12. előadás: Az építőipari méretpontosságot befolyásoló tényezők II. Földművek és természetes lejtős talajfelszín állékonysága Szabad rézsűk és földfalak állékonysága Valamely földművet feltöltést vagy bevágást építve, annak határoló felületei nem alakíthatók ki tetszőlegesen, hanem csak egy bizonyos, a földanyag belső ellenállásai által megszabott hajlásszöggel. A földművek e lejtős határfelületeit rézsűknek nevezzük; hajlásukat rendszerint vízszintessel bezárt szögük cotangensével jellemezzük; ρ=ctg β. ρ értékét olyan törtszám alakjában szokás felírni, melynek nevezőjében 4 van, pl. ρ=4/4, 6/4, 8/4 stb. Rézsűk határolják utak, vasutak, vízfolyások, csatornák, stb. töltéseit és bevágásait, a legtöbb munkagödröt. Ha a rézsűt meredekebbre építjük, mint azt a talajban rendelkezésre álló belső súrlódás és kohézió megengedi vagyis a földtömeg belsejében fellépő feszültségek elérik a törést okozó értékeket -, vagy pedig az eredetileg állékony rézsűt alkotó talaj belső ellenállásai pl. átázás következtében csökkennek -, rézsűcsúszás, szakadás, suvadás fog bekövetkezni, a rézsű földtömegének egy része leválik, lefelé és kifelé elmozdul. Lásd (Kézdi, 1975.) 2. ábrája alapján készült 1. ábrát. 1. ábra: Lesuvadt rézsű Ugyanilyen mozgások lépnek fel természetes lejtők, hegyoldalak esetében is. Állékonysági tényező: N c =c/hγ ahol c: kohézió γ: talaj térfogatsúlya h: csúszólap alsó és felső pontja közötti magasságkülönbség Függőleges földfalak állékonysága Függőleges földfalak állékonyság szempontjából külön tárgyalást igényelnek, részben a különleges határeset miatt, részben pedig munkagödrök falának állékonyságánál játszott fontos szerepük miatt. (Kézdi, 1975.) 37. ábrája alapján készült 2. ábra egy ilyen földfal metszetét mutatja. 12-1
Óravázlat a Építésirányítás, mozgásvizsgálatok előadásaihoz 2. ábra: Talpponti és alámetsző csúszólap függőleges földfal esetén A földkiemelés során deformációk következnek be; a talaj felszíne a szakadozott vonalnak megfelelő helyzetet foglalja el. A felső térszín közelében a vonalkázott tartományban a talajban húzás lép fel, s végül húzási repedések keletkeznek. E repedések felléptét a talaj kiszáradásával járó zsugorodás csak még jobban elősegíti. A hőmérsékletváltozás és a csapadék ugyancsak hozzájárulnak a repedések növekedéséhez. A repedés következtében a belső ellenállások a felső szakaszon nem működnek, a csúszásnak ellenálló felület csökken, míg végül egy talpponti csúszólap mentén bekövetkezik a csúszás. Előfordulhat azonban alámetsző csúszólap is. Ha az altalaj puhább, mint a földfal, a h magasságú földtest súlyának hatására alaptörés következik be. Függőleges löszfalak nagy magasságig állékonyak, de csak akkor, ha nincs talajvíz és nem lép fel erózió. Löszben rézsűsen kiemelt bevágások, növényzet védelme nélkül gyorsan erodálódnak, mély eróziós csatornák, roskadások lépnek fel. Ezért az ilyen rézsűket csaknem függőleges határolásokkal célszerű kialakítani. Ez a megoldás nem akadályozza meg egyes kisebb földtömegek leszakadását, ezért a földfal lábánál padkát hagyunk. Mélyebb bevágásokat lépcsősen alakítunk ki. Az időtényező szerepe rézsűk állékonyságában Ha rézsűk állékonyságát mindig csak azok pillanatnyi helyzetében vizsgáljuk, akkor számos földmozgás létrejöttét nem tudjuk megmagyarázni. Az állékonyságot meghatározó külső és belső erők az idő függvényei. Az egyensúly mindig a mozgást előidéző és az azt akadályozó erők kedvezőtlen kombinációja mellett bomlik meg. A biztonsági tényezőkre tulajdonképpen minden eső és hóolvadás is kihat. Természetes lejtők esetén e jelenségek gyakran ismétlődtek már a múltban, ha tehát itt mozgások kezdődnek, akkor vagy valamilyen rendkívüli jelenség lépett fel, vagy pedig a nyírószilárdság lassan, fokozatosan csökkent. Ez következik be pl. mozaikos agyagoknál. (Kézdi, 1975.) Skempton londoni agyagban való rézsűcsúszás vizsgálati eredményei alapján közli, hogy egy 5-6 m magas függőleges földfal e talajban csak néhány hétig állékony. Ennyi idő múltán, különösebb időjárási hatások bekövetkezte nélkül, létrejön a suvadás. A ρ=8/4 hajlású rézsű 10-20 évig, a ρ=12/4 hajlású mintegy 50 évig állékony. A természetes lejtők hajlása ritkán több 10%-nál. A rézsűk állékonyságát sok tényező befolyásolja. (Kézdi, 1975.) a rézsűk állékonyságát befolyásoló hatásokat táblázatosan foglalja össze, e táblázat információit az alábbi táblázatban közöljük. Kézdi szerint egy rézsű stabilitása sohasem jelent tisztán statikus problémát. A különböző hatások főleg az időtényező miatt dinamikus 12-2
szemléletet kívánnak meg, és sohasem nélkülözhetjük a természetben tett megfigyeléseket s a korábbi tapasztalatokat. Arra is rávilágítanak az e fejezetben mondottak, hogy az állékonysági vizsgálatokat sohasem lehet egységesíteni, szabványosítani. Minden egyes esetben a rétegződést, a víz különböző hatásait, a kivitel módját és időtartamát, a mozgási lehetőségeket figyelembe kell venni. Rézsük állékonyságát befolyásoló tényezők (Kézdi, 1975 alapján) I. Az atmoszferíliák fizikai hatásai A felszíni víz erodáló hatása A talajba beszivárgó csapadékvíz Felszín alatti vizek hatásai Nyugvó talajvíz Gravitációsan áramló víz Kapillárisan mozgó víz 2. Hőmérséklet hatása + víz Kiszáradás, zsugorodás Fagyhatás Hévforrások 3. Légmozgás Szél okozta erózió Koptató hatás II. Egyéb természeti hatások 1. A víz hatásai Élővíz erodáló hatása Nyugvó víz Folyó víz Hullámzó víz b. Források hatása 2. Kémiai hatások Báziscsere Egyéb kémiai hatások (kioldódás, kilúgozódás) kötőerő csökkenése 3. Tektonikai hatások Lassú kéregmozgások Földrengés 4. Biológiai hatások Állatok Növények Baktériumok III. Mesterséges beavatkozások Víznyomás előidézése Hidrosztatikus nyomás Pórusvíznyomás Csővezetékből talajba jutó víz 2. Terhelések hatása Önsúly Külső terhelés 3. Dinamikus hatások Túltömörítés Szilárdítás 4. Egyéb hatások a. Túltömörítés b. Szilárdítás Az altalaj mozgásait, deformációit kiváltó különleges hatások Rezgések hatása a talajra Földrengések hatására létrejövő, vagy mesterségesen létrehozott vibrációk a szerkezetek stabilitását és állagát sokféle módon veszélyeztetik. (Kézdi, Á. 1975.) szerint a tapasztalat azt mutatja, hogy a rezgések lényegesen megváltoztatják a talajfizikai jellemzőket. Az alagútépítés és bányászati tevékenység okozta térszíni mozgások Az alagútépítés és a bányászati tevékenység következtében feszültségátrendeződés, talajmozgások jönnek létre. A fedőrétegek elmozdulnak, a megváltozott térszín új alakja egy térbeli kiterjedésű süllyedési teknő (süllyedési horpa) lesz. 12-3
Óravázlat a Építésirányítás, mozgásvizsgálatok előadásaihoz Az alagútépítés és a bányászati tevékenység okozta térszíni mozgásokkal, és ezek következtében fellépő épületkárokkal többek között (Dr. Dulácska, E. 1982.) Épületvédelem az alagútépítés káros hatásai ellen, (Martos, F., 1967.) Bányakártan foglalkoznak. Az épületek, építmények tartószerkezetére ható járulékos erők és tanulmányozásuk esettanulmányok alapján A tartószerkezetre különböző erők hatnak. Ilyenek a tartókra helyezett terhek (felraktározott anyag, járműteher, hóteher, egy másik tartóról átadódó teher) és járulékos terhek, járulékos hatások. A járulékos hatások között (Bölcskei-Juhász 1965.) a következőket sorolja fel: A járulékos hatások olyan nem teher jellegű fizikai hatások, amelyek a teherhordó szerkezetekben igénybevételeket ébresztenek. Ilyenek a hőmérsékletváltozás, a támaszpontok mozgása, a zsugorodás, lassú alakváltozás, a szerkezet kivitelezésének pontatlanságából származó hatások, mozgások, stb. A járulékos hatások közül a mértékadó igénybevételek meghatározása során csak azokat kell figyelembe venni, amelyeknek a vizsgált szerkezet teherbírása szempontjából számottevő befolyásuk van. Az előzőekben az építmények altalaj mozgásaival és mozgást kiváltó hatásaival részletesen foglalkozunk. E fejezetben a járulékos hatásokkal, a járulékos erőkkel foglalkozunk, a szakirodalomban már közölt ismeretek mellett figyelembe véve a konkrét építőipari tapasztalatainkat és új vizsgálati eredményeket is. A téma ismertetésénél elsődlegesen (Dr. Kiss Antal 1981, 1983, 1984a, 1984b, 1988 és 1999) alapján, mintaként a Dunaújvárosi Gáztartály vizsgálata a Budapesti belvárosi Üzletközpont és a Paksi Atomerőmű építésirányítási, építésellenőrzési és vizsgálati mérései tapasztalatait értékeltük. A bevezetőben említett hordozott belső eltérések definíciója szerint az építési anyagok, szerkezetek belső és külső fizikai, kémiai, mechanikai okok miatt fellépő mozgásai, torzulásai is méretváltozást eredményezhetnek. A kitűzési, a geodéziai építésirányítási, az ellenőrző és vizsgálati mérési munkánál, a különböző hatásokra fellépő mozgások jelentősen befolyásolják a mérések eredményeit, mérési hibaként jelentkezve együtt tartalmazzák az építmény geometriai paramétereinek változását, és a mérést befolyásoló hatások eredményeit. Ezek különválasztására vizsgálatainknál az alábbi módon csoportosítottunk: A. A kérdéses objektum (a mérés tárgya) helyzetét, méreteit és alakját befolyásoló tényezők. B. A mérést befolyásoló tényezők. Az épületszerkezet és a technológiaegységek teherhordó, feltámasztószerkezetek mozgásainak, torzulásainak kiváltó okai: - az altalaj mozgások, - a felmenő szerkezet önsúlya, - külső centrikus és excentrikus erőhatások, szerelési erők, - hőmérséklet napi és évi változása, üzemi hő és dinamikus hatások, - építési anyagok állapotváltozása (pl. zsugorodás). A továbbiakban a szerelési sorrendnek, a kritikus technológiai egységek beállítása esetén a szerelési hőmérsékletnek és a szerelési erőknek tulajdonítuk fontosságot. 12-4
A Paksi Atomerőmű építése során a reaktortéri főhálózat és a reaktortéri kitűzési hálózat esetén, mivel ezek a vasbeton lemez-alapon, illetve az acélszerkezeten helyezkednek el, így e hálózatok a hőmérsékletváltozás függvényében szabályosan változtatják méretüket. Ezért az alappontok koordinátáit az idő koordináta mellett a hőmérsékleti koordinátával is ki kellett egészíteni. A dunaújvárosi gáztartály vizsgálati méréseinél a meteorológiai hatások vizsgálatával is részletesen foglalkoztunk. A meteorológiai hatások vizsgálatára azért volt szükség, hogy a részletméréseket megelőzően ismerjük a szerkezet viselkedését hő, illetve hősugárzás hatására. A vizsgálati időszakban nem voltak kiugró hőmérsékleti eltérések, ennek ellenére a meteorológiai hatások vizsgálata alapján határozhattuk meg a részletmérések végrehajtására legalkalmasabb időszakokat. A mellékletben +10 C-ra és borult időre jellemző adatokat közlünk. Az észlelt tapasztalataink alapján további felhasználásra még az alábbiakat közölhetjük: 1. A napsugárzás hatása feltűnően gyorsan vizsgálataink szerint már közel egy órán belül jelentkezik. 2. A gáztartály déli napsugárzás hatására északi irányba dől, és a pillérek sugárirányú ferdeségei mint építési hibák általában megegyeznek a napsütés hatására bekövetkező elmozdulások irányával. 3. A legfelső szinten a hő okozta maximális elmozdulásra 9 mm-t kaptunk 10 C hőmérséklet különbség és egész napos napsütés esetén. 4. Az átmérők változására eltérő értékeket kaptunk, az átlagos átmérő változás a hőtágulás következtében csak közel 1 mm-t tett ki. Több létesítménynél, így a Budapest Váci utca 18. alatti üzletközpont építésénél tapasztalt alaplemez torzulások az építés közben felmerülő egyenlőtlen terhelések excentrikus erőhatásai következtében léptek fel. A felmenő szerkezet torzulásait a szerelési erők, a szerkezetszerelés nem tervezett sorrendje szerinti végrehajtása következtében fellépő centrikus és excentrikus erőhatások okozhatják. 12-5
Óravázlat a Építésirányítás, mozgásvizsgálatok előadásaihoz Irodalomjegyzék Tankönyvek, egyetemi jegyzetek, kézikönyvek, szakkönyvek - Bendefy L. (1953): Fejezetek a térképészeti földtan tárgyköréből Egyetemi jegyzet, Budapest, 1953. - Dr. Bölcskei E. Dr. Juhász B. (1965): Szerkezetépítés Egyetemi jegyzet, Tankönyvkiadó, Budapest, 1965. - Dr. Dulácska E. Fekete S. Varga L. (1982): Az altalja és az építmény kölcsönhatása Akadémiai Kiadó, Bp. 1982. - Dr. Dulácska E. (1982): Épületvédelem az alagútépítés káros hatásai ellen Műszaki Könyvkiadó, Bp. 1982. - Homoródi L. Biró P. (1967): Geofizika. Egyetemi jegyzet, Budapest, 1967. - Martos F. (1967): Bányakártan Tankönyvkiadó, Bp. 1967. - Papp F. Kertész P. (1966): Geológia Tankönyvkiadó, Budapest, 1966. - Rosivall F. (1965): Kinematika és kinetika Tankönyvkiadó, Budapest, 1965. - Dr. Széchy K. (1952): Az altalaj mint építőanyag Közlekedési kiadó, Bp. 1952. - Völgyesi L. (1982): Geofizika Egyetemi jegyzet, Bp. 1982. Tanulmányok, értekezések, publikációk, tudományos előadások - Ádám J. (1987): A műholdas Doppler-technika szerepe geodéziai alaphálózatunk továbbfejlesztésében Geodézia és Kartográfia, 1987/3. - Bendefy L. (1955): Szintezési alappontok időközi magasságváltozásának meghatározása Geofizikai közlöny, 1955. - Biró P. (1977): A felszínmozgások vizsgálata és a Föld dinamikai folyamatai Geodézia és Kartográfia, 1977. - Biró P. (1986): A nehézségi erőtér időbeli változásainak geodéziai hatása Akadémiai kiadó, Budapest, 1986. - Botka L. Földváryné Varga M. Kertész Zs. Miskolczi L. (1985): Kéregmozgás-vizsgálati mikrohálózatok állandósítási kérdései Geodézia és Kartográfia, 1985/4. - Dr. Busics Gy. (1997): A GPS geodéziai alkalmazásáról Geodézia és Kartográfia, 1997/11. - Dede K. Miskolczi L. (1992): Detection of Vertical Deformations of a Large Building Periodica Polytechnica Civil Engineering, Vol. 36. No. 2. 1992. - Gazsó M. Borza T. Fejes I. Busics Gy. (1992): A GPS mozgásvizsgálati program és földtani alapja Magyarországon Geodézia és Kartográfia, 1992. 44. évf. 2.sz. - Iványi M: Stabilitási és szilárdsági jelenségek kölcsönhatása acélszerkezetek teherviselésében - A lemezhorpadás szerepe Doktori értekezés 2. kötet D/10.193. 12-6
- Dr. Joó I. (1996): A földfelszín magassági irányú mozgásai Magyarországon Geodézia és Kartográfia, 1996/4. - Dr. Joó I. (1998): Az SLR- és VLBI-mérések lemeztektonikai célú felhasználása Geodézia és Kartográfia, 1998/3. - Dr. Joó I. (1998): Magyarország függőleges irányú mozgásai Geodézia és Kartográfia, 1998/9. - Dr. Havasi I. (1993): Létesítmények mozgásvizsgálati pontrendszerének kialakítása Geodézia és Kartográfia, 1993/1. - Holéczy Gy. (1966): Külső hatások figyelembevétele magasépítmények építés közbeni ellenőrzésére Geodézia és Kartográfia, 1966/2. - Dr. Kiss A. (1981): Technológia tervezés nagy acélszerkezetek kitűzési és ellenőrzési munkáinál Geodéziai és Kartográfiai Egyesület rendezvényén tartott előadás 1981. - Kiss A.: Planirovanie geodezicseszkih rabot pri montazse sztal'nüh konsztrukcij Periodica Polytechnica. Ser. Civil Engineering 27. 1983. 3-4. 197-208 p. - Dr. Kiss A. (1984 a.): A Paksi Atomerőmű speciális geodéziai ellenőrző mérési feladatai Geodézia és Kartográfiai Egyesület rendezvényén tartott előadás Bp. 1984. - Kiss A (1984b): Deformation Measurement of the Localizing Tower under Overpressure of a Nuclear Power Station Proceedinges of International Symposium on Long-Term Observation of Concrete Structures Budapest, 1984. - Dr. Kiss A. (1988): Járulékos tényezők szerepe az atomerőmű építés geometriai paramétereinek meghatározásánál Geodézia és Kartográfiai Egyesület rendezvényén tartott előadás Bp. 1988. - Dr. Kiss Antal (1999): Építési munka minőségét befolyásoló szerkezeti mozgások és deformációk vizsgálata Ph.D. doktori értekezés, Budapest, 1999. - Mentes Gy. (1997): Folyamatos mérési módszerek geodinamikai, környezeti és ipari deformációk megfigyelésére Akadémiai doktori értekezés, 1997. - Miskolczi L. Ódor K.: Rétegvíz használattal kapcsolatos függőleges felszíni elmozdulások vizsgálata Debrecen területén ÉKME Tudományos Közleményei XIII. k. - Dr. Rédey I. (1950): A geodézia geofizikai feltevései Térképészeti közlöny, Bp. 1950. 14.sz. különfüzete. - Dr. Rédey I. (1961): A geodéziai adatok időbeli változása ÉKME Tudományos közleményei, Bp. 1961. VII. kötet 2. sz. - Dr. Somogyi J. (1984): Geodinamikai jelenségek és méréstechnikai vonatkozásaik Geodézia és Kartográfia, 1984/2. - Varga P. Bányai L. (1992): A föld belső szerkezete és dinamikája Geodézia és Kartográfia. 1992/2. - Dr. Völgyesi L. (1996): A geoid időbeli változása a tengerszint-változások alapján Geodézia és Kartográfia, 1996/6. 12-7