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
Kapcsolódó irodalom ―
―
Szepesházi R., Geotechnikai tervezés. Tervezés az Eurocode 7 és a kapcsolódó európai geotechnikai szabványok alapján. Business Media, Budaörs, 2008. 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 % Folyási határ wL % Plasztikus határ wP % Plasztikus index IP % Relatív konzisztencia index Ic % Hézagtényezı E Telítettség Sr o Belsı súrlódási szög ϕ 2 Kohézió c kN/m 3 Térfogatsőrőség kN/m ρ 2 Összenyomódási modulus Es MN/m Tömöríthetıség Kézi fejtési osztály 2 Határfeszültségi alapérték kN/m σa
16,3 –24,5 30,6 – 57,2 17,1 – 22,3 12,6 – 38,5 0,5 – 1,1 0,5 – 0,8 0,9 – 1,0 13 – 20 60 – 160 19,0 – 21,5 8 – 25 N IV 300
Feltárások a tender-, ill. a kiviteli tervhez
3 T P C
1 1 A
2 F
2 A
k o s á r ú f j ú 4 F , 3 F , 2 F , 1 F
k o s á r ú f i g é r 2 1 A , 9 A , 7 A , 5 A , 4 A
k á d n o z s ó m o y n j ú 3 T P C , 2 T P C , 1 T P C k á d n o z s ó m o y n i g é r 1 1 A , 8 A , 6 A , 3 A , 2 A
k á d n o z s s u k i m a n i d i g é r 0 1 A , 1 A
0 1 A
4 A
2 1 A
4 F 2 T P 1 CA
3 A
8 A
3 F
7 A
6 A
5 A
50 m
9 A
1 T P C 1 F
Jelmagyarázat:
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 az 1,35·P erıre
a) fal, mint tartószerkezet reakcióerıinek és igénybevételeinek számítása a rugalmas ágyazás elve alapján
s(x)
e
1,1·qk
Pk c) horgony méretezése az 1,35·Pk erıre
Mk; Tk b) résfal vasalásának tervezése az 1,35·Mk és 1,35·Tk igénybevételre
e) az általános állékonyság min. 1,35 biztonságának kimutatása bármely kör és összetett csúszólapra kimutatásával
Ct ← ϕ; c; Es ágyazási tényezı
σx d) földellenállás ellenırzése az 1,35·∫ σx·dz földnyomásra min. 1,40 biztonsággal
Mai méretezési gyakorlat – összhangban az EC 7-tel a) Falméretezés
ϕk- ck - Esk talajparaméterek karakterisztikus értékeivel Pk - Ek reakcióerık (horgony, dúc, „befogás”) Mk - Tk igénybevételek (fal, fejgerenda, heveder) karakterisztikus értékének meghatározása
b) Falszerkezet vasalásának tervezése Md = 1,35×Mk és Td = 1,35×Tk (nyomatékok és a nyíróerık) tervezési értékekre
c) Horgonyméretezés kihúzódás és szakadás ellen Pd = 1,35×Pk horgonyerı tervezési értékére
d) „Befogás” ellenırzése földellenállásra Ed = 1,35×Ek < Epk/1,40 = Rd 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
Am
A = Am / 1,15
H
σp
t0
σa
t ∆t
Ch σp
σa
σa
σp
FEM-analízis
Rugalmas-képlékeny (bilineáris) javított Winkler-modell földnyomás σx passzív határállapot
σp
ágyazási tényezı C t = (σ p - σ a) / (ep - ea)
σ x = σ 0 + Cx · e σ0 aktív határállapot
ea
nyugalmi állapot
σa ep
vízszintes falmozgás e
talaj
Ct = α ⋅
Es E = (0,5 ÷ 1,0) ⋅ s t t belsı súrlódási szög
Az ágyazási tényezık, rugóállandók felvétele
horgony
dúc
ϕ °
ágyazási tényezı
Fh 1 Ch = ⋅ 0,5 ⋅ Fh ⋅ L hsz L h sh + A h ⋅ Eh
Cd =
Ct ×10 kN/m3
2 ⋅ A d ⋅ Ed 1 ⋅ B Ld kohézió
c
N/cm2
GEO5 falméretezés kiindulási adatai
ϕ
c
Es
γ
γt
°
kPa
MPa
kN/m3
kN/m3
iszapos homok homokos kavics
28 36
5 0
20 60
20 20,5
20 21
miocén agyag
18
60
25…40
20,5
21
réteg
talaj
1 2 3
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: munka kezdetén: munka közben:
tapasztalat alapján (MI 04-194-82) alkalmassági vizsgálattal 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
vízszintes elmozdulás ux cm
Mély munkagödrök többletmozgásai Kempfert nyomán
ux1 ux2 15
ux1 + ux2 ux3 ux4 ux3 + ux4
10
ux
5
0 0
5
10
15
20 gödörmélység
ux =
4
∑ u xi i=1
25
30
H m
γ ⋅ H5 γ ⋅ H3 γ ⋅H ⋅B γ ⋅H ⋅B = 0,2 ⋅ + 0 , 2 ⋅ + 0 , 225 ⋅ + 0 , 125 ⋅ Et ⋅b Eg Eg E t ⋅ b3 háttöltés hajlításából
nyírásából
fenékzóna többletterhébıl tehermentesülésébıl
Mozgások a fal mentén L
L R1
R1 si
smax H
si
R2
s(x)
smax ≈ 0,8 ⋅
i L ≈ (1,5 ÷ 2,5) · H
α ⋅ Ae i
−
s = smax ⋅ e
H
i
x2 2⋅i 2
e(z)
As = ∫ s(x) · dx As ≈ α · Ae α ≈ 0,6 ÷ 0,8
s(x) i
L ≈ (1,5 ÷ 2,5) · H
R2 smax ≈ 0,5 ⋅
α ⋅ Ae i
−
s = smax ⋅ e
( x −i)2 2⋅i2
i ≈ 0,29 · L
i ≈ 0,29 · L Ae = ∫ e(z) · dz
si
smax
si = 0,6 ⋅ smax
e(z)
L3 R1 ≈ 0,125 ⋅ α ⋅ Ae
si = 0,6 ⋅ smax
As = ∫ s(x) · dx
R1 ≈ 0,06 ⋅
As ≈ α · Ae
L3 R2 ≈ 0,15 ⋅ α ⋅ Ae
α ≈ 0,6 ÷ 0,8
vízszintes mozgás (e) a gödörmélység (H) %-ában talajtípus
Ae = ∫ e(z) · dz
L3 α ⋅ Ae
R 2 ≈ 0,088 ⋅
L3 α ⋅ Ae
függıleges mozgások (s) a gödörmélység (H) %-ában
Tomlinson
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 uxmax 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
max. vízsz.
elmozd.
Résfal Szegezett fal
Munkagödör mentén mért mozgások
max. süllyedés
Berlini dúcolat szádfal
Fúrt cölöpfal
uxmax mm
Berlini dúcolat szádfal Résfal Fúrt cölöpfal
Tajalbeton-fal
A munkagödör mélysége H m
smax mm
Clough és O’Rourke (2000) A munkagödör mélysége H m
Elmozdulásvizsgálat PLAXISprogrammal
Felkeményedı talajmodell alkalmazása
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?
