Geotechnikai projektmenedzsment az Eurocode 7 szerint Szepesházi Róbert
A geotechnikai tevékenység európai szabályozása MSZE CEN ISO/TS 22475 Talajmintavétel technikai részletei
MSZE CEN ISO/TS 17892 Laboratóriumi vizsgálatok technikai részletei
MSZE CEN ISO/TS 22476 Terepi vizsgálatok technikai részletei
MSZE CEN ISO/TS 22282 Talajvízmérések technikai részletei
MSZ EN 1991 A tartószerkezeteket érı hatások
MSZ EN 1997-2 Geotechnikai vizsgálatok általános szabályai MSZ EN 1998 Tartószerkezetek tervezése földrengésre MSZ EN 14688-14689 Talajok és kızetek leírása, osztályozása MSZ EN 1992-3 Betonszerkezetk tervezése Betonalapok és -cölöpök
MSZ EN 1997-1 Geotechnikai tervezés általános szabályai MSZ EN 1993-5 Acélszerkezetek tervezése Cölöpök
MSZ EN XX … YY Geomőanyagok vizsgálata
MSZ EN 13249 …13293 Geomőanyagok alkalmazása
MSZ EN XX … YY Mélyépítési szerkezetek, termékek
MSZ EN XX … YY Speciális geotechnikai munkák kivitelezése
MSZ EN 22477 Speciális geotechnikai szerkezetek vizsgálata
Az Eurocode 7-1 tartalma 1.
Általános elvek
2.
A geotechnikai tervezés alapjai
3.
Geotechnikai adatok
4.
Az építés mőszaki felügyelete, megfigyelés, fenntartás
5.
Földmővek, víztelenítés, talajjavítás és talajerısítés
6.
Síkalapok
7.
Cölöpalapok
8.
Horgonyzások
9.
Támszerkezetek
10. Hidraulikus talajtörés 11. Általános állékonyság 12. Töltések
Az Eurocode 7-2 tartalma 1. Általános elvek 2. A talajvizsgálatok megtervezése 3. Mintavétel és talajvízmérések 4. Terepi vizsgálatok 5. Laboratóriumi vizsgálatok 6. Talajvizsgálati jelentés • tárgy, követelmények, értékelés, felhasználás a fıbb vizsgálatokra • mellékletekben sok hasznos korrelációs összefüggés és pl. cölöptervezéshez
Tartószerkezeti Eurocode-ok EN 1990 EC-0
A tartószerkezeti tervezés alapjai
EN 1991 EC-1: A tartószerkezeteket érı hatások EN 1992 EC-2: Betonszerkezetek tervezése EN 1993 EC-3: Acélszerkezetek tervezése EN 1994 EC-4: Betonnal együtt dolgozó acélszerkezetek tervezése EN 1995 EC-5: Faszerkezetek tervezése EN 1996 EC-6: Falazott szerkezetek tervezése EN 1997 EC-7: Geotechnikai tervezés EN 1998 EC-8: Tartószerkezetek tervezése földrengésre EN 1999 EC-9: Alumíniumszerkezetek tervezése
EC 7-1 2. fejezet A geotechnikai tervezés alapjai Tervezési állapot Határállapotok Tartósság Geotechnikai kategóriák Tervezési szempontok Tervezési módszerek
A tervezés alapkövetelménye Valamennyi geotechnikai tervezési állapotra vonatkozóan igazolni kell, hogy egyetlen, az EN 1990:2002-ben értelmezett és veszélyesnek vélelmezhetı határállapot túllépése sem következik be.
Tervezési állapot A tervezett építmény környezeti körülményeinek, saját méreteinek és anyagjellemzıinek az építés vagy az üzemelés közben kialakuló olyan együttese, melynek kialakulásakor a létesítmény vagy környezetének valamely teherbírási vagy használhatósági határállapota bekövetkezhet, ezért a jellemzık ezen együttesével leírható állapotot vizsgálni kell.
Teherbírási határállapot A tervezett szerkezet, a talaj vagy a környezı építmények valamely részének törés jellegő tönkremenetele, mely a szerkezet rendeltetésszerő használatát lehetetlenné teszi, s általában a szerkezetet használókat, ill. a környezetben lévıket is veszélyezteti. EQU az egyetlen merev testnek tekintett tartószerkezet vagy talajtömb állékonyságvesztése, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a szerkezeti anyagok és a talaj szilárdsága nem befolyásolja jelentısen STR a tartószerkezet vagy a tartószerkezeti elemek, pl. a síkalapok, a cölöpök vagy az alapfalak belsı törése vagy túlzott alakváltozása, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a szerkezeti anyagok szilárdsága jelentısen befolyásolja
GEO a talaj törése vagy túlzott alakváltozása, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a talaj vagy a szilárd kızet szilárdsága jelentısen befolyásolja UPL a tartószerkezet vagy a talaj egyensúlyvesztése a víznyomás (felhajtóerı) vagy más függıleges hatás miatti felúszás folytán HYD hidraulikus gradiens által a talajban okozott hidraulikus felszakadás, belsı erózió vagy buzgárosodás
Használhatósági határállapot A tervezett szerkezet, a talaj vagy a környezı építmények olyan mértékő elmozdulása, deformációja, mely annak rendeltetésszerő használatát megnehezíti vagy korlátozza.
Tartósság A talajba kerülı anyagok tervezésekor a következıket kell vizsgálni: beton esetén agresszív anyagok, például savak vagy szulfátok elıfordulása acél esetén a kémiai korrózió a talajvíz és az oxigén bejutása nyomán nyílt víznek kitett acélfalak felületi korróziója az átlagos vízszint táján repedezett vagy porózus betonba ágyazott acél pontkorróziója faanyagok esetén a gombák és aerob baktériumok oxigén jelenlétében kifejtett hatása szintetikus anyagok esetén az UV-sugárzás vagy az ózondegradáció öregítı hatása a hımérséklet és a feszültség együttes hatása kémiai bomlás másodlagos hatásai
A geotechnikai tervezés szempontjai, a tervezési állapotok és a határállapotok azonosítása
Építési körülmények
Építmény, feladat • • • • • •
funkció, rendeltetés, jelleg méret, elrendezés, tartószerkezetek típusa terhelés jellemzıi élettartam speciális sajátosságok
• • • • •
építési idıtartam, határidı, ütemezés technológiai kötöttségek minıségi követelmények vállalkozási sajátosságok korlátozások
Helyszíni, környezeti adottságok Talaj- és talajvízviszonyok • • • • •
geológiai adottságok talajrétegzıdés, talajjellemzık talajvízszint és ingadozása földrengésveszély speciális kedvezıtlen adottságok
• • • • • •
meteorológiai, hidrológiai adottságok domborzat, növényzet a hely története szomszédos építmények, közmővek közlekedés, megközelíthetıség speciális veszélyek
Geotechnikai kategorizálás a várható geotechnikai nehézségek és kockázatok, illetve az alkalmazandó eszközök, eljárások alapján Együttesen értékelendık • • • •
a talajkörnyezet a feladat, az építmény az alkalmazandó geotechnikai megoldások és eljárások a környezeti kölcsönhatások
Az Eurocode szerinti tervezés kockázati és megbízhatósági szintjei és kezelésük az igénybevételek módosító tényezıjével vagy a tervezés és/vagy a kivitelezés megfelelı ellenırzési szintjeivel
Kárhányad szerinti és megbízhatósági osztály
Igénybevételek módosító tényezıje
β megbízhatósági index minimális értékei
Tervellenırzés szintjei
A helyszíni ellenırzés szintje
DSL
IL
Tönkremenetellel járó veszteség
illetve 1 éves 50 éves ellenırzési referencia- referenciaidıszak idıszak szintek
3 CC3 RC3
5,2
4,3
Az emberélet veszélyeztetése nagy, vagy a gazdasági, társadalmi vagy környezeti károk rendkívül jelentısek
3,8
Az emberélet veszélyeztetése közepes, vagy a gazdasági, társadalmi vagy környezeti károk jelentısek
3,3
Az emberélet veszélyeztetése csekély és a gazdasági, társadalmi vagy környezeti károk nem jelentısek vagy elhanyagolhatóak
DSL3 IL3 2 CC2 RC2
4,7
DSL2 IL2 1 CC1 RC1 DSL1 IL1
4,2
KFI
Jellemzık
Ajánlott minimális követelmények a számítások, a tervlapok és a mőszaki leírások ellenırzéséhez
Jellemzık Követelmények
Független ellenırzés: 1,1
Kibıvített ellenırzés
1,0
Szokásos ellenırzés
0,9
Szokásos ellenırzés
A tervezıtıl független Kibıvített ellenırzés szervezet által végzett ellenırzés
A felelıs tervezıtıl független személyek által végzett ellenırzés a mőködési szabályzat szerint
Önellenırzés: A tervezı által végzett ellenırzés
Független ellenırzés
Szokásos ellenırzés
A mőködési szabályzat keretei között végzett ellenırzés
Szokásos ellenırzés
Önellenırzés
A geotechnikai tervezés módszerei • Számításon alapuló tervezés • Tervezés szokáson alapuló megelızı intézkedésekkel • Tervezés modellkísérletek és próbaterhelések alapján • A megfigyelési módszer alkalmazása
Ec 7-1. 2. fejezet A geotechnikai tervezés alapjai A számításon alapuló tervezés Karakterisztikus érték Tervezési érték
Parciális tényezı
2. A geotechnikai tervezés alapjai 2.4. A számításon alapuló geotechnikai tervezés (2) A geotechnikában az altalaj állapotának ismerete függ az elvégzett geotechnikai vizsgálatok mennyiségétıl és minıségétıl. Ezen ismeretek megszerzése és a kivitelezés szakszerő irányítása sokkal fontosabb az alapvetı követelmények teljesítéséhez, mint a számítási modellek és a parciális tényezık pontossága.
EC 7-1 3. fejezet Geotechnikai adatok
A geotechnikai adatgyőjtés, vizsgálat célja, típusai
EC 7-1 3. fejezet Geotechnikai adatok 1. A geotechnikai vizsgálatok általános követelménye Szolgáltatniuk kell az építés helyszínének és környezetének talaj- és talajvízviszonyaira vonatkozó mindazon adatokat, amelyek a lényeges talajtulajdonságok megfelelı jellemzéséhez és a tervezési számításokban felhasználandó talajparaméterek karakterisztikus értékeinek megbízható felvételéhez szükségesek.
EC 7-1 3. fejezet Geotechnikai adatok 2. Elızetes vizsgálatok célja – a hely általános alkalmasságát meg lehessen ítélni; – alternatív helyeket lehessen választani, ha szükséges; – a tervezett munkálatok nyomán várható változásokat meg lehessen becsülni; – a tervezési és ellenırzı vizsgálatokat meg lehessen tervezni, beleértve a tartószerkezet viselkedését lényegesen befolyásoló talajzóna kiterjedésének azonosítását; – az anyagnyerıket – ha szükségesek – ki lehessen jelölni.
EC 7-1 3. fejezet Geotechnikai adatok 3. Tervezési vizsgálatok Az információk célja – az ideiglenes és végleges létesítmények megfelelı tervezése – az építési módszer megtervezése – az építés közben lehetséges bármely nehézség azonosítása Az információk tartalma – a tervezett építés szempontjából lényeges, vagy az által befolyásolt talajzóna felépítését és jellemzıi – a tartószerkezet teljesítıképességére kiható paraméterek
EC 7-1 4. fejezet
Mőszaki felügyelet, megfigyelés, fenntartás
• Mőszaki felügyelet a körülmények és a kivitelezés megfelelnek-e a tervben feltételezettnek?
• Megfigyelés az építmény viselkedése építés és üzemelés közben megfelel-e a tervezettnek?
• Fenntartás milyen tevékenységek kellenek a tervezett viselkedés tartós biztosításához?
EC 7-1 Geotechnikai tervezés dokumentumai
Talajvizsgálati jelentés Geotechnikai terv (Geotechnikai szakvélemény)
Tervfázisok • TANULMÁNYTERV • DISZPOZÍCIÓS TERV • ENGEDÉLYEZÉSI TERV • AJÁNLAKÉRİ VAGY TENDERTERV • AJÁNLATI TERV • • • •
KIVITELI TERV, ÉPÍTÉSI TERV MEGVALÓSULÁSI DOKUMENTUMOK ÜZEMELTETÉSI FENNTARTÁSI UTASÍTÁS KORSZERÜSÍTÉSI-HELYREÁLLÍTÁSI TERV
Káresetek tanulságai
Kolontár
Felsızsolca
2010. máj. – szept. Az esık évadja!
2010. máj. – szept. A geotechnikai károk évadja:
M6 127 km
Dunaújváros
árvíz, gátszakadás, árokkimosódás, partfalomlás.
M1 58 km
Esık és károk! Gyır
2010. máj.- szept. M0 4,5 km
Gyırújbarát
Bp. XIII. ker.
M1 103 km
Szádfalbedılés, rézsőhámlás, rézsősuvadás, háttöltéskimosódás, partfalomlás, „forrás”.
Csapadék 2010. május
Csapadék 2010. szeptember
M1 autópálya 57+800 km szelvény 2010 május 18. rézsőhámlás
Óvintézkedések
Okkeresés
A víz útjai kifürkészhetetlenek?
Kézdi Talajmechanika I. lejtıbeli vízáramlás hatásának elemzése kritikus a lejtıvel párhuzamos szivárgás 1:1,5 hajlás esetén a kıszórás 40 %-os feltöltıdése már elég a csúszáshoz
Geomőanyagos talajtámfal és erózióvédelem
Megvalósult földmőbiztosítás
Bakony, Cuha-patak völgye
Cuha-patak 2010 május-június
M1 autópálya 103+880 Cuha-híd 2010. május 19.
Magas cölöpösszefogás, burkolatlan meder, extrém vízhozam: talajkimosódás a cölöpgerenda alatt és a cölöpök között
A mederburkolás elhagyható XY sk.
Állapotfelvétel
Cuha-patak vízfolyási jellemzıi a híd közelében • hóolvadás és nagy nyári záporok idején kilép a medrébıl, • torkolati szakaszán jelentıs a Duna visszaduzzasztó hatása, • a meder erısen és egyenetlenül benıtt, • híd alatti mederszelvényt 100 éves vízhozamra méretezték, • a csatlakozó meder szelvényei 10 éves hozamra felelnek meg, • a bal oldali árok jelentıs vízhozamú lehet.
Állapotfelvétel
Állapotfelvétel
Gyors ideiglenes helyreállítás
Gyors ideiglenes helyreállítás
Mederfelmérés
Ideiglenes helyreállítás stabilizálása
Ideiglenes helyreállítás stabilizálása
M0 autópálya 4+450 km szelvény, Annahegy 2010 szeptemberi suvadás
2010 szeptemberi suvadás utáni állapotok
Építés közbeni hámlások, kisebb suvadások
2009 nyara
2009 márciusi állapotok és vizsgálatok
Rétegszelvény
Vizesedések a rézsőn
2009-ben a földmunka kezdetén
2010-ben a csúszás elıtt
A csúszás kezdete 2010 szeptember 14.
A suvadás
Talajjellemzık
Rézsőstabilizálási terv
Rézsőstabilizálási munkálatok
Összegzés, kérdések,tanulságok, ajánlások Váratlanul nagy csapadékok következményei: nagy vízhozamok, gyors vízmozgások, magas és egyenlıtlen vízszintek, nagyobb víznyomások és nyomáskülönbségek, talajkimosódások, talajállapot-romlások. Elháríthatatlan természeti csapásokról van-e szó, avagy a nagyvizek „kihozzák” a tervezés, a kivitelezés és a mőszaki felügyelet apró hibáit, figyelmetlenségeit?
Az esettanulmányok tanulságai M1 58+500 km sz.: töltésrézső burkolatának lecsúszása burkolatlan kıanyag telítıdése után kialakult lejtıirányú szivárgás a csúsztató erıket megnövelte M1 Cuha-patak híd: háttöltés és úszólemez beszakadása a burkolatlan meder alatt kis takarással összefogott cölöpök közt bejutó víz a háttöltés anyagát kimosta M0 4+400 km sz.: bevágási rézső suvadása az építés alatti felszíni beszivárgás a vápaszerő agyagos felület nyírószilárdságát lecsökkentette
A víz volt az úr? Az önkritikus, önbízó, optimista mérnök válasza Nem! Elháríthattunk volna bizonyos hibákat, vagy legalább enyhíthettük volna a következményeiket. Tanulva belılük (is) javíthatjuk munkánkat, mert tudás, eszköz van hozzá. Az ilyen válaszok feltétele – a hibázást is megengedı, félelemmentes légkör – a hibát kiszőrı ellenırzési rendszerek – a következményeket jól kezelı szerzıdések, biztosítások
Hétköznapi ajánlások (ábrándok?) • A tervezés lényege az adekvát konstrukció és technológia megtalálása, csak utána jön, s kisebb jelentıségő a méretezés. Szakma vagy tudomány-e a mérnökség? • Dolgozzunk csapatban, a legjobb szakember is elnézhet részleteket. Gyengébb, de nyitott, nem sértıdékeny szakemberek hibás javaslatainak kölcsönös kritikájából megszülethet a jó megoldás. • Vizsgáljuk meg a tervet, keressük, hol következhet be baj, romlás, ha a körülmények kissé módosulnak, s miként védhetı ki a károsodás. Ami elromolhat, el is romlik. • Ne monitoron tervezzünk, a veszélyek felismeréséhez egyszerre kell látni a szerkezetnek s környezetének az egészét és a részleteit is. Mérnökök a képzımővészetben: rajz fölé hajoló, „okoskodó” csoport. • Ne féljünk tervünk bírálatától, a kritika óv és tanít. Ha megköpködsz, csípıbıl visszatüzelünk! • Fizetessük meg a gondos tervezést, tervfelülvizsgálatot, kivitelezést, felügyeletet, monitoringot, küzdjünk az infrastruktúra fejlesztéséért! A katasztrófavédelem fejlesztése helyett inkább építsünk sokat s jól!
Tervezési filozófia, módszertan javítása, kiegészítése EC 7: tervezési állapotok felvétele mely körülmények egybeesésével következhetnek be határállapotok EC 7: tervezés megelızı intézkedésekkel a határállapotok elkerülése bevált konstrukciókkal EC 7: tervezési beszámoló minden feltevés, megfontolás, döntés részletes leírása minıségellenırzési és technológiai utasítások EC 0: tervellenırzés különbözı (ön-, céges és külsı) ellenırzési szintek alkalmazása Kockázatértékelés (szemléletének) alkalmazása a tervezésben veszélyazonosítás, a bekövetkezési valószínőségek vagy a káros következmények csökkentése, maradó kockázat kezelése Haváriaterv (a mőszaki tervben) a körülmények váratlan alakulása esetén teendı intézkedések Értékelemzés a tervezett ráfordítás mekkora új értéket hoz létre kissé több ráfordítás nem növelné-e ugrásszerően az értéket Benchmarking (összevetés a legjobb gyakorlattal) bevált megoldások győjtése, betervezése
Kockázatmenedzsment az alagútépítésben
Kockázatmenedzsment az alagútépítésben Kihívások • 15 m feletti átmérı • 4 m alatti takarás • vonalvezetési kötöttségek • sőrő beépítettség • változó és gyenge talajok • magas talajvíz • biztonsági követelmények • szállítási nehézségek • talajfeltárási nehézségek • maradványok a talajban Kockázatok • Határidı túllépése • Költség túllépése • Baleset (emberélet, anyagi kár)
Válaszok • korszerő pajzsok (TBM) • fejlıdı NATM (NÖT) • pontosabb tervezés • talajszilárdítás • egyéb kisegítı megoldások • cut and cover • monitoring Kockázatkezelés • Veszélyazonosítás • Kockázatértékelés • Kockázatcsökkentés • Kockázatmegosztás • Biztosítás
Nagy átmérőjű alagutak kis takarással, sűrű beépítés mellett szállítási nehézségekkel
Omlás süllyedés üregképzıdés gyenge talajokban
B e o m l á s o k
Nagy felszín alatti terek beépített folyópartokon gyenge talajban
Korszerő méretezési módszerek (3D FEM-analízis)
Felszínsüllyedések
Építés kombinált (nyílt pajzsos, bányászati) eljárásokkal és segédtechnológiákkal (talajszilárdítás, -fagyasztás)
Monitoring
Vállalkozói projektmenedzsment elemei a geotechnikában
• Ajánlatadás – feladatértelmezés a saját képességek tükrében – információgyőjtés (kiíró, hely, talaj) – kockázatértékelés (pénz, idı, mőszaki nehézségek)
• Szerzıdéskötés – – – – –
geotechnikai és idıjárási kockázatok megosztása a helyszín berendezése, szolgáltatásai átadás kritériumai (szakaszolás, fenntartás, utómunkák) garancia, szavatosság fizetési feltételek
• Munkaelıkészítés – technológiai terv (saját technológiák, alvállalkozók, beszállítók) – organizációs terv (helyszín berendezése, ütemezés, kapacitások) – minıségbiztosítási terv (eljárások, objektumok, eszközök) – munkavédelem (általános és célzott képzés, eszközrendszer) – haváriaterv (veszélyes üzem, nagy kockázatok)
• Kivitelezés – folyamatos mőszaki felügyelet, kommunikáció
• Átadás-átvétel – – – – –
mennyiség minıség (tervnek való megfelelés, átadási állapot) dokumentációk (megvalósulási dokumentum, talajinformációk) javítás, pótlás monitoring fenntartása
Utak geotechnikai vizsgálata • földtani, hidrológiai tájékozódás talajadottságok, talajvízviszonyok, csapadékviszonyok, • úttörténet tanulmányozása földút, rakott kı, portalanítás, szélesítés, aszfaltbeton, javítások • helyszíni szemle: útállapot, károsodás, földmő és a környezet leírása, • a földmő geometriájának felmérése méretek, deformáció • talajfeltárások fúrásokkal rétegzıdés, talajvíz • a pályaszerkezet és a földmő felsı részének nyílt feltárása szerkezet, altalaj leírása • behajlásmérés a burkolaton sávonként két vonalban 50 m-enként • rutin laborvizsgálatok: azonosítás, víztartalom • speciális laborvizsgálatok: tömöríthetıség, nyírószilárdság, duzzadási jellemzık
Az útmérnök és a geotechnikus különbözı megközelítésmódja útkárok esetén útmérnök
geotechnikus mérnök
a tönkremenetel értelmezése
forgalom okozta „szabályos” leromlás
földmő romlása miatt bekövetkezett hiba
szemléletmód jellemzıi
rendszerek, szabványok, típusmegoldások
egyedi esetek, szakértıi munka, speciális megoldások
a megoldás tartománya
szakaszokban, egy bizonyos idıszakra
lokálisan, véglegesen
preferált technológia
erısítés aszfaltrétegekkel
víztelenítés, teljes újjáépítés
elsıdleges követelmény
helyreállítás gyorsan, kis zavarással
helyreállítás tartós megoldással
SIKERFAKTOROK • • • • • • • •
Kollektív célképzés Idıtervezés Teammunka Megbízói kapcsolatok Az irányítók és a szakértık együttmőködése Célirányos kommunikáció Folyamatos ellenırzés és kézbentartás Váratlan helyzetek, problémák megoldásai
