SÍKALAPOK SÜLLYEDÉSÉNEK SZÁMÍTÁSA
EC7 szerint: Tartószerkezet károsodása süllyedés miatt teherbírási határállapot Építmény használhatóságának korlátozódása süllyedés miatt használhatósági határállapot
Síkalapok süllyedésének okai Teherbírásra történő méretezés után Megengedhető süllyedések alakulnak-e ki Az altalaj nem szenved akkora deformációt, amely az építményre károsan hat vissza. a statikus terhelés okozta tömörödés és harántkontrakció miatti süllyedések Számítással meghatározhatók és megengedhetőségük mérlegelhető a nem várt okok miatt esetlegesen bekövetkező roskadás, zsugorodás, rezgés miatti süllyedések Előzetesen általában nem számíthatók ki, megfelelő konstrukciókkal (intézkedésekkel) elkerülendők
Süllyedések további okai lehetnek: - talajban lévő víz hatása (talajvízszint ingadozás, vízáramlás,w-növekedés, kiszáradás, csőtörés); - aláüregelődés (talajvíz kimosó hatása), bánya, pince, alagút; - talajcsúszás (felszínközeli talajmozgás); - kémiai átalakulások (duzzadás, kioldás); - hőmérsékleti hatások (fagy, hűtőházak, kemencék).
Konszolidációs idő eltérő talajonként
KARAKTERISZTIKUS PONT ALATTI FESZÜLTSÉG MEGHATÁROZÁSA (KANY)
AZ ALAPTEST ÉS A TERHELÉS NAGYSÁGÁNAK HATÁSA A FESZÜLTSÉGEKRE
Süllyedésszámítás Mértékadó terhelés rögzítése: - Alap (karakterisztikus) értéken számítva csak a tartós (kvázi állandó) statikus terhek - a mozgó tehernek a süllyedések szempontjából mértékadó, és a süllyedésszámításában figyelembe veendő része az altalajtól, áteresztőképességétől, a terhelés hatásidejétől (pl. szélteher) és az építmény jellegétől (lakóház, ipari épület, híd, siló stb.) is függ Első feladat a terhek rögzítése után: az altalajban keletkező feszültségek meghatározása
PARCIÁLIS TÉNYEZŐK A SÜLLYEDÉSSZÁMÍTÁSBAN használhatósági határállapot vizsgálatakor (korlátozott használat, esztétikai zavar) = 1,0 teherbírási határállapot vizsgálatakor (STR) (felszerkezet károsodása) G = 1,35 Q = 1,50 Elvileg két süllyedésszámítást kellene végezni, de a parciális tényezők arányait figyelembe véve az első számításból a második eredménye becsülhető.
A határmélység Egyedül Jáky elmélete határolja le azt a mélységet, ameddig többletfeszültség keletkezik a terhelésből az alapsík alatt (m o ); A legtöbb ország szabályzata azt az m 0 mélységet fogadja el határmélységnek, ahol h i i, z n A hazai gyakorlat: n = 5 ( 0.2 ) h i i Ha az alap szélessége B > 10 m (lemezalapok), akkor a gyakorlati tapasztalatok szerint m 0 = 2/3B - B/2 határmélység felvétele indokolt (kötött - szemcsés talaj).
Az építmények süllyedéstűrése A kapott süllyedés megengedhető-e? Abszolút (magassági) értelemben: csatorna-és egyéb közműcsatlakozások, csatlakozó épületek. Az egyenlőtlen (relatív) süllyedések elferdüléseket, meggörbüléseket, áthajlásokat és az ezekből származó többletigénybevételeket (nyomaték, nyíróerő) okozhatják. Az építmény süllyedéstűrése függ: a szerkezettől; a méretektől és a 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).
Szabványokba foglalt ajánlások tájékoztatnak a megtűrhető süllyedések, süllyedéskülönbségek nagyságáról. A következőket kell ellenőrizni: egyenletes süllyedés (s e ); "merev billenés"; s max legnagyobb süllyedés; s illetve: max ; a b : legnagyobb relatív szögforgás; R : mértékadó görbületi sugár; : legnagyobb szögtorzulás.
SÜLLYEDÉSKRITÉRIUMOK a felszerkezet tervezőjének kell(ene) megadnia szerkezeti - funkcionális - esztétikai szempontok mérlegelendők a szokásos mérőszámok és határértékeik a geotechnikai szakirodalomban a legfontosabbak ajánlott értékei abszolút süllyedésre 50 mm megengedhető általában oszlopok süllyedéskülönbsége relatív elfordulás 20 mm mindig megengedhető 1/500 szerkezetileg megengedhető 1/150 tönkremenetelt okoz
A süllyedéskülönbségeket a különböző épületekre megengedett határértékek alapján kell megítélni. Agyag (kötött) talajon lassú, homok (szemcsés) talajon gyors a konszolidáció. A károsodott hazai épületek 92%-a 1-3 szintes! (Szerkezeti merevség szerepe!) Az egyes alaptestek nem egymástól függetlenül süllyednek. A fa-, tégla- és kőzetszerkezetek kevésbé érzékenyek. Az acél- és vasbeton építményeknél erőátrendeződés következik be. A szerkezeti merevség miatt a süllyedéskülönbség csökken, de a szerkezetben nő a feszültség. Az átrendeződés annál nagyobb, minél merevebb a szerkezet (EI nagy)! Erősen összenyomható talajra vagy merev (kiegyenlít) vagy hajlékony (ami bírja) szerkezetet tervezzünk. Repedés, épületelhajlás riadalmat kelt.
Kanadai kissing silók
Süllyedések mérése Mérés: általában szintézissel (0,l mm pontosságú léccel, ill. műszerrel). Relatív süllyedéskülönbségek mérésére alkalmas: lábazat, homlokzati párkány; födémek; függőfolyosók; ablaktokok vonala; járda.
Süllyedésvizsgálat gipsztapasszal
Védekezés káros süllyedések ellen a) Kisebb talpnyomás alkalmazása A talaj teherbírása szempontjából szükségesnél nagyobb felületű alapot építünk. Szélesebb felület alatt kisebb feszültségek keleteznek. Hatásos, ha mélységgel csökken az altalaj összenyomhatósága Hatástalan, ha mélyebben kedvezőtlenebb réteg van.
d) Oldalkitérés megakadályozása Laza szemcsés és puha kötött talajokban. Védekezés: az egész alapot körbefogjuk szádfalakkal; leterheljük az oldalkitérés következtében felpúposodni "készülő" felszínt.
e) Talajszilárdítás Idegen anyagokat juttatunk be (injektálunk), a talaj hézagaiba. Talajszilárdítás injektálással Az injektálóanyagot 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.
INJEKTÁLÁS - FÚRÁS Furatok mélyítése 50-100 cm-enként
INJEKTÁLÁSI CSONK ELHELYEZÉSE Perforált besajtoló csövek elhelyezése
INJEKTÁLÁS Injektálás 7-10 bar Mozgások lézeres mérése
INJEKTÁLÁS - CEMENTTEJ Alkalmazható: szemcsés talajokban, illetve üreges repedezett kötött talajokban
INJEKTÁLÁS - CEMENTTEJ a) ideális a hézagok eltömődnek b) elfolyik a cementlé (pl. repedésen) c) repedés képződött, de eltömődött d) repedés képződött, az injektáló anyag elfolyik
INJEKTÁLÁS - MŰGYANTA Alkalmazható: szemcsés talajokban, illetve üreges repedezett kötött talajokban
INJEKTÁLÁS - MŰGYANTA
INJEKTÁLÁS - NÁTRIUMSZILIKÁT Vízüveg + reagens gélesedés, szilárdulás SiO 2.Na 2 O + CaCl 2 (vagy MgCl 2 ) Ca(OH) 2 + SiO 2.2NaCl
ELEKTROSZILIKATIZÁLÁS Vízüveg + reagens gélesedés, szilárdulás SiO 2.Na 2 O + CaCl 2 (vagy MgCl 2 ) Ca(OH) 2 + SiO 2.2NaCl
IONCSERÉLŐ ELJÁRÁS Na, Ca és Mg jelenléte esetén kicsi az agyagok nyírószilárdsága és nagy a kompresszibilitása Elektromos áram hatására jóval erősebben kötött vas vagy alumínium ionokkal cserélhetőek ki.
TALAJJAVÍTÁSOK EGYÉB TÍPUSAI Kötött talajok Szemcsés talajok Rétegvastagság Kis terhelés Nagy terhelés Kis terhelés Nagy terhelés 0-5 Kőtömzs Dinamikus tömörítés 5-10 Függőleges Kavicscölöp 10-15 drénezés Mélytömörítés 20- Vákuum Jet grouting Jet grouting (vibráció)
KŐTÖMZS Szemcsés talajt döngölnek a talajba ejtősúly: 5-30 t ejtési magasság: 5-30 m Hatása kettős: tömörítés + nagyobb teherbírású tömzsök A talajtulajdonságok és a követelmények alapján: ejtősúly ejtési magasság kőtömzs raszter fázisonkénti ütésszám pihentetés időtartama www.menard.ae
FÜGGŐLEGES DRÉNEZÉS Előregyártott függőleges drénszalagok elhelyezése gyorsítja a konszolidáció lejátszódását. Általában egy (ideiglenes) terhelés alkalmazásával együtt használjuk. www.menard.ae
www.geoplast.asia
www.ggu-software.com
T v c v 1 H 2 t T r c r 1 D 2 t 55
FÜGGŐLEGES DRÉNEZÉS + VÁKUUM Reduced time Smaller surcharge www.menard.ae
www.sangjee-menard.co.kr
KAVICSCÖLÖPÖK Készítés fázisai Vibrációval lehajtjuk a fúrófejet kihúzás közben szemcsés anyagok töltünk be és azt vibrációval tömörítjük www.menard.ae www.sze.hu/~szepesr
TALAJJAVÍTÁSOK EGYÉB TÍPUSAI Kötött talajok Szemcsés talajok Rétegvastagság Kis terhelés Nagy terhelés Kis terhelés Nagy terhelés 0-5 Kőtömzs Dinamikus tömörítés 5-10 Függőlegs Kavicscölöp 10-15 drénezés Mélytömörítés 20- Vákuum Jet grouting (vibráció) Jet grouting
DINAMIKUS TÖMÖRÍTÉS A tömörítőhatást egy ejtősúly (15-40 t) ejtegetésével (h=10-40 m) idézik elő. A talajtulajdonságok és a követelmények alapján: ejtősúly ejtési magasság kőtömzs raszter fázisonkénti ütésszám pihentetés időtartama www.menard.ae
www.menard.ae
MÉLYTÖMÖRÍTÉS A vibrátor és a víznyomás tömöríti a környező talajt, a terepszinten egy bemélyedés alakul ki. www.menard.ae
www.eikongraphia.com
www.eikongraphia.com
TÖMEGSTABILIZÁCIÓ A tömegstabilizáció során egy speciális keverőfejjel történik a talaj és a kötőanyag összekeverése. A kötőanyag általában mész, cement vagy ezek keveréke.
TÖMEGSTABILIZÁCIÓ A stabilizációs eljárás segítségével a különböző agyag -, tőzeg -, iszap -, illetve a magas víztartalmú, puha talaj, jó teherbírású talajjá alakítható. A tömegstabilizációs eljárás a kiegészítő technológia nélkül alkalmazható ott, ahol műszakilag elégséges egy maximum 7 m vastagságú réteg kezelése. A tömegstabilizáció két módja: 1. A talajt helyben, kitermelés nélkül keverik meg. Ennek során egy speciális pneumatikus adagoló berendezés juttatja az adalékot a különleges keverőfejhez, amely homogenizálja az adalékot és a talajt. 2. A kezelendő talajt kitermelik, valamely tárolóban, "kádban" összekeverik a fenti módon, majd visszaépítik az eredeti helyére.
TÖMEGSTABILIZÁCIÓ Alkalmazási területek: Közúti és vasúti töltések építése előtt a puha altalaj helyszíni megerősítése, Áruházak, lakóparkok alatti gyenge talajok stabilizálása, Kikötők, tárolóterek kialakítása akár kotrási iszapok tömegstabilizálásával, Kotrási iszapok stabilizálása, kármentesítése, Szennyezett területek kármentesítése, Töltések szélesítése gyenge altalajon, Gátak vízzáróságának javítása például bentonit bekeveréssel, Gátak alatti szerves, tőzeges, puha talajok stabilizálása Kábel/csővezeték nyomvonal erősítés
MESZES TALAJSTABILIZÁCIÓ
MESZES TALAJSTABILIZÁCIÓ E2 [MPa] 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Harkány elkerülő - 2005 1 2 3 4 5 6 7 8 mérésszám M 50 Stabilizált talaj
MESZES TALAJSTABILIZÁCIÓ Elázott, átázott talajok szárítása a kívánt tömörség és teherbírás eléréséhez. Szemcsés anyagokkal egyenértékű teherbírás. Talajstabilizáció esetén, vízzel és fagyhatásokkal szemben tartós ellenállás. Térfogatváltozási hajlam megszűntetése. Talajjavítás bármilyen típusú talaj esetén. Talajstabilizáció iszapok, agyagok vagy agyagos, iszapos homok és kavics talajok esetén. Őrölt égetett mész 2-6% arányban keverése. ELŐNYÖK Nincs speciális gépigény (remix) Kis mennyiségű anyagszükséglet Biztos elméleti és gyakorlati háttér Jól tervezhető és ütemezhető HÁTRÁNYOK Nem említhető EGYÉB HASZNÁLHATÓ ANYAGOK Cement Pernye ( ) Szintetikus anyagok (referencia?)
f) Előterhelés alkalmazása Előzetesen felhordott terheléssel "kikényszerítjük" az altalaj összenyomódásának legalább egy részét. A helyzet hasonló lesz valamely geológiai előterhelésen "átment" réteg viselkedéséhez. Mexico-City esete. A főváros egy régi vulkáni tó helyén épült, amelyet igen vastag, nagymértékben összenyomható, finom vulkánikus hamu töltött fel. Az egész város süllyed. Méter nagyságrendűek helyenként ezek a süllyedések. A városban alkalmazott épület süllyedéscsökkentő módszer: a vb. vázas épületek alaplemezeit a kész épület súlyának megfelelő kavicstömeggel terhelik meg. Ennek hatására lezajlik a süllyedés nagy része - amit kivárnak. Ezután folytatják az építkezését, és a kavicsot olyan ütemben távolítják el, ahogyan az építmény súlya nő.
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).
h) 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 (kötött talajok esetén) az ütem lassítását diktálja. Nagy hasznos terhű építményeknél (silók, folyadéktároló tartályok) a teherfelhordás szabályozható. Hídfők süllyedése a háttöltés építési idejével befolyásolható. i) Mélyalapozás tervezése Sokszor ez a legegyszerűbb és legolcsóbb. Későbbiekben részletesen tárgyaljuk.
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! Dr. Móczár Balázs BME Geotechnikai Tanszék