 m 50 m 35 m (minimálisan 3 db 80 m (minimálisan 2 db 65 m 50 m 35 m 25 m 2. táblázat: Feltárások maximális távolsága építmények esetén Az előkészítő tervfázisban, Díjzóna I és II. esetében elegendő térségi irodalmi, illetve tervtári adatok alapján dolgozni. Zártsorúan csatlakozó, vagy meglevő épülethez közel kerülő új beépítések, illetve épületbővítések esetén a meglévő létesítmény alapozási viszonyait meg kell ismerni (alapozási terv felkutatása, alap. A földalatti műtárgyak a táblázat Díjzóna III V. sorai szerint vehetőek számításba. 4.2. Utak földművei Geotechnikai kategória egyenletes talajrétegződés Előkészítés változó talajrétegződés Engedélyezési terv egyenletes talajrétegződés változó talajrétegződés GK-1. 1200 600 400 200 GK-2. 900 450 300 150 GK-3. 600 300 200 100 3. táblázat: Feltárások maximális távolsága utak esetén 8
6 m-nél magasabb töltések, illetve ennél mélyebb bevágások, földmegtámasztó szerkezetek igénye és rézsűállékonysági probléma esetén a hossz-szelvény menti feltárásokon kívül keresztszelvények felvétele is szükséges, legalább 400 m-enként. A kiviteli tervekben a korábbi tervfázisok tapasztalatai alapján a feltárásokat szükség szerint sűríteni kell, illetve további keresztszelvényi vizsgálatokkal kell kiegészíteni, a tervezés során felmerülő speciális igényű tervezési feladatok elvégzéséhez, illetve a szükséges beavatkozások pontos lehatárolásának meghatározásához. 4.3. Vasutak földművei Geotechnikai kategória egyenletes talajrétegződés Előkészítés változó talajrétegződés Engedélyezési terv egyenletes talajrétegződés változó talajrétegződés GK-1. 1000 500 250 125 GK-2. 600 300 150 75 Gk-3. 400 200 100 50 4. táblázat: Feltárások maximális távolsága vasutak esetén 6 m-nél magasabb töltések, illetve ennél mélyebb bevágások, földmegtámasztó szerkezetek igénye és rézsűállékonysági probléma esetén a hossz-szelvény menti feltárásokon kívül keresztszelvények felvétele is szükséges legalább 400 m-enként. A kiviteli tervekben a korábbi tervfázisok tapasztalatai alapján a feltárásokat szükség szerint sűríteni kell, illetve további keresztszelvényi vizsgálatokkal kell kiegészíteni, a tervezés során felmerülő speciális igényű tervezési feladatok elvégzéséhez, illetve a szükséges beavatkozások pontos lehatárolásának meghatározásához. Vasúti pályák felújításának, korszerűsítésének tervezésekor engedélyezési terv szinten 200 m-enkénti vágatolással kell a feltárási programot kiegészíteni. Kiviteli terv szinten, ha indokolt, a vágatolásokat szükség szerint sűríteni kell. 4.4. Vízépítési földművek Geotechnikai kategória egyenletes talajrétegződés Előkészítés változó talajrétegződés Engedélyezési terv egyenletes talajrétegződés változó talajrétegződés GK-1. 1200 600 400 200 GK-2. 900 450 300 150 GK-3. 600 300 200 100 5. táblázat: Feltárások maximális távolsága vízépítési földművek esetén A fenti táblázatban szereplő általános jellegű irányelvek figyelembevételével az MSZ 15295:1999 szabvány 1. pontja szerint részletes feltárási és vizsgálati tervet kell készíteni, mind a kereszt-, mind a hosszirányú vizsgálatok vonatkozásában. Az MSZ 15295:1999 szabvány szerint az azonos viselkedésű szakaszon belül a mértékadó keresztszelvényt az engedélyezési tervhez min. 3 fúrással kell feltárni. 9
Töltéserősítés (magasítás) esetén egy keresztszelvényben a meglévő töltést is min. 1 fúrással és az új töltést is min. 1 fúrással fel kell tárni. 4.5. Közművek Geotechnikai kategória Előkészítés Engedélyezési terv 4.6. Hidak GK-1. 300 150 GK-2 és GK-3. 200 100 Híd szerkezeti hossza 6. táblázat: Feltárások maximális távolsága közművek esetén Nyílásméret Előkészítés L < 15 m - - 15 m L < 40 m - - 40 m L T < 40 m 40 m T minimum 2 db feltárás minimum 2 db feltárás Engedélyezési terv 1 db fúrás + 1 CPTu 1 db fúrás + 1 CPTu 80 m-enként 1-1 db fúrás és CPTu* Minden második támasznál 1-1 db fúrás és CPTu* Kiviteli terv 1 db fúrás + 1 CPTu 2 db fúrás + 2 CPTu 40 m-enként 1-1 db fúrás és CPTu* Minden támasznál 1-1 db fúrás és CPTu* 7. táblázat: Hidak tervezéséhez szükséges geotechnikai feltárások minimumkövetelményei * 25 m-nél nagyobb alaptest méret esetén a fenti előírás szerinti távolságokban 1 helyett 2 db CPTu szondázás elvégzése szükséges, a keresztirányú rétegződés feltárására. Amennyiben a statikus szondázás (CPTu) durva szemcsés talajok, vagy nagy ellenállások miatt sikertelen, helyettesíthető dinamikus szondázással, vagy mintavételező fúrással is. 4.7. Alagutak Alagutak tervezése esetén a feltárási tervet az e-ut 06.02.11 (ÚT 2-1.405) szerint kell elkészíteni, majd a feltárási programot ugyanezen előírás szerint kell végrehajtani. 10
5. A minta minősége A geotechnikai célú feltárások és mintavételezések célja olyan minőségű talaj-, kőzet- és talajvízminták vétele, amelyek alapján megítélhető a helyszín általános geotechnikai alkalmassága, és amelyek lehetővé teszik a szükséges talaj-, kőzet- és talajvíz jellemzők laboratóriumi meghatározását. A minták minőségére egyebeken kívül hatással van a mintavételi módszer típusa és végrehajtása, valamint a minták kezelése, szállítása és tárolása. Az egyes mintavételi eljárások eltérő mértékben eredményezik a minta megzavarását. A talajmintákat a zavartságuk szerint minőségi osztályba, a mintavételi módszereket pedig kategóriákba soroljuk aszerint, hogy várhatóan milyen mintaminőséget eredményeznek. Az egyes mintavételi módszereket és alkalmazásukkal elérhető mintaminőségeket részletesen az MSZE CEN ISO/TS 22475-1 Geotechnikai vizsgálatok. Mintavételi módszerek és talajvízmérések szabvány fogalmazza meg, melynek értelmezését a MMK Geotechnikai Tagozat tanulmánya segíti. A mintavételi kategória és a minta minősége közötti összefüggésre az alábbi táblázatok adnak útmutatást: Laboratóriumi vizsgálat céljára vett talajminták minőségi osztályai Mintavételi kategóriák 1. 2. 3. 4. 5. 8. táblázat: A mintavételi kategória és a talajminta minősége közötti összefüggés A B C A feltárások ajánlott mennyiségével összefüggésben a mintaminőségre és a meghatározandó talaj/kőzetparaméterekre vonatkozó követelmények is különbözőek az egyes geotechnikai kategóriába sorolt tervezési feladatok esetében. A 9. táblázat segíti adott geotechnikai kategóriájú tervezési feladat esetében a peremfeltételektől függő feltárási terv összeállítását. A tervezési szabvány filozófiája szerint a geotechnikai előkészítő, adatgyűjtő munkafázisban a feltárások között hangsúlyos szerepet kapnak a különböző in situ közvetett talajvizsgálatok is, melyek a fúrásos, közvetlen vizsgálatok reprezentatív kiegészítői lehetnek alkalmas megválasztásuk esetén. 11
9 (9.) táblázat: Az egyes talaj- és kőzetmintavételi kategóriákkal, valamint terepi vizsgálatokkal elérhető eredmények 12