Vizsgakérdések www.g4m4.atw.hu 1. Alaptestek kialakítása, fajtái, anyaguk. Az építmények terheit az alapok közvetítik a talajra. Ha az alap közvetlenül az építmény szerkezete alá kerül, akkor síkalapról beszélünk, ha a teherbíró réteg mélyen van, mélyalapozást kell alkalmaznunk terhelésközvetítő elemként. Mélyített síkalapról akkor beszélünk, ha az alapok a szerkezetileg megkívánt minimális alapsíknál mélyebbre kerülnek (alápincézetlen épület esetén 2,5-3,0 m mélységben alapozunk). Speciális alapok közé tartoznak a kémény és körgyűrű alapozások. Síkalap alkalmazható, ha: megfelelő teherbírású és vastagságú talajréteg van a felszín közelében; a térszín közeli talajréteg teherbírása nem nagy ugyan, de mélyebben sincs jobb, s az épület súlyát nagy felületen el lehet osztani (lemez alap); az altalaj teherbírása kicsi, de a ráhelyezett épület, építmény-süllyedésre nem érzékeny, és felszín közeli síkalapozással költséges talajvízszint-süllyesztés, vagy mélyalapozás küszöbölhető ki. Mélyalapot csak akkor tervezzünk, ha a síkalap műszakilag nem megfelelő, vagy csak nagyobb költséggel építhető. Jellemzők: Síkalap Mélyalap Terhelés normál nagy Teherátadás a.s. a.s. + köpeny Az alaptestek kialakítása függ a terhelés módjától, talaj típusától és a felhasznált anyagtól. Falszerkezetek terhelési módja szerint megkülönböztetünk: Pontteher pillér-; tömb-; talp-; kehelyalap Átmenet a pont- és sávalap között szalag alap Vonal mentén megoszló teher sávalap Átmenet a sáv- és lemezalap között gerendarács alap Nagyobb felület mentén megoszló teher lemezalap Ha a lemezalap teherbírása már nem elegendő dobozalap Sávalapok: Falak folyamatos alátámasztására készülnek. Talpszélességük kivételesen azonos is lehet a felmenő faléval, de mivel a talaj teherbírása kisebb az építőanyagénál, ezért általában konzolosan kinyúlnak a falak alól. A sávalapok készülhetnek: téglából, terméskőből, úsztatott betonból, csömöszölt betonból és vasbetonból. Pillér (tömb) alapok: Pillérek, oszlopok alá készítik vázas épületeknél is. Alaprajzuk általában négyzet, ill. A/B = 1-3,5. Anyaguk, építési módjuk a sávalapokéhoz hasonló. Nagyobb igénybevétel miatt betonból vagy vasbetonból készülnek. Leggyakrabban hálós acélbetéttel vannak ellátva.az előre legyártott talp "kelyhébe" állítják be a vasbeton- vagy acéloszlopokat, majd bebetonozással rögzítik őket végleges helyzetükben. A csavarorsós lekötés az esetleges húzóerők átadásához kell. Szalag (talpgerenda) alapok: A gyengébb altalaj vagy erőtani okok miatt állítunk pilléreket egy - rendszerint erősen vasalt - sávszerű gerendára. Anyaga vasbeton. Az építménynek hosszirányú merevséget ad (bal oldali ábra). Gerendarács-alap: Egymást metsző szalagalapok együttese. Ha a talaj kevésbé teherbíró, vagy két irányban nagy merevség szükséges. Vasbeton anyagúak (felső ábra jobb oldali része).
Lemezalapok: Az építmény alatt átmenő, összefüggő vasbeton szerkezetek, amelyek falakat és pilléreket egyaránt alátámasztanak. Alkalmazásukra akkor kerül sor, ha az építmény terheit csak a teljes alapterületen lehet átadni, mert az előzőekben említett síkalapok alatti fajlagos terhelés meghaladná az, altalaj teherbírását. A viszonylag kis vastagságuk miatt a lemezek általában igen hajlékonyak. Ha a bordák helyén erősítő vasbetétek maradnak a lemezben, de a vastagság a bordákéval azonos, akkor rejtettbordás kialakításról beszélünk. Szilárdságilag kedvezőbb az alulról domború felületű ellenboltozat, viszont a készítése bonyolultabb. A lemezek általában hajlékonyak. Gazdaságos a lemez: teljesen alápincézett épületeknél; ha víznyomás elleni szigetelés is kell. Dobozalapok: A házgyári elemekből készült épületek csak kis deformációt képesek károsodás nélkül elviselni. Ezért a lemezalapok itt a rájuk épített pincefalakkal és födémmel együtt monolit egészet képeznek (bal oldali ábra). Héjalapok: Speciális anyagtakarékos, de munkaigényes lemez. Matematikailag jól leírható egyszeres vagy kétszeres görbületű felületek, amelyekben csak normálerő (nyomás) keletkezik, hajlítás nem (felső jobb oldali ábra). 2. Alapozási sík felvételének szempontjai. Alapfogalmak: Alapsík: a síkalap alsó támaszkodó felülete. Alapozási mélység: az alapsík és a térszín között függőlegesen mért távolság. Az alapozási sík felvételétől döntően függ az alapozási rendszer. Tervezéskor mindig a szerkezetileg szükséges minimális mélységű alapozási síkból kell kiindulni. Követelmények: alapsík a fagyhatár alatt legyen; teherbíró talajon legyen, amely csak kismértékben összenyomható; lehetőleg a talajvíz szintje felett legyen a víztelenítés és szigetelés költségének elkerülése miatt; az építmény szerkezete (pince, mélygarázs, stb.) által megkívánt mélységben legyen; térfogatváltozó altalaj esetén az alapsík a kiszáradási határ alatt legyen; igazodjon a beépített környezethez. Figyelembe veendő gazdaságossági szempontok: lehetőleg ne legyen fölösleges földmunka; ne használjunk el fölös mennyiségű építőanyagot; lehetőleg kerüljük az építés alatti talajvíz szivattyúzás költségeit; Fagyhatár: télen 0 C alá hűlő talajréteg legnagyobb vastagsága. Hazai viszonylatban a fagyhatár: szemcsés talajban: 0.8 m; a Balti tenger szintje felett 500 m-nél magasabban: 0.9 m; kötött talajban: 1.0 m; szilárd kőzeten álló alap esetén: 0.5 m; ha nincs fagyveszély: 0,4 m. A fagyhatár alatti alapozási mélységgel el lehet kerülni a fagykárt, ami a viszonylag kis terhelésű építményeknek a jéglencsék emelő-feszítő hatása miatti károsodásában mutatkozik meg. A jéglencsék képződésének a lehetőségénél vizsgálni kell a talajvízszint helyzetét, a kapilláris vízszintemelkedés lehetőségét és várható nagyságát (bal oldali ábra). Felszínközeli talajvízszint esetében a fagyhatár miatt lehetőleg ne alapozzunk a talajvíz alatt, inkább feltöltéssel biztosítsuk a megfelelő takarást (felső jobb oldali ábra).
A talajvíz szintjének állandó változásait elsősorban az időjárási tényezők (csapadék, hőmérséklet, párolgás), valamint a felszíni vízfolyások vízállásai befolyásolják. Ezért a feltárás idején észlelt nyugalmi vízszint csak egy a számos lehetséges vízállás közül. Az alapozás, építés idején várható szintek ismerete szükséges a kivitelezés végrehajtásához, a szigetelések tervezéséhez pedig az ún. mértékadó szintet kell figyelembe venni, amelyet az észlelt vízszintingadozás, a talajvízjárás alapján az építmény fontosságától és szárazsági igényeitől függően lehet kiszámítani. Térfogatváltozó (kötött) talajok kiszáradásával, ill. telítődésével (víztartalom változásával) együtt járó zsugorodás és duzzadás elsősorban a kis terhelésű építményeket veszélyezteti. Ha az altalaj hajlamos a térfogatváltozásokra, akkor tanácsos az alapsíkot az ún. neutrális zónában felvenni. Ez hazánkban talajtól, éghajlati adottságoktól függően 1,5-2,5 m. Különösen káros lehet a különböző alapozási szintek felvétele, a részbeni alápincézettség. Részben alápincézett épületeknél (nem zsugorodó altalaj) a magasabban maradó alap talpsíkját úgy kell meghatározni, hogy annak belső élétől húzott természetes rézsű vonala ne metssze a pincefal vonalát a pincepadló szintje felett (bal oldali ábra). Beépített környezet, melléépítés esetében a padlószintek relatív helyzetétől függetlenül az új épület alapsíkja egyezzen meg a régi épület alapsíkjával (felső jobb oldali ábra). Ha az új épület mélyebb padlószintje miatt az alapsíkja a régi épület alá kerül, akkor a régi épületet alá kell falazni. Ez a művelet azonban igen kényes, és ha kivitelezése szakszerűtlen, akkor sokkal több a kára, mint a haszna. Ezért sok esetben inkább más, műszakilag egyenértékű megoldással (cölöpfallal, szádfalazással, réseléssel, talajszilárdítással, az új épület alapjainak beljebb húzásával stb.) védik meg a régi épületet. Lejtős területen fennáll az elcsúszás veszélye, ezért ott az alapsíkot lépcsőzéssel, a térszínhez igazítva kell felvenni. Lépcsőzés max magassága 50 cm, síkjának dőlésszöge max 30, nem metszhet bele alaptestekbe. Kis teherbírású, erősen összenyomódó altalaj esetében célszerű az alapot mélyebbre levinni.
3. Síkalap teherbírását befolyásoló tényezők. Talaj szilárdsági paraméterei: belső súrlódási szög (φ), kohézió (c). Alaptest szélessége (+ alapozási sík alatti talaj térfogatsűrűsége (γ)): γ = ρ g; F = m a www.g4m4.atw.hu Alaptest alakja: Pontalap teherbírása nagyobb, mint a sávalapé P pont 1,3 1,4 P sáv (bal oldali ábra) Alapozási sík mélysége (takarásból keletkező feszültség az alapozási síkon (σ )) (felső, jobb oldali ábra) Terhelőerő ferdesége: A gyakorlatban sokszor az eredő erő ferde, azaz a vertikális komponens mellett horizontális komponense is van az eredő erőnek. Ebben az esetben a csúszólapseregek asszimetrikusak lesznek, ezáltal lecsökken a talaj nyírási ellenállása. A talaj teherbírása ferde erő esetében függ az eredő erő nagyságától és a horizontális-vertikális komponensek arányától, azaz az eredő erő ferdeségétől. Ahogy nő a horizontális terhelés 0,4 cu értékről 0,8 cu értékre, a csúszólapok egyre laposabbak lesznek, egyre jobban csökken az a felület, amely mentén a nyírási ellenállás kiváltódik. Ha tovább növelnénk a horizontális erőt, az alaptest vízszintesen elcsúszna. súrlódási ellenálás az a. s. nél = V tg(φ ) H < V tg(φ ) csak kis terhelés esetén alkalmazható, mert H < P v törő φ talaj alaptest közötti súrlódási tényező ~ 2 3 φ
Terhelés külpontossága: Ha a terhek eredője külpontos, akkor a törőfeszültség meghatározásakor az alaptest dolgozó keresztmetszetével kell számolni, vagyis az alaptest méretét redukálni kell, hogy a redukált méretű alaptesten az eredő erő központos legyen. Teljes talajkörnyezet stabilitása (lejtő, támfal állékonysága): A megváltozott stabilitású lejtő elcsúszással szembeni biztonságát ellenőrizni kell. 4. Síkalapok méretezése (drénezett) az MSZ és EC szerint. MSZ 15004-1989 szerint: σ t = a B γ 1 B N B i B j B + a (t γ z N t i t j t + c N c i c j c ) σ t (MSZ) σ t (Terzaghi) + B alap kisebbik vízszintes metszete, kör esetén átmérő L alap hosszabbik vízszintes metszete, kör esetén átmérő t i γ i az alapozás síkjában alaki tényezők ( a db ) + ferdeségi tényezők (i) + terep lejtés (j) Alaki tényezők: Teherbírási tényezők: Ferdeségi tényezők: Lejtős terep hajlását figyelembe vevő tényezők: a B = 1 B 3 L N t = e π tgφ tg 2 (45 + φ 2 ) i B = (1 F 3 H ) F V j B = j t = (1 tgε tgφ ) 2 a = 1 + B 2 L N B = (N t + 1) tgφ N c = (N t 1) ctgφ i t = (1 0,7 F 3 H ) F V j c = j B 1 j B N c tgφ i c = i t 1 i t N t 1
EC [MSZ EN 1997-1] szerint: Nyílt rendszerű (drénezett, konszolidált) terhelés esetén a hatékony feszültségek analízisén alapuló számítást végezhetünk. Eszerint a talajtörést okozó feszültség függőleges komponensét a következő összefüggés adja meg: R d = R k γ k ; R k A = c N c b c s c i c + q N q b q s q i q + 0,5 γ B N γ b γ s γ i γ R k : a talajtörést okozó erő vertikális komponense; B : a dolgozó alapfelület szélessége; L : a dolgozó alapfelület hossza; γ : csúszólapon belüli talaj térfogatsúlya q : az alapsík szintjén működő hatékony függőleges feszültség; c : az altalaj hatékony feszültségekhez tartozó kohéziója; N γ ; N q ; N c : hatékony belső súrlódási szögtől függő a teherbírási tényezők; s γ ; s q ; s c : az alap alaki tényezői; i γ ; i q ; i c : a törőerő ferdeségi tényezői. B ; L Dolgozó méretek: Feltételezés: P erő központosan hat az alaptest dolgozó felületére. B = B 2 e B L = L 2 e L q hatékony feszültség: Mindig a kisebbiket kell figyelembe venni (biztonság javára). q = σ z,min (az alapozás síkjában) = t i γ i γ csúszólap által közbezárt talaj térfogatsúly: 1. t w,d < 0,5 B γ = γ Sr=1,0 γ w 2. 0,5 B < t w,d < 1,5 B γ = (γ Sr=1,0 γ w ) + [γ (γ Sr=1,0 γ w )] ( t w,d 0,5) B 3. 1,5 B t w,d γ = γ Teherbírási tényezők: Alapfelület hajlása: Alaki tényezők: N q = e π tgφ tg 2 (45 + φ 2 ) N γ = 2 (N q 1) tgφ N c = (N q 1) ctgφ b q = b γ = (1 α tgφ ) 2 b c = b q 1 b q N c tgφ Téglalap alakú alaptest: s q = 1 + B L sinφ s γ = 1 0,3 B L s c = s q N q 1 N q 1 Négyzet vagy kör alaptest: s q = 1 + sinφ s γ = 0,7 Teher ferdesége: i c = i q 1 i q N c tgφ m H i q = [1 V + A c ctgφ ] m+1 H i γ = [1 V + A c ctgφ ] Ha H a B -vel párhuzamos: m = m B = 2 + B L 1 + B L Ha H az L -vel párhuzamos: m = m L = 2 + L B 1 + L B Általános esetben: m = m θ = m L cos 2 θ + m B sin 2 θ
5. Alaptestek drénezettlen teherbírása. Méretezés az EC szerint. Csak kötött talajnál és gyors terhelésnél. Gyors teherfelhordás miatt talpi törés alakulhat ki az alaptest alatti talajban. Minél szélesebb az alaptest, annál nagyobb az esély a kialakulására. R k A = (π + 2) c u b c s c i c + q R k : a talajtörést okozó erő vertikális komponense; B : a dolgozó alapfelület szélessége; L : a dolgozó alapfelület hossza; γ : csúszólapon belüli talaj térfogatsúlya q : az alapsík szintjén működő hatékony függőleges feszültség; c u : alapsík alatti drénezettlen nyírószilárdság s c : az alap alaki tényezője; i c : a törőerő ferdeségi tényezője. Alapfelület hajlása: Alaki tényező: Ferdeségi tényező: b c = 1 2 α π + 2 s c = 1 + 0,2 B L (téglalap) s c = 0,2 (négyszet vagy kör) i c = 1 (1 + 1 H ) 2 A c u 6. Alaptestek magasságának méretezése. A szélesség meghatározása után a tervezés következő lépése az alapok magasságának számítása, amely az alapnak a szilárdsági méretezését jelenti. Ehhez ismerni kell az alapsíkon a feszültségek eloszlását. A síkalapok mértékadó igénybevétele a felszerkezet terheiből és az ezekkel egyensúlyt tartó talajreakciókból származó hajlítónyomaték. Fellépnek nyíróerők is (pilléreknél átfúródási veszély). Sáv-és pilléralapok magasságának meghatározása szerkesztési szabály alapján: A szerkesztési szabályt alkalmazva az alaptest feletti teherhordó fal, vagy pillér geometriáját figyelembe véve számítható k konzolhossz. A különböző talajtípusokhoz tartozó szükséges konzolhossz és alaptest magasság (h) hányados a táblázatban látható. Ez alapján visszaszámítható a szükséges h magasság. Talaj típusa (teherbírása) k:h tömör durvaszemcsés (φ 36 ) 1:2 kemény kötött (cu 75 kpa) szemcsés talajok 1:1,5 gyúrható kötött (cu 40 kpa) kis teherbírású 1:1 A magasság meghatározása nem igényel külön szilárdsági méretezést, ha: nagyteherbírású talajoknál: σ > 500 kpa h 2 k kis teherbírású talajoknál: σ < 100 kpa h k 7. Süllyedések (okok, telített talajok, konszolidáció, roskadás). A süllyedés a létesítmények függőleges elmozdulása valamely (térben és időben értelmezhető) kezdeti helyzethez képest. Az alapok helyes megtervezéséhez a teherbírás, állékonyság meghatározása/igazolása mellett,ugyanolyan fontos része a tervezési folyamatnak annak a bizonyítása, hogy káros süllyedések vagy süllyedés-különbségek nem lépnek fel. Süllyedések okai: statikus terhek; dinamikus terhek és hatások; talajban lévő víz hatása: talajvízszint ingadozás (talajvízszint süllyedés); σ = σ u σ z eredeti + z tv γ w
roskadás: a makro pórusos, laza szerkezetű talajok (lösz, laza homok, feltöltés) terhelés alatt, átázás hatására rendkívül gyors süllyedéseket (roskadást) szenvednek. Az ödométerben végzett, roskasztási kísérlettel nyert kompressziós görbe alapján számítható az alapsík alatti talajok roskadásából várható süllyedéstöbblet: s = ε h. Ezt a járulékos süllyedési értéket hozzá kell adni a statikus teher okozta süllyedések számított értékéhez. e roskadási tényező: ε = 1+e 0 roskadó réteg vastagsága: h víztartalom változás (zsugorodás, duzzadás) csőtörés / aláüregelődés (talajvíz kimosó hatása): bánya, pince, alagút; kémiai és fizikai hatások (olvadás, fagyás, kioldódás); dinamikai, geológiai folyamatok; biológiai hatások A fenti okok közül elsősorban a statikus terhelés okozta süllyedések várható nagyságát tudjuk számítani. A többi esetleg egészen durva károsodásra vezető süllyedési okot előre el kell hárítani. Telített talajra ható terhek, konszolidáció: Egy pillanatszerűen elhelyezett terhelés hatására az alaptest süllyedése az ábra szerint értelmezhető. Az a ábra a feszültségek időbeli alakulását mutatja telített talajok esetében. A terhelés átadásakor megnő a pórusvíznyomás (a vízfázis kevésbé összenyomható, mint a szilárd váz, így a terhelést először az veszi fel), majd az idő előrehaladtával az értéke lecseng, azaz a többletterhelés hatására a pórusokból víz nyomódik ki mindaddig, amíg a kezdeti állapotnak megfelelő pórusvíznyomás értéke újra beáll. A folyamat során csökken a pórusok térfogata, térfogataránya, azaz a talaj konszolidálódik. A süllyedés szigorúan véve csak telített talajokra a következő három részből tevődik össze (lásd b d ábrákon): a kezdeti (azonnali) süllyedés (s k ); az elsődleges konszolidáció okozta süllyedés (s c ); a másodlagos konszolidáció okozta süllyedés (s m ). Az elsődleges és másodlagos konszolidáció okozta süllyedést együttesen, mint konszolidációs süllyedést szokás számítani. A három összetevő időben változó mértékű, összege a mindenkori süllyedés ( e ábra): s = s k + s c + s m A süllyedés döntő részét általában a konszolidáció idézi elő, ezért érdekes, fontos, hogy az sc mennyi idő alatt játszódik le. A konszolidációs folyamat annál lassúbb, minél kisebb a talaj áteresztőképessége és minél nagyobb az összenyomhatósága. A homok összenyomódása rövid idő alatt lezajlik, míg az agyagon lévő építmények süllyedése hosszan elnyúlik. 8. Feszültségeloszlás rugalmas féltérben. Befolyásolja: talaj minősége; terhelés nagysága; alaptest nagysága, alakja és egyéb tulajdonságai. Egyszerűsítő feltevések: az altalajt rugalmasnak tekintjük, érvényes a Hooke-törvény; a talaj homogén és izotróp; az E s rugalmassági modulus és a μ Poisson tényező állandó, a szuperpozíció elve érvényes, azaz σ = Elméleti alapokról indulva feszültségszámítási módszerek vannak kidolgozva: koncentrált (pont) teher; vonalas (él) teher; sávteher; zárt felületteher esetére. n i=1 σ i.
Koncentrált erő esete: (bal oldali ábra) Az igen kis felületen átadott terhelések hasonlítanak hozzá. Alkalmazható tömbalapok esetén a szomszédos alapok alatti többletfeszültség meghatározásához. Boussinesq szerint a rugalmas féltér felszínén működő pontszerű függőleges F nyomóerő által valamely B pontban keltett függőleges feszültség: σ t = 2 π r 2 cos3 θ r = x 2 + y 2 + z 2 cosθ = z r 3 F Vonalas teher esete: (jobb oldali felső ábra) Talajra fektetett sínszál (darupálya) viselkedése közelíti meg ezt a szintén elméleti jellegű esetet. Használható szomszédos sávalapok alatti többletfeszültségek közelítő számításánál. σ z = 2 q π R cos3 β Sávterhelés: (bal oldali ábra) Falak sávalapjai alatt. A legnagyobb függőleges feszültség természetesen a sáv szimmetriatengelyében keletkezik. σ z = p π sin(β 2 β 1 ) cos(β 2 β 1 ) + (β 2 β 1 ) Zárt felületek alatt keletkező feszültségek: (középső ábra) Ezzel az esettel találkozunk a leggyakrabban a mérnöki gyakorlatban (tömbalap, lemezalap). Az egyik legegyszerűbb eset: az egyenletesen terhelt (p), r sugarú körlemez középpontjának függőlegesében keletkező σz feszültség meghatározása. Boussinesq pontszerű terhelésre vonatkozó összefüggéséből kiindulva történik a levezetés. σ z = p (1 cos 3 α) Derékszögű négyszög alakú alapok alatti feszültségek: (jobb oldali felső ábra) Steinbrenner a derékszögű négyszög alapot az egyik átlójával két háromszögre osztotta, majd az ezek hatására külön-külön meghatározott feszültségeket összegezte. A négyszög sarokponti függőlegeseiben keletkező σ z feszültséget az ábra jelölései alapján a következő összefüggéssel számolhatjuk: σ z = p A B [arctg + AB ( 1 + 1 2 π z c a 2 b 2) z ] c Ha A, a sávalap megoldását kapjuk. Amennyiben belső vagy külső pont alatt akarjuk számítani a feszültségeket, úgy az ábra szerint olyan felosztást és kiegészítést kell alkalmazni, hogy az előálló rész területek mindegyikének külön-külön sarokpontja legyen a vizsgált pont, amelyek alatt a feszültségek meghatározhatók, majd a szuperpozíció elvét alkalmazva a kapott részeredményeket előjelhelyesen összegezzük.
Süllyedésszámításkor mivel a feszültségek megoszlása az alap alatti síkokon nem egyenletes a feszültségek átlagértékére lenne szükségünk, ami a feszültségek számítását megnehezíti. Az ábra a σ z függőleges feszültségek változását szemlélteti különböző vízszintes síkokban, és szimmetriatengelyben egy sávterhelés esetében. Az alaptest 1-2 jelű sarokpontjainak függőlegesei között is változó σ z feszültségek ébrednek adott mélységben. A süllyedésszámításoknál nem a tengelyben ébredő legnagyobb σ z feszültségekkel számolunk, hanem az 1-2 jelű függőlegesek közötti értékek átlagértékével. Létezik az alap támaszkodó felületén olyan ún. karakterisztikus pont (K), amelynek a függőlegesében éppen ezek az átlagos σ z -k ébrednek. A karakterisztikus pont helyét négyzet és kör alakú alaptestek alatt az alsó ábra szemlélteti, míg a karakterisztikus pont alatti feszültségek meghatározására nomogramot használnak. 9. Süllyedésszámítások gyakorlati végrehajtása. A hagyományos süllyedésszámítás lépései: alapsík felvétel, alapfelület meghatározás, átlagos talpfeszültség számítása, talajrétegződés felrajzolása; süllyedések szempontjából mértékadó terhelés rögzítése; függőleges önsúlyfeszültségek meghatározása a talajvízszint figyelembevételével. meg kell határozni az alap alatti rétegek földkiemelés (pincetömb, alapgödör) okozta tehermentesülését; kiszámítjuk az alaptestek tengelyében (az alapsík alatt) fellépő függőleges normálfeszültség mélység szerinti eloszlását; meghatározzuk az egyes talajrétegek (esetleg a lamellára osztással kapott részrétegek) összenyomódását; a teljes süllyedést a részsüllyedések összege adja. Az egyes talajrétegek összenyomódását számíthatjuk a kompressziós görbék alapján vagy az összenyomódási modulus segítségével. A várható süllyedés meghatározásának a menete a következő: meghatározzuk a σ z feszültségek mélységbeli eloszlását a kívánt pont, vagy a karakterisztikus pont alatt; meghatározzuk a függőleges önsúlyfeszültségek ábráját a talajvízszint figyelembe vételével (kezdeti hatékony feszültség); meghatározzuk az m 0 határmélységet: Egyedül Jáky elmélete határolja le azt a mélységet, ameddig többletfeszültség keletkezik a terhelésből az alapsík alatt (m 0 ); vagyis ennek, az m 0 vastagságú talajrétegnek az összenyomódását kell számolni. A gyakorlati esetekben indokolt lehatárolni azt a mélységet, ameddig a terhelés talajdeformációt okoz. A legtöbb ország szabályzata azt az m 0 mélységet fogadja el határmélységnek, ahol: σ z = h i γ i vagyis a terhelésből származó n feszültség éppen egyenlő a geosztatikus nyomás (önsúlyfeszültség) n-ed részével. A hazai gyakorlat n = 5 értékkel számol (0,2 h i γ i ). A német és az amerikai gyakorlat n = 10 értéket használ. Ha az alap szélessége B > 10 m (lemezalapok), akkor a gyakorlati tapasztalatok szerint m 0 = 3 4 B 1 2 B határmélység felvétele indokolt (kötött szemcsés talaj). Pilléralapnál közelítőleg m 0 : 1,0 2,0 (1,5)B; sávalapnál m 0 : 2,0 3,0 (3,0)B. meghatározzuk az m 0 határmélység fölötti rétegek középvonalában a g i = h i γ i geosztatikai nyomást és a σ zi feszültséget. Nagyobb rétegvastagság esetén további sávokra (részrétegekre) bontással pontosíthatjuk az eljárást;
a. Számítás a kompressziós görbével: Amennyiben ismerjük az alapsík alatti kőzetek kompressziós görbéit, a süllyedések megbízhatóbban határozhatók meg, mint az összenyomódási modulus alapján, különösen, ha ezen utóbbit csak tapasztalati összefüggésekből határoztuk meg. a rétegnek vagy sávnak megfelelő kompressziós görbe vízszintes tengelyére felvesszük a g i, ill. a g i + σ zi értékeket, s leolvassuk a σ zi feszültségtöbblethez tartozó ε i ( ε = ε 2 ε 1 ) fajlagos összenyomódás értékeket; az adott réteg (sáv/részréteg) összenyomódása: s i = ε i h i n az egyes rétegek összenyomódásait, s az alaptest várható süllyedése: s = ε i h i b. Számítás összenyomódási modulussal: E s = σép hép = εép h i=1 s = T E s = 1 E s h i σ z,átl s 1 = 1 E s h 1 σ z1 s 2 = 1 E s h 2 σ z2 s = σ z0 m 0 2 E s (Jáky) sávalap: m 0 = 2B s n = 1 E s h n σ zn A 3. ábra a Jáky-féle elmélet szerinti lineáris feszültségcsökkenés. s = σ z0 B E s = F E s
10. Építmények süllyedéstűrése. A süllyedések számítása után meg kell vizsgálni, hogy a kapott érték megengedhető-e a szóban forgó építményre. A süllyedés abszolút (magassági) értelemben gondot okozhat pl. a csatorna- és egyéb közműcsatlakozásoknál, a csatlakozó épületeknél. Az egyenlőtlen süllyedések elferdüléseket, meggörbüléseket, áthajlásokat és az ezekből származó többlet-igénybevételeket (nyomaték, nyíróerő) okozhatnak. Az építmény süllyedéstűrése függ: a szerkezettől; a méretektől; rendeltetéstől. Szerkezetileg, a statikailag határozatlan szerkezetek - többtámaszú tartók, keretek, ívtartók stb. - érzékenyek. Érzékenyek az előregyártott (házgyári) elemekből épített paneles, blokkos épületek is, a kapcsolatokat biztosító acélbetétek korrózióvédelme miatt. Méretek szempontjából a magas súlypontú építmények (víztornyok, gyárkémények) érzékenyek. Rendeltetés szerint azok az építmények érzékenyek, amelyeknek repedésmentessége a biztonságos üzemük feltétele (tartályok, medencék). Általánosan megállapítható, hogy: 50 mm egyenletes süllyedés általában megengedhető; 20 mm süllyedéskülönbség statikailag határozott szerkezeteknél még nem okoz kárt; Relatív elfordulásként (ami két pont süllyedéskülönbségének és távolságának az aránya) megengedhető 1:500 elfordulás, de 1:150 elfordulás már kárt okoz. Minél alacsonyabb kisebb merevségű az épület, annál kevesebb relatív elfordulás engedhető meg károsodás nélkül. A megengedhető abszolút süllyedések épületekre vonatkozó tájékoztató értékei: teherhordó téglafalak: 8-10 cm; téglafal vb. koszorúval: 10-15 cm; vb. és acélvázas épületek: 10 cm; lemezalapon álló építmények: 20-30 cm; magas súlypontú építmények (kémény, siló): 20-30 cm; pillérvázas, 1-2 szintes ipari épületek: 6 m-es pillértávolság: 6-8 cm; 12 m-es pillértávolság: 9-12 cm. Általában a süllyedéskülönbségek okoznak gondot. Kötött talajon (agyagon) álló építmények esetén kb. másfélszer nagyobb süllyedéskülönbség engedhető meg, mint szemcsés talajon álló építményeknél (lassú konszolidációt jobban "bírja" az építőanyag). 11. Feszültségeloszlás az alaptest alatt (rugalmas, merev). A létesítmény által az altalajban keltett feszültségeket a következőképpen csoportosíthatjuk: talpfeszültségek: az alaptest síkjával közvetlenül érintkező talajban ébrednek (alapok szilárdsági méretezésekor használják), alapsík alatti talajtömegben keltett feszültségek. Az alaptest alatti féltérben kialakuló feszültségeloszlást befolyásolja: az altalaj minősége; a terhelés nagysága; az alaptest nagysága, alakja; az alaptestnek az altalajhoz viszonyított merevsége. Merev alapok: Alsó síkjuk a terhelés hatására sem deformálódik. A közel azonos szélességű és magasságú betonalapok merevek. Kötött talajok esetén nyereg alakú talpfeszültség-eloszlás valószínűsíthető (oldalkitérés kicsi). Szemcsés talajokban (pl. homok) az alaptest szélei alól a talajszemcsék oldalirányban kitérnek, a szélek alatt a feszültség (t = 0 esetben) zérusra csökkenhet. A feszültségeloszlás parabolikus lesz.
σ x = 2 F π B 1 ( 2 x B ) 2 Boussinesq Hajlékony alapok: A talpfeszültség-eloszlás bizonyos értelemben tükörképe a tehereloszlásnak.
Külpontosság hatása: www.g4m4.atw.hu 12. Rugalmasan ágyazott gerendák méretezési elve. Winkler (1867) szerint a rugalmas ágyazású szerkezetek méretezésének alapja: σ = K s; q = s c ahol: σ - talpfeszültség, s - süllyedés, K - Winkler-féle ágyazási tényező (kn/m 3 ). Feltételezi, hogy az alap egyenlő erősségű, egymástól független rugókon áll (ábra). A süllyedés egy pontban csak az ott működő feszültségtől függ. Csak keskeny szalagalapok, hosszaljas darupályák esetén közelíti a valóságot. K meghatározása: feltételezzük σ á egyenletes talpnyomást, kiszámítjuk az s á átlagos süllyedést, így: K á = σ á s á 1. talpfeszültség eloszlás felvétele q i (x; y) (teher eloszlás, talaj alapján); 2. feszültség eloszlás számítása kellő számú pontra (σ zi ); 3. határmélység meghatározása; 4. fajlagos alakváltozások számítása és összegzése (s i ); 5, ágyazó tényezők számítása (c i = q i s i ); 6. talpfeszültségek meghatározása (talaj oldala); 7. épület kölcsönhatásának vizsgálata.
13. Egyenlőtlen süllyedések okai. Az épületkárok jelentős részét az egyenlőtlen süllyedések okozzák. Az ábra foglalja össze a leggyakoribb okokat: Az ábrán feltüntetetett okok mellett felléphetnek még további hatások, amelyek az épület egyenlőtlen süllyedését okozhatják: Forgalomból származó dinamikus terhelés (különösen szemcsés altalaj esetében); Térszín alatti üregnyitás hatása (pl. metróalagút építése); Fagyhatás okozta süllyedések (fagyveszélyes altalaj, magas kapilláris vízszintemelkedés; A talaj térfogatváltozása és ennek hatását figyelmen kívül hagyó hibás alapozási mód (pl. egyenlőtlen alapozási síkok, az ún. neutrális zóna felett alapozott elsősorban kis terhelésű - építmények; Talajvízszint süllyesztés okozta egyenlőtlen hatékony feszültség növekedés (pl. a visontai külfejtés víztelenítése). Az egyenlőtlen süllyedések következtében az épületen először repedések jelennek meg. A repedések a nagyobb süllyedést szenvedett (a mozgás után a lejjebb lévő) hely felé emelkednek. Hajszálrepedésekről akkor beszélünk, ha azok tágassága kisebb 0,1 mm-nél. Vakolással még rendbe hozható az 5-15 mm tágasságú repedés. Viszont 25 mm tágasság felett felújítás, illetve újraépítés szükséges.
14. Káros süllyedések megelőzésének lehetőségei. Ha a számított (várható) süllyedések vagy süllyedéskülönbségek nem engedhetők meg az építményre, akkor "védekezni" kell. Ennek módjai: a) Kisebb talpnyomás alkalmazása A talaj teherbírása szempontjából szükségesnél nagyobb felületű alapot építünk. Szélesebb felület alatt kisebb feszültségek keleteznek. Sok esetben nem csökkenti a süllyedést olyan mértékben, mint azt a tervező várja, mivel a szélesebb alaptest maga is nagyobb súlyt jelent, de főként azért nem, mert a szélesebb alap alatt nagyobb mélységig jutnak le az összenyomódást okozó feszültségek. b) Alapsík mélyebbre vitele Akkor jön számításba, ha a térszínközeli kompresszíbilis rétegben felvett alapsík esetén a megengedhetőnél nagyobb süllyedéseket jeleznek a számítások, s nem túl nagy mélységben jó teherbíró talaj van (jobb oldali felső ábra). Akkor gazdaságos ez a módszer, ha a terepszint alatti helyiségek hasznosíthatók. Hatása kettős: teherbíró rétegre kerül az alapsík; nő a kiemelt földtömeg súlya. Az a tény, hogy a kiemelt földtömeg jelentős mértékben csökkenti a süllyedéseket, jól kihasználható a tervezői gyakorlatban. Az a. ábrán egy két pinceszintes építmény metszete látható. A b. ábra részen feltüntetett konszolidációs görbe azt mutatja, hogy az épület süllyedése csak akkor kezdődött, amikor az építkezés során elérték a tehermentesítésnek megfelelő terhelést. Ilyen módon csaknem tökéletesen süllyedésmentes alapozást is lehet készíteni. Ha ugyanis a "pince" helyéről kiemelt talaj tömege nagyobb az oda kerülő építményénél, akkor az altalajra hárított hatékony feszültségek eredője "negatív"; az építmény pedig gyakorlatilag mozdulatlan lesz. c) Talajcsere Az alapsík alatti erősen összenyomódó eredeti talajt teljes vastagságban, vagy csak részben kiemeljük és a helyére cseretalajt (kedvezőbb tulajdonságú: általában homokos kavics, homok) építünk be kellő tömörítés mellett (ábra), valamit szükség lehet georács, geotextil, kompozit elválasztó réteg alkalmazására. Talajcsere általában csak talajvíz felett végezhető, mert különben nem lehet tömöríteni.
d) Oldalkitérés megakadályozása Laza szemcsés és puha kötött talajokban a felszínközeli alapsík esetén jelentős süllyedést okozhat az, hogy a szemcsék oldalirányban kitérnek az alapsík alól. Védekezés: az egész alapot körbefogjuk szádfalakkal; leterheljük az oldalkitérés következtében felpúposodni "készülő" felszínt. A szádfalazás különösen akkor hatásos, ha a pallók végei a mélyebben fekvő, szilárd rétegbe verhetők, és így bizonyos "befogás" is biztosítható. e) Talajszilárdítás Az alap alatti - a süllyedés szempontjából veszélyes - talajok fizikai tulajdonságainak mesterséges javítása ez az eljárás, amikor is idegen anyagokat juttatunk be (injektálunk), a talaj hézagaiba. De szilárdításnak nevezzük azokat a módszereket is, amelyek a talaj tömörítésén alapulnak. Mechanikai szilárdítás Laza szemcsés talajok, feltöltések összenyomhatóságának csökkentésére, szilárdságának növelésére használják a mélytömörítést. A hazánkban is alkalmazott vibroflotációs eljárásnál egy darura szerelt rezgéskeltő, 38 cm átmérőjű cső önsúlyánál fogva a talajban halad lefelé. A lefelé haladást a vízbesajtolás (öblítés) segíti. Az így kialakított lyuk környezetében a talaj tömörödik. Ezután a vibrátor fokozatos felhúzása közben a lyukba kavicsot, murvát, bányameddőt, homokot juttatnak és a felfelé haladó vibrátorral tömörítik azt (ábra). Kötött talajok gyorsabb konszolidációját segítik elő a világszerte egyre gyakrabban alkalmazott geodrének. A drénezőgép (felső jobb oldali ábra) - mint egy nagy varrógép - merev rudazatot sajtol (vagy ver) le a talajba (akár 10-15 m mélységig), s eközben lehúz egy szűrőpapírba (szűrőszövetbe) "csomagolt" polietilén csíkot (geodrént). A rudazat visszahúzása után a csíkok bentmaradnak (lásd 65. ábra). Talajszilárdítás injektálással Az injektáló anyagot a talajba fúrt, vagy vert csöveken keresztül sajtolják le nyomás alatt. Az injektáló anyag lehet: cementtej; vízüveg (nátriumszilikát) alapanyagú, akrilamid, lignoszulfit - lignoszulfát, fenoplast; aminoplast; egyéb anyag. Módszerek: Cementsajtolás: perforált besajtoló csövön keresztül nyomással juttatják le a cementtejet. Kétfolyadékos eljárás: vízüveget + reagens anyagot juttatnak a talajba külön-külön. Érintkezésükkor megindul a gélesedés. SIROK módszer: 38%-os vizes oldatú szilikát-gél alapanyaghoz formamid reagenst és kötésgyorsítót adnak. Elektroszilikatizálás: nátriumszilikát alapanyag és a reagens vizes oldatát elektroozmózis juttatja a talaj hézagaiba (elektroozmózis: talajban létesített áramkör hatására a folyadék a negatív sarok felé áramlik, ott összegyűlik). Ioncserélő eljárás Tulajdonképpen elektrokémiai szilárdítás, amely az agyagásványok koncentrált kémiai kezelésével jár. Különösen az Na, Ca és Mg jelenléte esetén kicsi az agyagok nyírószilárdsága és nagy az összenyomhatósága. E lazán kötött elemek elektromos áram hatására jóval erősebben kötött vas vagy aluminum ionokkal cserélhetők ki.
Tömegstabilizáció A tömegstabilizáció során egy speciális keverőfejjel történik a talaj és a kötőanyag összekeverése. A keverőszár egy forgó felsővázas hidraulikus kotróra szerelhető eszköz, aminek alján található a tengelyeken körbe forgó keverőfej. A keverőfejre a különböző talajokhoz kifejlesztett keverőlapátok szerelhetők fel. A kötőanyag a kotrógéphez csatlakoztatott, önjáró silókból érkezik nyomás alatt. f) Előterhelés alkalmazása Az építmény süllyedését olyan módon mérsékeljük, hogy előzetesen felhordott terheléssel "kikényszerítjük" az altalaj összenyomódásának legalább egy részét A helyzet hasonló lesz valamely geológiai előterhelésen "átment" réteg viselkedéséhez. Az előterhelés után az alapra helyezett terhelés súlya alatt már egy előzetesen komprimált és tömörített talajréteg jóval kisebb fajlagos összenyomódásával kell számolni. g) Helyes szerkezeti megoldás alkalmazása Szerkezet merevségének helyes megválasztása: vagy olyan merev legyen, hogy a süllyedéskülönbségekből származó feszültségeket károsodás nélkül elbírja; vagy olyan hajlékony legyen, hogy a süllyedésből származó alakváltozásokat károsodás nélkül kövesse. Süllyedésre gyanús területen statikailag határozott szerkezetet tervezzünk. Anyag: fa, tégla, acélszerkezet nem túl érzékeny Hosszú, különbözőképpen terhelt épületrészeket célszerű süllyedési hézaggal egymástól elválasztani. (A hődilatáció miatt is szükséges.) Nagy süllyedést szenvedő építményeknél gondoskodni kell az üzemi vezetékek, közművek megfelelő bekötéséről (ovális nyílás, hajlékony vezeték). Helyes építési sorrend A süllyedésre érzékeny szerkezeti részeket lehetőleg minél később építjük meg. Ellentétes tendenciák: gépesítés, eszközlekötés, előregyártás az építés gyorsítása mellett szól, pórusvíznyomás növekedés az ütem lassítását diktálja. Nagy hasznos terhű építményeknél (silók, folyadéktároló tartályok) a teherfelhordás szabályozható. Hídfők süllyedése a háttöltés építési idejével befolyásolható. Mélyalapozás tervezése A tervezők jelentős része abban az esetben, ha az általa elképzelt síkalapozás mellett a számítások meg nem engedhető méretű süllyedéseket, süllyedéskülönbségeket jeleznek, áttér a mélyalapozásos (cölöp, résfal) megoldására. 15. Alapokat érő dinamikus hatások. Földrengésre való méretezés alapelvei. Elsősorban az ipari épületek a statikus terheken kívül időben hirtelen vagy állandóan változó dinamikus terheket is viselnek. Ez a hatás az alapokra és az altalajra is átterjed. Pl. a gépalapok ilyen dinamikusan terhelt alapoknak tekinthetők. Építményeket érő dinamikus hatások: robbantás; cölöpözés; közlekedés; földrengés; széllökések. Különösen a finom szemcsés talajok (főleg ha vízzel telitettek) érzékenyek. (Kötött és durvaszemcsés kevésbé.) A rezgések részben közvetlen károkat okozhatnak az építményben, másrészt az építmény alatti talaj tömörödése, alakváltozása miatt léphet fel kár. Ezért kell kerülni a többlet igénybevételt és a rezonanciát, direkt elhangolást kell alkalmazni. Földrengések: Az esetek 85%-ában az ok tektonikus (szilárd földkéreg hirtelen törése, a törés vetődése); 15%-ában vulkánikus. Richter, amerikai szeizmológus a felszabadult energiát (magnitúdó: M) mérte. Az MSK-64 skála a földrengés intenzitásának (erősségének) 12 fokozatát használja a bekövetkezett jelenségre jellemző hatás alapján. Az egyes fokozatokat római számokkal jelöli. Mercally a felszíni pusztulást méri (szubjektív). Az 1990-es évek elején az Európai Szeizmológiai Bizottság (ESC) az MSK-64 skálában megfogalmazott számos elvet felhasznált az Európai Makroszeizmikus Skála (EMS) kidolgozása során. Jelenleg az intenzitás fokozatát három tényező alapján határozza meg az EMS 1998, ezek: az emberi szervezetre gyakorolt hatás; a tárgyakra és a természetre gyakorolt hatás; az épületek károsodása. Az intenzitás szerint: 12 fokozat: I. Nem érezhető; V. Erősen érezhető; XII. Teljesen megsemmisítő. Földrengésre tervezni történelmi és geológiai viszonyok szerint lehet. A létesítmény szeizmikus hatásokra való tervezését a vonatkozó EC8 szabvány szerint kell elvégezni az 50 éven belül 10 %-os valószínűséggel bekövetkező rengésre, mint rendkívüli hatásra. Építmények szerint 5 védettségi kategória létezik: I. sérülés katasztrofális kimenetelű: atomerőmű, olajipari- vegyi üzemek, mérhező anyagokat tároló épületek, völgyzárógát. II. kormány, gazdasági épületek: vízellátó létesítmény, korház, reptér. V. emberi életet nem veszélyeztető létesítmény: ipari raktár, felvonulási épület, istálló. Magyarországon három törésvonal van: Komárom-Mór-Várpalota, Eger térsége, Kecskemét térsége.
16. Alapozások kedvezőtlen altalajon. Hazánk területének jelentős részén találunk a terepszint alatt olyan térfogatváltozásra hajlamos agyagokat, roskadásra hajlamos talajokat, szerves üledékeket és feltöltéseket, amelyekre történő alapozások tervezésénél kellő óvatossággal és szakszerűséggel kell eljárni. A térfogatváltozó agyagok és roskadásveszélyes talajok (elsősorban a löszök) az építmény kivitelezése után hosszabbrövidebb idő múlva állapotukat külső hatásra olyan mértékben változtatják, hogy az építmény egyenlőtlen mozgása, károsodása következik be. A kis szilárdságú, nagymértékben összenyomódó szerves talajok és feltöltések általában alkalmatlanok a terhek viselésére. Felismerésük viszonylag egyszerű és egyértelmű. Alapozás térfogatváltozó talajon: A zsugorodásra - duzzadásra hajlamos talajon álló, viszonylag kis terhelésű (1-2 szintes) épületek legtöbbje előbb-utóbb megsérül. Az épületkárok a nagyobb nyári szárazság után (főleg, ha több száraz év követi egymást) jelentkeznek. Külső falakon a sarkok felé emelkedő és függőleges repedések alakulnak ki. A falak kifelé dőlnek. Épülettoldalékok: lépcsők, teraszok elválnak a főfalaktól. Az ilyen épületek altalja kövér, mozaikos agyag, melynek felszíne száraz időben repedezett. A talajvíz mélyen van. A térfogatváltozó agyagok jellemzői: kövér agyagtalajok: Ip > 25%; magas montmorillonit, illit (agyagásvány tartalom); lineáris zsugorodás: zsi > 5%; max térfogatváltozás > 15%; duzzadási nyomás > 100 kpa; fajlagos duzzadás δd > 0,04. A károk: 83% - egyszintes; 13% - kétszintes; 4% - háromszintes épületeknél jelentkezik. A duzzadás (épületemelkedés) általában tavasszal, a zsugorodás (süllyedés) pedig ősszel jelentkezik (lásd ábra). A térfogatváltozásból származó építménykárok elkerülhetők a következő tapasztalatok és szabályok szem előtt tartásával: az alapsík ne legyen a terepszinthez 2-2,5 m-nél közelebb; kis terhelésű építményeket teljesen alá kell pincézni (részleges alápincézés a legrosszabb megoldás); három szintesnél magasabb épületeknél nem tapasztalunk károkat; talaj teherbírását minél teljesebben ki kell használni (kis alapszélesség); az alap vegye fel a térfogatváltozásból származó hajlítást, húzást; vagyis ne a felszerkezetet hanem az alapokat erősítsük (vasaljuk) elsősorban, rendezni kell az építmény körüli terepet, el kell vezetni a csapadékból származó vizeket; tetővíz gondos elvezetése; épület köré 1,0-1,5 m széles, kifelé lejtő járda kell; kerülni kell az épület fő tömegéből kinyúló kis terhelésű épületrészeket; ne legyen az épült közelében nagy vízigényű növényzet (pl. nyárfa, nyírfa); az ún. "vizes" közművek bekötései merőlegesek legyenek az építmény falára, és biztosítani kell a relatív elmozdulás lehetőségét a vezeték és a fal között. Alapozás roskadékony talajon: Roskadáshoz három tényező kell: roskadékony talaj; terhelés; víz. Ezek megléte esetén talajtörés elleni biztonság növelésével (alapszélesítéssel) sem védhető meg az épület a gyors süllyedéstől. Roskadás-veszélyes talajok: lösz (makropórusos szerkezetű); laza (száraz) finomhomok és átmeneti talaj; laza, friss feltöltés. Azokat a talajokat nevezzük roskadás-veszélyesnek, melyeknek a roskadási tényezője: ir > 0,01 (1%). Hazánk területének c.ca 1/3-át lösz bontja. A nedves lösz már a "puszta" terhelés hatására is roskad. (lásd ábra). Vigyázni kell építéskor, hogy az alapgödör ne ázzon át. Károk elleni védekezés: felszíni vizek távoltartása (tereprendezés); tetővizek elvezetése; közművezetékek gondos tervezése és kivitelezése; nedves üzemű alsó szinti helyiségbe vízzáró padozat; emeletenként falsüllyedésre méretezett koszorú (vb); vasalt sáv-, szalag- vagy gerendarács alap. Talajjavítás: felszíni tömörítés ejtett döngölőlapokkal (3-5 tonna - 3-5 m-ről ejtve); mélytömörítés (vibroflotációs); talajszilárdítás (pl. vízüveges); talajégetés; elárasztás+előterhelés.
Alapozás feltöltésen: Városok, ipartelepek fejlődése egyre több feltöltött területet produkál (téglagyári gödrök, kavics - homokbányák, várárkok, salakhányók, szemétlerakatok). Feltöltések anyaga és kora eltérő, s ennek megfelelően a viselkedésük is. Anyaguk: talaj; építési, - ipari törmelék; 10%-nál nagyobb szerves tartalmú anyag (meddőhányó, ipari hulladék); égési termék (salak, hamu); házi szemét és hulladék; fentiek keveréke. Nagyon "veszélyes" a házi szemét és a kb. 10 évnél frissebb feltöltés. Az ilyen területeken való építkezés igen nagy körültekintést kíván. A hazai károsodott szerkezeti elemek 40%-a, válaszfalak 57%-a, padozatok 70%-a állt feltöltésen! A károk 87%-át víz (csatornatörés, tetővíz, nyomócsőtörés, felszíni víz) váltotta ki. Tervezés előtt meg kell határozni a fajlagos roskadást. Számításba kell venni, hogy a feltöltésben mérgező gázok (pl. cián) és robbanásveszélyes gázok (metán) is képződhetnek. Tervezési irányelvek: talpfeszültség ne haladja meg a 150-200 kpa értéket; vizet távol kell tartani; kerülni kell a melléépítést; az alapok alatt közel azonos vastagságú feltöltés maradjon; építmény térbeli merevségét fokozni kell. Feltöltések javításának módjai: Felszíni tömörítés: vibrolappal (10-30 cm vtg. réteg tömöríthető); vibrohengerrel (30-50 cm vtg. réteg tömöríthető); ejtett döngölőlappal (2-4 m vtg. réteg tömöríthető). Mélytömörítés (laza és vastag feltöltés esetén): vibroflotációs; cölöpökkel való tömörítés; robbantásos. Talajcsere (tvsz. felett) lehet: teljes; részleges; csereanyag: homokos kavics, kőzúzalék, homok, stabilizált talaj, fontos: rd,max > 1,75 g/cm 3. Injektálás cementinjektálás kis mennyiségű bentonittal; felülről lefelé kell injektálni; vízüveges injektálás sűrű anyaggal. Alapozás szerves talajon: A feltöltés mellett a szerves talajok okozzák a legtöbb károsodást. Felismerés: sötét szín; kis térfogatsúly (könnyű); víztartalom nagy ( w > 50-70%); szálas, rostos szerkezetű. Sajátosságok: összenyomódási modulus (Es) kicsi (500-2000 kpa); vízáteresztőképességi együttható (k) kicsi, konszolidáció lassú; szerves bomlás, másodlagos kompresszió; hőhatásra érzékeny; zsugorodik; változó vastagságú. Sok esetben jó állapotú fedőréteggel takart. Ilyenkor elsősorban kis mélységű síkalapozás lehetőségét kell tervezéskor először megvizsgálni (ábra). Vagyis ebben az esetben elsősorban a kis szélességű sávalap vagy a vb. gerendarács alkalmazása jön szóba. Ügyelni kell ilyenkor arra, hogy a tőzegre ne jusson 60-80 kpa-nál nagyobb feszültség. Ha a tőzeg a felszínen van, akkor igen gyakran talajcserét alkalmazunk. Lehetőleg közel azonos terhelésű, egyező alapsíkú alaptesteket tervezzünk! Amennyiben a szerves talaj kisebb vastagságú, úgy kellő merevségű és szilárdságú, süllyedéskülönbségek szempontjából nem érzékeny építmények építhetők. Veszélyes: dinamikus hatás; talajvízszint ingadozás. Közműcsatlakozásoknál gondolni kell az épület nagyobb süllyedéseire. Kerülni kell a részleges alápincézést, melléépítést. Zárt alaprajzú, térbelileg merevített épületeket tervezzünk.
17. Mélyalapok fajtái. Ha a terepszint közelében nincs megfelelő teherbírású talaj, illetve a síkalapozás nem megfelelő, akkor az építmény szerkezeti elemei és a mélyebben fekvő, kellő teherbírású talaj közé közvetítő elemet építünk, amit mélyalapozásnak nevezünk. A mélyalapok fajtái: Cölöpalapozás: leggyakrabban alkalmazott mélyalap cölöpökből és azok fejeit összefogó tömbből, lemezből, rácsból áll Résfalas alapozás: korszerű alapozás függőleges falú árok kibetonozásával készül Kút- és szekrényalapozás: nagyátmérőjű, rövid cölöpökhöz hasonlító, alul-felül nyitott körfal Mélyalapot alkalmazunk, ha: Megbízható teherbíró talajréteg mélyen van Magas talajvíz miatt drága a síkalap Elcsúszás veszélye állna fenn síkalapnál Kimosódás veszélye állna fenn síkalapnál Nem megengedhető süllyedések keletkeznek síkalapozás alkalmazása esetén Gazdaságosabb a síkalapnál 18. Előregyártott cölöpök (fa, acél, vasbeton, MEGA) ismertetése. Talajba való juttatásuk. Facölöpök: Anyaga: fenyő, tölgy, akác Régen gyakori volt, mára szinte eltűnt Tájvédelmi okokból vízi építményeknél készült leginkább Többnyire ideiglenesen készül Bennmaradó, ha víz alatt van elhelyezve Talajvízszint alatt nagyon tartós, felette a faanyag kezelése szükséges Minimális középátmérője D=20 cm, magassága L=4 m (minden további méter esetén D + 1,5-2,5 cm). Szokásos hosszúság 5-15 m. Kemény altalajba nem verhető, cölöptalp és cölöpfej védelméről gondoskodni kell Acél cölöpök: Anyaga: nagy szilárdságú acélcső, hegeszthető acélcső, vége csúcsosan lezárva Elsősorban olyan helyszínen előnyös, ahol a terepszint közelében puha-laza talajok fekszenek, alatta pedig tömör szemcsés talajok Idehaza ritka, bár terjedőben van Keresztmetszetei: cső (egyben vagy elemekből); hengerelt profil (H-jobban verhető, akár keményebb rétegeken is túljuttatható) Ideiglenes cölöp esetén: Előny: tetszőleges hossz (toldható), visszanyerhető (többször felhasználható) Hátrány: drága Állandó cölöp esetén: Korrózió elleni védelem (nagyobb keresztmetszet, külön réteg-festés) A csövet betonnal töltik ki Jellemző maximális hossz: 15-20 m
Vasbeton cölöpök: Leggyakoribb mélyalapozási módszer Tartós, nagy teherbírású Nagy súly (szállítás, beemelés) Keresztmetszetek: Kör, hengeres vagy kúpos: D = 25-55 cm, L = max 20-22 m Négyzet: D: 30x30; 40x40, L = 4-12 m Teherbírás: 100-1600 kn Jó minőség (üzemi körülmények között gyártják), beverés előtt ellenőrizhető Alkalmazása: vízzel telített folyós homokoknál, áramló talajvíznél, erősen szennyezett agresszív talajoknál Leverést követően azonnal terhelhető Különleges vasbeton cölöp: injektor cölöp (leverés után szilárdító anyagot injektálunk) MEGA cölöpök: A Mega rendszerű cölöpöket 60-80 cm-es hosszúságú előregyártott darabokból állítják össze. Ezeket hidraulikus sajtóval nyomják be a talajba, a már meglévő, de megerősítésre szoruló épület alapjai alá. A Mega cölöp 30x30, 40x40 cm oldalméretű L=60-80 cm hosszú derékszögű hasáb alakú, előregyártott vasbeton elemekből áll. Ezek véglapjaikon támaszkodnak egymásra, egy-egy bebetonozott acélcső illetve acéltüske biztosítja csatlakozásuk központosságát és relatív mozdulatlanságát. MEGA Előregyártott Előregyártott cölöpök talajba való juttatása: Az előregyártott vasbeton cölöpöket veréssel vagy vibrálással juttatják le, a leggyakrabban használt lehajtási mód a verés. Ma már szinte csak Diesel-, vagy hidraulikus verőket használnak. Szemcsés talajokban elsősorban a vibrálás jön számításba. Mindkét módszernél nagy gondot jelent a zajterhelés, amit zajárnyékolással próbálnak csökkenteni. Verés: mechanikus (ejtőkar, gépi csörlő), pneumatikus, diesel kalapács (gőz) Vibrálás: közönséges, vibrációs verés, öblítéssel egyidejű vibrálás Csavarás Verősapka (ábra) 19. Helyszínen készített cölöpök (általános ismertetés, talplemezes fúrt-vert, markolt, benoto, franki). Helyszínen készített cölöpök fajtái: A helyben készülő cölöp számára fúrással, veréssel, robbantással, vibrálással lyukat állítanak elő, és azt betonozzák be. Sokféle technológia: fúrás, markolás, vibrálás, öblítés Készülhet: köpenycsővel (visszanyert, bennmaradó), köpenycső nélkül (szárazon, zagy megtámasztással) Technológiák: Béléscsöves közönséges fúrt cölöp, Talplemezes fúrt-vert cölöp, Markolt cölöp, Benoto cölöp, Franki cölöp, Soil-Mec cölöp, Vuis cölöp, Dugó cölöp, Folyamatos spirállal készített cölöp, Highway cölöp, Mikrocölöp, Jet grouting eljárás
Talp lemezes fúrt-vert cölöp: A talajvízszintig spirálfúróval lyukat fúrnak, majd ebbe egy a lyuknál kisebb átmérőjű béléscsövet állítanak, amelynek alját peremes, a fúrt lyukkal azonos átmérőjű acél talplemezzel zárják le. A talplemezes béléscsövet ezután a teherbíró rétegig leverik vagy vibrálják, majd vasalás elhelyezése után a béléscső felhúzása mellett betonozzák. A talplemez a cölöp alján marad a betonozáskor. Átmérő: 30-60 cm. Hossz: 6-12m (bal oldali ábra). Talp lemezes fúrt-vert Markolt Markolt cölöpözés: Poclain, Yumbo stb. markolóval a talajvízszint felett béléscső nélkül, víz alatt béléscsöves vagy zagyos megtámasztással készített lyuk bebetonozásával építik. Átmérő: 70-150 cm, hossz: 4-10 m. A betonozás a fúrt cölöpéhez hasonló (jobb felső ábra). Benoto cölöpözés: A francia gyártmányú gép a fúrókoronával ellátott, kettős falú fúrócsővel, annak ide-oda forgatásával és a gépsúly ráterhelésével 88 cm átmérőjű lyukat készít ejtőmarkolóval. A tervezett mélység elérése után a lyukat a béléscső fokozatos felhúzása közben bebetonozzák. A betont a béléscső mozgatásával tömörítik. A legalább C10 minőségű beton beépítése betonozó tölcsérrel vagy betonszivattyúval történik. A cölöp felső végébe (min. 3-4 m hosszú) Ø20 mm-es hosszbetét és Ø8 mm-es kengyel alkotta vasalás kerül. A berendezéssel max. 40 m hosszú cölöp készíthető, amelynek a teherbírása több ezer kn lehet. A BENOTO cölöpökből vízzáró függönyfal készíthető, ha azokat szorosan egymás mellé (egy kissé egymásba harapva ) fúrják. Előnye, hogy törmelékes, görgeteges talaj, vagy akár régi tégla-fal is átfúrható. Benoto Franki cölöpözés: Visszanyert köpenycsöves vert cölöp. A leggyakrabban 46-52 cm átmérőjű, 30 mm falvastagságú, 13 m hosszú béléscsövet (amely toldható) úgy verik a talajba, hogy abba 1 m magasan száraz betont töltenek, s azt egy 3t-ás ejtőkossal döngölik, s a beton magával húzza a csövet. A béléscsövet a teherbíró talajrétegbe verik. A kívánt talpmélység elérése után a csövet rögzítik verőállványhoz, és erőteljes döngöléssel kiverik belőle a betont. Ha már csak 30-40 cm beton marad a csőben fokozatosan új betonadagokat juttatnak belé, s döngöléssel hagymát alakítanak ki a talpnál; majd újabb betonadagolás és döngöléssel való tömörítés mellet a béléscsövet visszahúzzák. Hossz: max.16-18 m. Átmérő: törzs: kb. 60 cm. Talp: 80-100 cm. Teherbírás: 1000-3000 kn. Beton: C8-C12. Vasalás: 6-8db Ø16 mm és Ø6-8 mm kengyel. Előnye, hogy nem víz alatt készül, beton jól tömörített. Hátránya, hogy 20 m-es körzetben káros dinamikus hatások keletkeznek a verés miatt. Franki
20. Helyszínen készített cölöp technológiák (SOIL-MEC, VUIS, dugó, folyamatos spirál, highway, mikro, jet-grouting). Soil-Mec cölöpözés: Olasz gyártmányú, tehergépkocsi alvázra, illetve lánctalpas kotróra szerelt fúróberendezés, 83 cm, 120 cm és 150 cm átmérőjű dobfúróval (bontóéllel ellátott, lenyitható, fenéklemezes acél henger) dolgozik. Rudazat forgatásával marja a furat alját, a talaj pedig az acélhengerben gyűlik össze. A furat felső végében egy 3-4 m-es hosszúságú béléscső (iránycső) van elhelyezve. A talajvíz megjelenésekor a furatot bentonitos zaggyal töltik fel és a fúrást zagy alatt végzik. A víz alatti kavicsban, folyós homokban béléscsövezésre van szükség, amelyet vibrokalapáccsal hajtanak le. Maximum hossza 45 m, teherbírása 1000-1500 kn. Soil Mec VUIS cölöpözés: Szlovák szabadalom. A 10 m hosszú, 37 cm átmérőjű acél béléscsövet vibrátorral hajtják le a talajba. Egy bizonyos mélység elérése után a vezérgépdaru kiemeli a csövet és a beszorult földmagot sűrített levegővel kilövik, majd a csövet a teherbíró talajig (max. 10 m) vibrálják, kihúzzák, a talajmagot ismét kilövik. A cső végére egy előre gyártott betoncsúcsot helyeznek és a béléscső ismételt kiemelésével párhuzamosan a lyukat bebetonozzák. Kb. fél óra múlva Ø14 mm-es 80-100 cm hosszú fejvasalást vibrálnak be a felépítményhez való csatlakozás miatt. Középmagas lakóépületeknél jön elsősorban szóba a használata. Dugó cölöpözés: Egy kotrógép gémjére szerelt hidromotor a talajba forgatja a lapos menetű spiráltárcsát. A dugóhoz hasonlóan a talajba hatoló fúrószerszám egy henger mentén elnyírja, elválasztja a harántolt talajt a környezetétől. A szükséges mélység elérése után a fúrószáron keresztül a betonszivattyú képlékeny betont nyom a fúrótárcsa csúcsához, s a nagy nyomás (20-30 bar) a fúrót a felette levő talajdugóval együtt kiemeli a földből. A friss betonban elhelyezik a csatlakozáshoz szükséges acélbetéteket. Hossz max. 6 m. 15 m-es körzetben rezgésvizsgálatra van szükség. Vuis
Folyamatos spirállal készült cölöpözés [SFA]: Hazánkban a SOB és a CFA technológiákat alkalmazzák. A cölöp fúrása betonozása egy munkaütemben történik. A folyamatos spirálú csigás fúróberendezést lehajtják a talajba. Az üreges fúrószáron keresztül juttatják le betonszivattyúval a betont. A cölöp betonozását nem előzheti meg a spirál visszaforgatása, illetve húzása. A betonnak nyomás alatt kell a furattalpat elérnie (min. 35 bar nyomással), annak érdekében, hogy a felfelé mozgó spirál alatt ne történhessen fellazulás, beomlás; vagyis a talpellenállásra és az alsó rész köpeny menti ellenállására is számítani lehessen. A vasszerelést a betonozás után közvetlenül vibrálják a cölöpbe. Betonminőség: C20-16K, betonacél: B60.50, B 38.24, határteher 400-2500 kn. SFA Highway Highway cölöpözés: Terepjáró gépkocsira szerelt spirálfúróval béléscső nélkül készül. A 35-80 cm átmérőjű, max. 3,5 m hosszú fúrt lyukat bebetonozzák. Csak állékony talajban, talajvízszint felett készíthető. Síkalap helyett, 1-2 emeletes épületeknél, raktáraknál alkalmazzák, ahol nincs pince. A cölöpfejeket koszorúgerendával fogják össze. Csak ott alkalmazható, ahol a teherbíró talaj kis mélységben (2-3 m) van. Teherbírás 300 kn. Mikro cölöpözés: A 8-25 cm átmérőjű, 4-20 m hosszú cölöpök fúrással vagy egy csúccsal ellátott acélcső leverésével készülnek. Acélbetétük általában egyetlen, a cölöptengelyben rögzített 16-20 mm átmérőjű betonacél. A lyukat cementhabarccsal injektálják. Leggyakrabban régi épületek megerősítésére, ritkábban új épületek alapozására szolgál. Tetszés szerinti hajlásszög alatt fúrhatók gyökérszerűen. A csövet visszanyerik. A fúróberendezés kicsi és szétszedhető. Zárt helyiségben is felállítható. A hazánkban alkalmazott szelepes rendszerű mikrocölöp 15-18 cm-es furatátmérővel készül. Az ágyazóhabarccsal kitöltött furat közepére 89 vagy 114 mm-es, mandzsettás (szelepes) acélcső kerül. A habarcs körülveszi az acélcsövet, biztosítja a korrózióvédelmét és képezi a cölöp külső, rücskös köpenyét. Az ágyazóhabarcsot 2-3 napos korában a mandzsettás szakaszon injektáló habarccsal felszakítják és kialakítják az 1-4m hosszú injektált talprészt. Az ágyazóhabarcs és a cső közötti együttdolgozás javítása érdekében 150 cm-enként felhegesztett 100 mm-es köracélból kialakított spirálgyűrűk szolgálnak. Speciális mikrocölöp az ún. táguló végű injektált cölöp. Jet-grauting cölöpözési eljárás: A talajba juttatott fúrórudazat forgó mozgás közben nagynyomású injektáló folyadéksugárral átkeveri és cement alapanyagú szilárdítóval telíti a környező talajt ily módon talajbeton cölöpöt állít elő. A nagynyomású folyadéksugár szétrombolja a környező talaj szerkezetét és kötőanyaggal telíti. Az eljárás gyakorlatilag mindenfajta talajban alkalmazható. A berendezés hazánkban is rendelkezésre áll.
21. Cölöp alapok tervezése. Egy cölöpre jutó teherbírás meghatározásának módjai. Egy cölöpöt ritkán készítenek (ha probléma van a cölöppel nincs teherátadás). A cölöpök fejét összefogják az együttdolgozás miatt: fejtömbbel, lemezzel, cölöpráccsal. Feladata: építmény terheinek egyenletes elosztása a cölöpökre, cölöpök egymáshoz viszonyított elmozdulását megakadályozza Cölöpalapok tervezési menete: Meghatározzuk a cölöpcsoport mértékadó terhét Kiválasztjuk az alkalmazott technológiát Felvesszük a cölöpök számát, átmérőjét, helyét Meghatározzuk az egyes cölöpökre áthárított mértékadó igénybevételeket Meghatározzuk a cölöp hosszát Meghatározzuk a cölöpcsoport várható süllyedését és összehasonlítjuk az építmény süllyedésével Szükség esetén módosítjuk a kiindulási adatokat (cölöpszám, átmérő), majd újra elvégezzük a számításokat Megkülönböztetünk talajhoz kapcsolódása szerint két fajta cölöpözést: Álló cölöpök tervezési elve: Az álló cölöpök, mint nyomott oszlopok továbbítják az építmény terheit az altalajhoz Teherbírásuk legalább 2/3 része a talpellenállásból származik Tervezésüknél a következőkre kell figyelni: A cölöpök tengelytávolsága: vert cölöpöknél t 3D, fúrt cölöpöknél t 2,5D Cölöptalp síkjában keletkező átlagos feszültség ne haladja meg az e mélységben lévő síkalap határfeszültségét F A terhelt réteg alatti, esetlegesen gyengébb rétegekre jutó feszültség se haladja meg annak határfeszültségét Nem szabad számítani a fejtömbbel érintkező talaj teherviselésére Kihajlásra többnyire nem kell méretezni, kivétel a karcsú mikrocölöp és vízben vagy szabadon álló cölöpök esetén Ha a köpenymenti rétegek valamelyike konszolidáció alatt áll, akkor e lefelé irányuló járulékos erőt (súrlódó és adhézió) adnak át a cölöpökre. Ezt a negatív köpenysúrlódásból adódó köpenyerőt a cölöplemezhez hozzá kell adni A csoportot alkotó cölöpök általában nem befolyásolják egymás teherbírását F H cs = n F H cölöp Lebegő cölöpök tervezési elve: A cölöpök távolsága t 3D Puha agyagban ne alkalmazzuk A cölöp talpa ne kerüljön 1,5 m-nél közelebb az alatta esetleg meglévő puha réteghez Széles épület alá ne tervezzünk rövid lebegő cölöpöket A cölöpcsoport tagjai befolyásolják egymás teherbírását F H cs n F H cölöp Cölöpök várható teherbírásának meghatározása: A függőlegesen nyomott egyedi cölöp csúcsánál (talpánál) támaszkodva (nyomófeszültségekkel) és a köpenyfelület menti súrlódással és az adhézióval (nyírófeszültségekkel) adja át terhét a talajra. Kis terhek, ill. kis süllyedések tartományában a köpenymenti ellenállás az uralkodó, később nagyobb tereléseknél fokozatosan nő a talp (csúcs) ellenállás. A σ H F teljes = F talp + F köpeny Míg síkalapok teherbírásának meghatározásánál többé kevésbé megbízhatóak az elméletek, addig cölöpök esetén ez sajnos nem mondható el. A tervezésben helyszíni tapasztalatokra is szükség van. A teherbírás meghatározható: elméleti úton (számítással): verési képletekkel, verési statikus képletekkel, szondázási eredményekből és próbaterheléssel: statikus, dinamikus. A cölöpök várható teherbírásának meghatározása elméleti úton: Régebben használatosak voltak mind a dinamikus mind a statikus teherbírási elméletek. Az EC 7 a verési összefüggéseket nem ajánlja és a statikus számításos eljárásokból is csak azokat szabad használni, amelyek alkalmasságát statikus próbaterheléssel igazolták.
22. Teherbírás meghatározása statikus képletekkel. Köpenysúrlódás számítása és figyelembe vétele. Előnyük a verési képletekkel szemben az, hogy a szükséges adatok már a tervezés fázisában beszerezhetők, és bármilyen cölöp és talajféleségre értelmezhetők. A gyakorlatban ismert és elterjedt képletek alapján kapott eredmények között azonban jelentős különbségek vannak általában, amelyek a levezetések során tett feltételezésekből és elhanyagolásokból következnek. A képletek alapja az, hogy a cölöpök a terheket részben a köpenyfelületükön, részben pedig a talpon adják át az altalajnak. Ennek megfelelően a teherbírás két részből áll: talp (csúcs) ellenállásból és köpenymenti ellenállásból. F teljes = F talp + F köpeny A képlet első tagja a cölöptalp támaszkodó felületétől, valamint a talpsíknál lévő talaj teherbírásától függ: a.s. alatt F talp = A σ H ahol a talaj törőfeszültsége: σ H = f{d; γ; q; c; φ} Tapasztalatok szerint szemcsés talajokban σ H = 1000 5000 kn m 2, kötött talajokban σ H = 350 1500 kn m 2 A teherbírási képlet második tagja a köpenyfelület méreteitől, az arra ható földnyomástól, a köpeny és talaj közötti tapadó- és súrlódási feszültségek nagyságától függ, meghatározása: F köpeny = U l i τ i ahol: τ = a + σ z k tg(δ) F köpeny = U l [a + σ z k tg(δ)] U cölöp kerülete l i réteg hosszúsága τ i cölöp-talaj fajlagos ellenállása (fajlagos köpenymenti ellenállás) σ z geosztatikus nyomás (σ z = h i l i ) tg(δ) súrlódási tényező a talaj-cölöp közötti tapadás (0,3-0,6) c δ cölöp fala-talaj közötti súrlódási szög (0,5-0,8) ϕ k földnyomási tényező (függ a technológiától) A teherbírásban fontos szerepe van a cölöp felülete mentén ható vízszintes feszültségeknek és az adhéziónak is: σ k = σ z k Ezek döntően a cölöpkészítés módjától és technológiájától függenek. Ha a cölöpkészítéskor a környező terület nem szenvedne alakváltozást, akkor a köpenyre a nyugalmi földnyomás működne, ez azonban sem fúrt, sem vert cölöpöknél nem fordul elő. k = k 0 = 1 sinφ Cölöpök köpenysúrlódásának meghatározása: k - földnyomás tényező: értéke függ a technológiától. Ha nincs alakváltozás, akkor a nyugalmi nyomással azonos: k = k 0 = 1 sinφ Fúrt cölöpök: a köpenymenti talajban lazulás következik be, ezért: k a < k < k 0. A boltozati hatás miatt a feszültségek a mélységgel nem lineárisan változnak. Idő haladtával a vízszintes feszültségek tendálnak a nyugalmi nyomás felé. Vert cölöpök: a köpenymenti talajban tömörödés következik be, ezért: k 0 < k < k p (fajlagos köpeny menti ellenállás) k = a k 0 (szemcsés talaj) a 2 6 (kötött talaj) Köpenymenti ellenállás figyelembe vétele, negatív köpenysúrlódás: A fajlagos köpenymenti ellenállás értéke: szemcsés talajokban: τ k = 35 120 kn m 2, kötött talajokban: τ k = 15 100 kn m 2 Cölöpök köpenymenti ellenállásánál a kis összenyomódási modulusú (kompresszíbilis) rétegek és a felettük lévő talajok teherbírásával sem számolhatunk. Ha a cölöp melletti puha rétegek, feltöltések az önsúlyból vagy a melléépítésből származó szuperpozíció folytán utólag összenyomódnak akkor a mozgás a cölöpre lefelé mutató (adhéziós és súrlódó) erővel fog hatni. Ezt 5 cm-nél nagyobb mozgás esetén feltétlenül figyelembe kell venni, s ezt a negatív köpenyerőt vagy le kell vonni a cölöp teherbírásából, vagy hozzá kell adni a cölöpterheléshez. Köpenyellenállást nem kell figyelembe venni, ha E2 < E1 E2 jobban összenyomódik (E1 köpenysúrlódása nincs figyelembe véve)
23. Cölöpteherbírás meghatározása próbaterheléssel és szondázási adatokból. www.g4m4.atw.hu Cölöpteherbírás becsült értékének számítása szondázási adatokból: A korszerű számítási módszerek a statikus szondázások (CPT) eredményeit használják fel a cölöpteherbírás meghatározására. Ez tulajdonképpen egy kicsinyített modellű próbaterhelés, ahol a csúcsellenállását és a köpenymenti ellenállást külön-külön mérik. A cölöptalpnál a szonda mért qc csúcsellenállásából: σ csúcs = q c α cs α cs tényező vizsgálatok szerint 0,07-0,4 között változik A fajlagos köpenymenti ellenállás pedig a statikus szondázási eredményekből: τ k = q c α k q c - a szondaellenállás a cölöp köpenye mentén α k - a cölöpkészítés módjától, a köpenymenti talaj fellazulásának mértékétől függő csökkentő tényező. Tapasztalati adatok alapján α k = 1 1 30 25 Hasonló típusú összefüggésekkel a dinamikus szondázás (SPT) adataiból is meg lehet határozni a cölöp várható teherbírását. Ehhez szükségünk van az N30 értékére a cölöp csúcsánál, és az átlagos értékére a cölöp köpenye mentén. A cölöp fajlagos talpellenállását és köpenymenti ellenállását most is tapasztalatokon nyugvó arányosítási tényezőkkel tudjuk meghatározni. σ cs = k cs N cs ; τ k = k k N k k k köpeny menti ellenállás tényezője N k N átlagos értéke a köpeny mentén Próbaterhelés: A teherbírás meghatározásának a legmegbízhatóbb és egyben a legdrágább módszere is. Segítségével a ténylegesen kivitelezett cölöp teherbírását határozhatjuk meg a munkahelyen. Végezhető előzetesen a tervezés időszakában, ill. kivitelezéskor ellenőrzési céllal. Ha egy projekten egy próbaterhelés készül, akkor az a geotechnikailag legkedvezőtlenebb helyen legyen, ha egynél több, akkor az átlagos, illetve a reprezentatív helyeken is terheljünk. A cölöpre hidraulikus sajtóval viszik fel a terhelést, az ellentartást általában cölöpökkel, esetleg injektált talajhorgonyokkal lehorgonyzott acéltartók biztosítják. A nagyátmérőjű cölöpök esetében - mivel ezek ellentartásához nagyon nagy keretszerkezetre lenne szükség - használják az ún. önlehorgonyzó eljárásokat. (Az alsó tagot lefelé nyomják, míg a felsőt felfelé nyomják vagy húzzák.) A terheket általában lépcsőzetesen kell felvinni, s az egyes terheket addig kell fenntartani, amíg az általuk okozott süllyedés gyakorlatilag teljesen le nem zajlik. Az erőt lehetőség szerint a törőerőig növeljük, de erre gyakran nincs mód, illetve valódi tőrés nem is érhető el. A próbaterhelés végeredménye az erők és a hozzájuk tartozó konszolidált süllyedés kapcsolatát mutató görbe. A cölöp nyomási ellenállásának az Eurocode 7 szerint az átmerő tizedének megfelelő süllyedéshez tartozó erő tekinthető, aminek megállapításához kismértékű extrapoláció megengedhető. Dinamikus próbaterhelés: Rúdban terjedő lökéshullámok elméletén alapul (pl: verőkossal előállított hullámokat a köpenysúrlódási erő csökkenti) A lökéshullám a cölöp talpánál nyomóhullámként verődik vissza A cölöpfejben elmozdulást és gyorsulást mérnek Sebesség-erő grafikonból a köpenymenti lassítás meghatározható Dinamikus csúcserő (erő maximum) t = 2 l időállapotban mérhető (l-cölöphossz, c-hullám terjedési sebessége) Minőségellenőrzésre jól alkalmazható (betonfolytonosság) c
24. Cölöp csoport teherbírása és süllyedése. www.g4m4.atw.hu Cölöpcsoport teherbírásának számítása: A cölöpcsoport teherbírása elsősorban a cölöpök készítési módjától (vert vagy fúrt), a tengelytávolságoktól, a cölöpök köpenye mentén és talpa alatt lévő talajoktól függ. Mint a tervezési elveknél említettük, az álló cölöpöket (n darab) tartalmazó csoportnál az egyes cölöpök teherbírása összegződik: F H cs = n F H 1 Míg lebegő cölöpöknél ez nem áll fenn: F H cs = β F H 1 β a fúrt cölöpöknél kisebb 1-nél, míg zárt alakzatban - szemcsés talajba - vert cölöpöknél β=1,1. A cölöpcsoport alatti talajrétegek teherbírásának vizsgálatánál a csoportot és a közrezárt talajtömeget egységnek tekintjük, és igazolni kell, hogy a cölöptalpak síkjában és az alatt a feszültség szétterjedése által érintett talajrétegekben (bármilyen z mélységben) teljesül a: σ H σ m = F+ G K H s τ s A feltétel. Az említett képletben: F - a mértékadó építményteher G - a cölöpök és a földtömeg súlya K - az A területű síkidom kerülete; A = B L φ z - az alap alatti talaj belső súrlódási szöge; δ - a cölöp és talaj közötti súrlódási szög; H s - a teherviselésbe beszámítható talajrétegek vastagsága; τ s - a H s vastagságú réteg átlagos nyírószilárdsága; σ H - a talaj határfeszültsége z mélységben (a talpsík alatt). Cölöpcsoport talajtöréssel szembeni biztonsága: n = σ t σ m Megkívánt minimális biztonság: n = 1 α Cölöpcsoport süllyedésének becslése: Az egyedi cölöp süllyedésének (s1) meghatározására számos összefüggés ismert, de valamennyi erősen tapasztalati jellegű, és csak közelítő értéket ad. Biztonsági tényezők nélküli tartós teherrel: s cs = s I + s II s I egyedi cölöp számított vagy próbaterheléssel meghatározott süllyedése s II kétszeres cölöpátmérőnek megfelelő vastagságú talajréteg alatti talajtömeg összenyomódásából származó süllyedés Süllyedésszámítás síkalapoknál tanultak szerint. Határmélység, ha B > 10, akkor m0 B/2 m 0 = 2 B (1 B 2 L ) S II = P m 0 2 E s P cölöp talpsíkja alatt 2D-re ébredő feszültség Es - cölöp talpsíkja alatt lévő talaj összenyomódási modulusa m0 határmélység Jáky szerint SI tapasztalati képletek alapján vagy próbaterheléssel határozható meg
25. Mértékadó cölöperő becslése. Egyedi cölöp teherbírásának ellenőrzése szondázási adatokból holland módszerrel. Mértékadó cölöperő becslése: Cölöpök húzott nyomott erőpárként való viselkedését feltételezve az egyedi cölöpre jutó terhelés: E di = V d n + M yd 2 x x i + M xd i 2 y y i i E di egyedi cölöp mértékadó terhelése M yd H xd h fejtömb felső síkjában ható x irányú vízszintes erőből keletkező nyomaték x i cölöp távolság az y tengelytől M xd H yd h fejtömb felső síkjában ható y irányú vízszintes erőből keletkező nyomaték y i cölöp távolság az x tengelytől Egy vagy két cölöp esetén, ha van nyomaték vagy vízszintes erő, meg kell nézni, hogy ezt a cölöp hajlítási merevsége elbírja-e? Ha nem, akkor minimum 3 cölöp alkalmazása. Egyedi cölöp teherbírásának ellenőrzése: R c,cal = R s,cal + R b,cal = [k h i q s,cal,i ] + [A b q b,cal ] R c,cal cölöp nyomási ellenállása számított értéke R s,cal palástellenállás számított értéke R b,cal talpellenállás számított értéke k palást kerülete h i palást egyes rétegekre eső hossza q s,cal,i fajlagos palástellenállás rétegenként A b cölöptalp keresztmetszeti területe q b,cal fajlagos ellenállás (talp ellenállás) Egyedi cölöp talpellenállásának meghatározása szondázási adatok alapján: Cölöptalp homok-kavics rétegben holland módszer alapján: q b,cal = λ b α b 0,5 (q c,iii + q c,ii + q c,i ) 2 λ b redukciós tényező 0,7 α b technológiai tényező 0,6 q c,i cölöpcsúcs alatti talaj (0,7 D 4,0 D mélységtartomány) szondaellenállása q c,ii cölöpcsúcs alatti talaj (0,7 D 4,0 D mélységtartomány) legkisebb q c értékeinek súlyozott átlaga q c,iii cölöpcsúcs feletti 8,0 D mélység q c értékeinek súlyozott átlaga (max érték 2 MPa)
26. Kút, szekrény alapok. Légnyomásos alapozás. Kútalapozás: Nagyátmérőjű, rövid, cölöphöz hasonló, alul-felül nyitott körfal, amelynek a lesüllyesztéséhez belsejéből fokozatosan kiemelik a földet és így az a saját súlya alatt besüllyed az így kialakított üregbe. A kívánt szint elérése után egy fenéklemezt készítenek, vagy teljesen bebetonozzák a köpenyfalon belüli teret. Alkalmazási köre alapozásoknál hasonló a cölöpökéhez, gazdaságos lehet az alkalmazásuk, ha a megfelelő teherbírású réteg a talajvízszint alatt van. A kútalapok az építményt pontonként támasztják alá, átmérőjük D = 0,80-3,0 m, jellemző alkalmazási mélység h = 4-8 m. Vízbányászatban aknakutak, csáposkutak kialakításához is használják. Köpenyfal C12-es betonból készül. Szekrényalapozás: Lényege azonos a kútalapéval, de itt a szekrény alaprajza azonos az építmény (pl. hídpillér) alaprajzával, azt mereven egybefüggően támasztják alá és a mérete is nagyobb. Jól kotorható talajban 40-50 méter mélységig is levihetők. A szekrényeket nem csak alapozási célra építik, hanem földalatti terek (szivattyúház, akna) kialakítására is. Többféle típusa ismert: az alul-felül nyitott szekrényből víz alatti kotrással emelik ki a földet, a felül zárt szekrényből túlnyomással szorítják ki a vizet, s kézi munkával, ill. kisgépekkel dolgoznak benne, ezt hívják keszonnak az alul zárt szekrényeket nyílt vízben úsztatják be, majd vízfeltöltéssel süllyesztik a fenékre. A kutak és a szekrények két fő szerkezeti elemből állnak. A vágóél célszerű geometriával van kiképezve, és többnyire acéllemezekkel erősítik meg. A köpenyfal általában monolit vasbeton, szakaszosan építik, vastagsága, vasalása olyan kell legyen, hogy elbírja a ráháruló terheket, és a süllyedéshez elegendő súlyt is biztosítson. A kivitelezésre technológiai tervet, süllyesztési programot kell készíteni, amelynek legfontosabb eleme az, hogy a súly mindenkor elégséges legyen a köpenyfalon ébredő ellenállások legyőzésére. Ezért a fal mellé ömlesztett gyöngykavicsot vagy bentonit-szuszpenziót juttatnak a köpenyellenállás legyőzésére. Fontos, hogy a szekrény egyenletesen süllyedjen, mert az elferdülés miatt előálló befeszülés nagy gondokat okozhat. Fontos, hogy a süllyesztés közelében ne következzen be talajlazulás és ebből származó talajmozgás, illetve süllyedés. Légnyomásos/keszonos alapozás: (jobb felső kép) Felülről zárt szekrényalapozás Nyomás alatti levegő 2-3 bar (20-30 m-ig) Száraz munkatérben történik a földkinyerés Emberi szervezetre veszélyes 2 légzsilip (anyagnak és személynek külön)