Mesterkurzus Budapest 2009 Munkatérhatárolások tervezésének magyarországi gyakorlata az Eurocode 7 tükrében Szepesházi Róbert Széchenyi István Egyetem Meszlényi Zsolt STRABAG MML Kft. Radványi László Bohn Mélyépítı Kft.
Az elıadás tartalma Munkatérhatároló konstrukciók és tevékenységek Jelenlegi tervezési rend és javítása Az EC 7 Támszerkezetek fejezet tervezési elıírásai A falméretezés hazai gyakorlatának áttekintése A rugalmas ágyazás elvén alapuló számítások Támaszok (horgony, dúc, befogás) méretezése Általános állékonyság vizsgálata Mozgásvizsgálatok Fejlesztési javaslatok Szepesházi R., Geotechnikai tervezés. Tervezés az Eurocode 7 és a kapcsolódó európai geotechnikai szabványok alapján. Business Media, Budaörs, 2008. Kapcsolódó irodalom Szepesházi R., Mély munkagödrök mentén bekövetkezı mozgások. Kézirat, www.sze.hu/~szepesr, 2007.
Szokásos oldalhatároló szerkezetek lövellt betonnal fedett, szegezett talajtámfal a legfelsı 3 m-ben, jethabarcsosítással elıállított (hátrahorgonyzott) talajtámfal foghíjakon a szomszéd épületek alatt, hézagos cölöpfal hátrahorgonyozva vagy kidúcolva, kötött talajban, ha nincs összefüggı talajvíz, résfal hátrahorgonyozva vagy kidúcolva magas talajvíz esetén Speciális geotechnikai munkák kivitelezése
Kapcsolódó geotechnikai tevékenységek ideiglenes víztelenítés a földkiemeléshez és más munkákhoz: szőrıkutak és/vagy nyíltvíztartás, végleges víztelenítés: oldalsó felületszivárgó, szivárgópaplan, dréncsıhálózat, zsompok készítése, alaplemez készítése gyakran cölöpökkel gyámolítva, az oldalhatároló falba bekötve,
Mai tervezési rend Tanulmányterv geotechnikai munkarész nélkül Engedélyezési és tenderterv általános geotechnikai szakvélemény az ideiglenes és végleges oldalhatárolás vázlata Ajánlatadás kiegészítı geotechnikai információgyőjtés geotechnikai konstrukció kidolgozása, méretezése Kiviteli terv részletes geotechnikai szakvélemény geotechnikai kiviteli terv
Talajparaméterek tipikus megadási módja Kötött fekürétegek Természetes víztartalom w % 16,3 24,5 Folyási határ w L % 30,6 57,2 Plasztikus határ w P % 17,1 22,3 Plasztikus index I P % 12,6 38,5 Relatív konzisztencia index I c % 0,5 1,1 Hézagtényezı E 0,5 0,8 Telítettség S r 0,9 1,0 Belsı súrlódási szög ϕ o 13 20 Kohézió c kn/m 2 60 160 Térfogatsőrőség ρ kn/m 3 19,0 21,5 Összenyomódási modulus E s MN/m 2 8 25 Tömöríthetıség N Kézi fejtési osztály IV Határfeszültségi alapérték σ a kn/m 2 300
Feltárások a tender-, ill. a kiviteli tervhez F1 CPT1 A2 F2 A11 CPT3 A9 A4,A5,A7,A9,A12 - régi fúrások Jelmagyarázat: A2,A3,A6,A8,A11 - régi nyomószondák A1,A10 - régi dinamikus szondák A12 A4 CPT2 A1 F4 A3 F1,F2,F3,F4 - új fúrások CPT1,CPT2,CPT3 - új nyomószondák A10 F3 A8 A6 A7 A5 50 m
A tervezési rend javítása az EC 7 és a piac követelményeihez igazodóan Tanulmányterv elıkészítı talajvizsgálati jelentés geotechnikai megvalósíthatósági tanulmány Engedélyezési terv és tenderterv tervezési geotechnikai szakvélemény (valós talajparaméterek, szomszéd épületek feltárása) geotechnikai terv az ideiglenes és végleges határolás egy lehetséges változatára Kiviteli terv megfigyeléses módszer alkalmazása
EC 7 általános elıírásai Támszerkezet teherbírási határállapota általános állékonyság, elfordulásos talajtörés, függıleges egyensúly, horgonykihúzódás, tartószerkezeti megfelelıség (Teherbírási határállapot ne következhessen be váratlanul!) A falmozgás hatása a szomszéd szerkezetekre vagy közmővekre használhatósági határállapot gyakran elıállhat, teherbírási határállapot nem fenyeget, ha az EC 7 szerint dolgozunk és a talaj legalább közepesen tömör vagy merev konzisztenciájú, ill. az építési eljárás és sorrend megfelelı, külön figyelmet kívánnak az erısen túlkonszolidált agyagok. A terv az építés megkezdése elıtt néha nem lehet elég részletes, ezért helyénvaló lehet a megfigyeléses módszer alkalmazása.
GEO teherbírási határállapotok az EC 7 szerint
STR teherbírási határállapotok az EC 7 szerint
Földnyomások számítása az EC 7 szerint A földnyomások határértékeit a falmozgás jellegéhez igazodó csúszólap alakot figyelembe véve kell meghatározni. A sík csúszólappal számított földnyomások nagy ϕ és δ szög esetén nem biztonságosak! Ha dúcok vagy horgonyok korlátozzák a falmozgást, akkor a földnyomások határértékei és szokásos eloszlása nem feltétlenül a legkedvezıtlenebb terhelést adják. Használhatók olyan számítási módszerek, melyek a talaj és a tartószerkezet relatív elmozdulásaival és merevségeivel összhangban átrendezik a földnyomások eloszlását. A földnyomás közbülsı értékeinek számításához szabad használni pl. tapasztalati szabályokat, rugóállandón alapuló vagy végeselemes módszereket.
A statikai tervezés fı feladatai és hazai EC-konform gyakorlata f) az épületmozgások hatásainak vizsgálata a) fal, mint tartószerkezet reakcióerıinek és igénybevételeinek számítása a rugalmas ágyazás elve alapján s(x) e 1,1 q k c) horgony méretezése az 1,35 P k erıre P k M k ; T k b) résfal vasalásának tervezése az 1,35 M k és 1,35 T k igénybevételre C t ϕ; c; E s ágyazási tényezı e) az általános állékonyság min. 1,35 biztonságának kimutatása bármely kör és összetett csúszólapra σ x d) földellenállás ellenırzése az 1,35 σ x dz földnyomásra min. 1,40 biztonsággal
Mai méretezési gyakorlat összhangban az EC 7-tel a) Falméretezés ϕ k - c k - E sk talajparaméterek karakterisztikus értékeivel P k - E k reakcióerık (horgony, dúc, befogás ) M k - T k igénybevételek (fal, fejgerenda, heveder) karakterisztikus értékének meghatározása b) Falszerkezet vasalásának tervezése M d = 1,35 M k és T d = 1,35 T k (nyomatékok és a nyíróerık) tervezési értékekre c) Horgonyméretezés kihúzódás és szakadás ellen P d = 1,35 P k horgonyerı tervezési értékére d) Befogás ellenırzése földellenállásra E d = 1,35 E k < E pk /1,40 = R d a terhelı földnyomás tervezési értékének összevetése a földellenállás tervezési értékével jelenlegi gyakorlatban 1,35 1,40 1,90 helyett 1,50 biztonsággal e) Általános állékonyság ellenırzése belsı és külsı stabilitás vizsgálata kör és összetett csúszólapokra a nyírószilárdság karakterisztikus értékeivel 1,35 (1,50) biztonsággal f) Mozgásvizsgálat vízszintes mozgások és süllyedések számítása, becslése szomszéd épületek közelítı teherbírási és használhatósági vizsgálata
Falméretezési módszerek hazai gyakorlatban földnyomás elızetes felvétele mozgástól függetlenül Blum-féle eljárás, dúcnyomás (MSZ 15003) német EAU-ajánlások, amerikai ajánlások rugalmas ágyazás (Winkler-modell) alapján diagramok, táblázatok lineáris rugómodell alapján (Sherif) a földnyomások kéziszámításos ellenırzésével szoftverek bilineáris modellel (Czap Zoltán, GEO5) véges elemes analízis szoftverek 2D és 3D tér- ill. felkeményedı talajmodellel
Blum-féle eljárás H A m A = A m / 1,15 t t 0 t σ p σ a C h σ p σ a σ a σ p
FEM-analízis
Rugalmas-képlékeny (bilineáris) javított Winkler-modell földnyomás σ x σ p passzív határállapot aktív határállapot σ 0 σ a nyugalmi állapot σ x = σ 0 + C x e ágyazási tényezı C t = (σ p - σ a ) / (e p - e a ) e a e p vízszintes falmozgás e
talaj C t E = α t s = (0,5 E 1,0) t s belsı súrlódási szög Az ágyazási tényezık, rugóállandók felvétele ϕ horgony C h = s h + Fh 0,5 Fh L A E h h hsz 1 L h ágyazási tényezı C t 10 kn/m 3 dúc C d = 2 A d B E d 1 L d kohézió c N/cm 2
GEO5 falméretezés kiindulási adatai réteg talaj ϕ c E s γ γ t kpa MPa kn/m 3 kn/m 3 1 iszapos homok 28 5 20 20 20 2 homokos kavics 36 0 60 20,5 21 3 miocén agyag 18 60 25 40 20,5 21 horgony hossz befogás távolság hajlás feszítıerı m m m kn felsı 19 7 1,0 15 200 alsó 17 7 1,0 20 350
GEO5 falméretezés számítás eredményei
Befogás (alsó feltámaszkodás) ellenırzése Elegendı mélyre nyúlik-e le a fal, a gödörfenék alatti passzív földnyomás (alsó támasz) biztonsággal elegendı-e a fal egyensúlyához? A legtöbb GEO-határállapotnak ez a kulcseleme. Vizsgálati lehetıségek: passzív földnyomás beépített osztása a biztonsággal passzív földnyomás számítása gyengített nyírószilárdsággal az egyensúlyozó földnyomás összevetése a passzív földnyomással Az EC 7 szerint a síkcsúszólapos földnyomásszámítás nem biztonságos. A jelenlegi gyakorlat csak 1,50 biztonságot vár el a talajparaméterek karakterisztikus értékeivel végzett számításkor. Az EC 7 által elvárt biztonság 1,35 1,40 1,90, ezt fıleg a síkcsúszólapos számítás esetén indokolt teljesíteni. Elegendı a biztonságot az eredı földnyomásokra igazolni.
GEO5 falméretezés számítás eredményei
Horgonyméretezés Kihúzódás vizsgálata = befogási hossz tervezése elızetesen: tapasztalat alapján (MI 04-194-82) munka kezdetén: alkalmassági vizsgálattal munka közben: elfogadási vizsgálattal Horgonyszár szakadási vizsgálata acélszerkezetként Szabad horgonyhossza tervezése Krantz-féle szerkesztés (lehetséges horgonyerı) Ostermayer-féle blokkos állékonyságvizsgálat általános állékonyság lamellás vizsgálata kör és összetett csúszólapokra különbözı programokkal (GEO5, Nemetschek)
Bishop n=1,60 Általános állékonyság vizsgálata GEO4 programmal Sarma n=2,08
Használhatósági határállapot vizsgálata az EC7 szerint A megengedett elmozdulás határértékeit meg kell megállapítani a megtámasztott szerkezet és a közmővek eltőrhetı elmozdulásaiból. Mindig(!) összehasonlítható tapasztalatokra támaszkodva kell óvatos becslést adni a támszerkezetek elmozdulására, illetve ezeknek a megtámasztott szerkezetekre és a közmővekre gyakorolt hatásaira (az építés és a forgalom hatásait is figyelembe véve). Általában a terv igazolható annak kimutatásával, hogy a becsült elmozdulások nem lépik túl a megállapított határértékeket. Ha a kezdeti óvatos becsléssel nyert elmozdulások meghaladják a határértékeket, akkor részletesebb elmozdulás vizsgálat kell. Részletesebb vizsgálat kell, ha a közeli szerkezetek és közmővek rendkívül érzékenyek, nincs jól megalapozott összehasonlítható tapasztalat. Ajánlatos a részletes számítás 6 m-nél magasabb kis plaszticitású kohéziós talaj megtámasztásakor, 3 m-nél magasabb nagy plaszticitású talaj megtámasztásakor, puha agyag megtámasztásakor. A részletes számításban figyelembe kell venni a talaj és a szerkezet merevségét, valamint az építés sorrendjét. A számításban feltételezett viselkedést célszerő kalibrálni az ugyanazon számításra vonatkozó összehasonlítható tapasztalatokkal.
Munkagödör menti mozgások
20 Mély munkagödrök többletmozgásai Kempfert nyomán vízszintes elmozdulás ux cm 15 10 ux1 ux2 ux1 + ux2 ux3 ux4 ux3 + ux4 ux 5 0 0 5 10 15 20 25 30 gödörmélység H m u x 4 = i= 1 u xi = 0,2 γ H E t 5 b 3 + 0,2 t 3 γ H E b + 0,225 γ H E g B + 0,125 γ H E g B háttöltés fenékzóna hajlításából nyírásából többletterhébıl tehermentesülésébıl
Mozgások a fal mentén L L R 1 R 1 H e(z) s s i max i L (1,5 2,5) H i 0,29 L A e = e(z) dz A s = s(x) dx A s α A e α 0,6 0,8 s(x) R 2 s max s = s i R R 1 2 α A 0,8 i max e s = 0,6 s x 2 2 i 2 max 3 3 L 0,15 α A e e L 0,125 α A e H e(z) s i s i s max i i L (1,5 2,5) H i 0,29 L A e = e(z) dz A s = s(x) dx A s α A e α 0,6 0,8 s(x) s max s = s i R R 1 2 R 2 α A 0,5 i max e s = 0,6 s (x i) 2 2 i 2 max 3 L 0,06 α A e 3 e L 0,088 α A e talajtípus vízszintes mozgás (e) a gödörmélység (H) %-ában Tomlinson függıleges mozgások (s) a gödörmélység (H) %-ában Clough és O Rourke átlag tartomány átlag tartomány átlag tartomány puha-merev agyag 0,30 0,08 0,58 0,80 0,20 1,70 1,00 0,00 2,50 merev-kemény agyag 0,16 0,06 0,30 0,30 0,10 0,60 0,20 0,10 0,70 homok és kavics 0,19 0,04 0,46 0,10 0,10 0,20 0,10 0,05 0,30
max. vízszintes elmozdulás u xmax cm Munkagödrök frankfurti agyagokban Moormann és Katzenbach (2000) gödörmélység H m berlini dúcolat, horgonyozva berlini dúcolat, dúcolva cölöpfal, horgonyozva cölöpfal, dúcolva kritikus mozgások a szomszédos építmények szempontjából
Munkagödör mentén mért mozgások max. vízsz. elmozd. u xmax mm Berlini dúcolat szádfal Résfal Szegezett fal Fúrt cölöpfal Tajalbeton-fal max. süllyedés Berlini dúcolat szádfal Résfal Fúrt cölöpfal A munkagödör mélysége H m s max mm Clough és O Rourke (2000) A munkagödör mélysége H m
Felkeményedı talajmodell alkalmazása Elmozdulásvizsgálat PLAXISprogrammal
Fejlesztési igények, javaslatok Geotechnikai megvalósíthatósági tanulmány bevezetése Tervezési talajvizsgálati jelentés minıségbiztosítása Szomszédos épületek kellı feltárása Megfigyeléses módszer szorgalmazása Ágyazási tényezı felvételének javítása Horgonyok próbaterhelési rendjének egységesítése A befogás GEO5-ös ellenırzésének kritikai elemzése Általános állékonyság GEO5-ös ellenırzésének pontosítása Elıterhelt agyagokban készült szerkezetek analízise Mért mozgások analízise Mozgásszámítások egységesítése FEM-analízis talajmechanikai alátámasztása MSZ 15003 szabvány EC 7-tel harmonizált változatának kidolgozása?