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 tartalmaAz 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.

― Szepesházi R., Mély munkagödrök mentén bekövetkezı mozgások. Kézirat, www.sze.hu/~szepesr, 2007.

Kapcsolódó irodalom

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 információgyőjtésgeotechnikai konstrukció kidolgozása, méretezése

― Kiviteli terv részletes geotechnikai szakvéleménygeotechnikai kiviteli terv

Talajparaméterek tipikus megadási módja

Kötött fekürétegek

Természetes víztartalom w % 16,3 –24,5

Folyási határ wL % 30,6 – 57,2

Plasztikus határ wP % 17,1 – 22,3

Plasztikus index IP % 12,6 – 38,5

Relatív konzisztencia index Ic % 0,5 – 1,1

Hézagtényezı E 0,5 – 0,8

Telítettség Sr 0,9 – 1,0

Belsı súrlódási szög ϕ o 13 – 20

Kohézió c kN/m2 60 – 160

Térfogatsőrőség ρ kN/m3 19,0 – 21,5

Összenyomódási modulus Es MN/m2 8 – 25

Tömöríthetıség N

Kézi fejtési osztály IV

Határfeszültségi alapérték σa kN/m2 300

Feltárások a tender-, ill. a kiviteli tervhez

50 m

A 4A 1 2

A 5

A 7

A 9

A 3

A 6

A 1 1

A 8

A 2

A 1

A 1 0

F 1 , F 2 , F 3 , F 4 - ú j f ú r á s o kJelmagyarázat:

C P T 1 , C P T 2 , C P T 3 - ú j n y o m ó s z o n d á k

F 1F 2

F 3

C P T 1

C P T 2

C P T 3

F 4

A 4 , A 5 , A 7 , A 9 , A 1 2 - r é g i f ú r á s o kA 2 , A 3 , A 6 , A 8 , A 1 1 - r é g i n y o m ó s z o n d á kA 1 , A 1 0 - r é g i d i n a m i k u s s z o n d á k

A tervezési rend javításaaz EC 7 és a piac követelményeihez igazodóan

― Tanulmányterv elıkészítı talajvizsgálati jelentésgeotechnikai 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

1,1·qk s(x)

b) résfal vasalásának tervezése az 1,35·Mk és 1,35·Tk igénybevételre

c) horgony méretezése az 1,35·Pk erıre

σx

Pk

Mk; Tk

e

Ct ← ϕ; c; Es

ágyazási tényezı

d) földellenállás ellenırzése az 1,35·∫ σx·dz földnyomásra min. 1,40 biztonsággal

e) az általános állékonyság min. 1,35 biztonságának kimutatása bármely kör és összetett csúszólapra kimutatásával

f) az épületmozgások hatásainak vizsgálata

az 1,35·P erıre a) fal, mint tartószerkezet reakcióerıinek és igénybevételeinek számítása a rugalmas ágyazás elve alapján

Mai méretezési gyakorlat – összhangban az EC 7-tela) Falméretezés

ϕk- ck - Esk talajparaméterek karakterisztikus értékeivel Pk - Ek reakcióerık (horgony, dúc, „befogás”)Mk - Tk igénybevételek (fal, fejgerenda, heveder)

karakterisztikus értékének meghatározásab) Falszerkezet vasalásának tervezése

Md = 1,35×Mk és Td = 1,35×Tk (nyomatékok és a nyíróerık) tervezési értékekre

c) Horgonyméretezés kihúzódás és szakadás ellenPd = 1,35×Pk horgonyerı tervezési értékére

d) „Befogás” ellenırzése földellenállásraEd = 1,35×Ek < Epk/1,40 = Rd a terhelı földnyomás tervezési értékénekösszevetése a földellenállás tervezési értékével jelenlegi gyakorlatban 1,35×1,40≈1,90 helyett 1,50 biztonsággal

e) Általános állékonyság ellenırzésebelsı és külsı stabilitás vizsgálata kör és összetett csúszólapokraa nyírószilárdság karakterisztikus értékeivel 1,35 (1,50) biztonsággal

f) Mozgásvizsgálatvízszintes mozgások és süllyedések számítása, becslése szomszéd épületek közelítı teherbírási és használhatósági vizsgálata

Falméretezési módszerek hazai gyakorlatban

― földnyomás elızetes felvétele mozgástól függetlenülBlum-féle eljárás, dúcnyomás (MSZ 15003)német EAU-ajánlások, amerikai ajánlások

― rugalmas ágyazás (Winkler-modell) alapjándiagramok, táblázatok lineáris rugómodell alapján (Sherif)

a földnyomások „kéziszámításos” ellenırzésévelszoftverek bilineáris modellel (Czap Zoltán, GEO5)

― véges elemes analízisszoftverek 2D és 3D tér- ill. felkeményedı talajmodellel

Blum-féle eljárás

Ch

σp σa

H

t0 t

∆t

Am

σp σa σa σp

A = Am / 1,15

FEM-analízis

Rugalmas-képlékeny (bilineáris) javított Winkler-modell

vízszintes falmozgás e

földnyomás

σσσσx

passzív határállapot

aktív határállapot

nyugalmi

állapot

σσσσp

σσσσa

epea

σσσσ0

ágyazási tényezı

Ct = (σσσσp - σσσσa) / (ep - ea)

σσσσx = σσσσ0 + Cx · e

Az ágyazási tényezık, rugóállandók felvétele

belsı súrlódási szög

ϕ °

kohézió c N/cm2

ágyazási tényezı

Ct

××××10 kN/m3

h

hh

hszhh

hh L

1

EA

LF5,0s

FC ⋅

⋅

⋅⋅+

=

d

ddd L

1

B

EA2C ⋅

⋅⋅=

t

E)0,15,0(

t

EC ss

t ⋅÷=⋅α=talaj

horgony

dúc

GEO5 falméretezés kiindulási adatai

ϕ c Es γ γt réteg talaj ° kPa MPa kN/m3 kN/m3

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

hossz befogás távolság hajlás feszítıerı horgony

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) ellenırzéseBefogás” (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 síkcsúszó-lapos számítás esetén indokolt teljesíteni.

― Elegendı a biztonságot az eredı földnyomásokra igazolni.

GEO5 falméretezés számítás eredményei

HorgonyméretezésHorgonyméretezés

― Kihúzódás vizsgálata = befogási hossz tervezése― elızetesen: tapasztalat alapján (MI 04-194-82)―― munka kezdetén: munka kezdetén: alkalmassági vizsgálattalalkalmassági vizsgálattal―― munka közben: munka közben: elfogadási vizsgálattalelfogadási vizsgálattal

―― Horgonyszár szakadási vizsgálata acélszerkezetként Horgonyszár szakadási vizsgálata acélszerkezetként

―― Szabad horgonyhossza tervezéseSzabad horgonyhossza tervezése―― KrantzKrantz--féleféle szerkesztés (lehetséges horgonyerı)szerkesztés (lehetséges horgonyerı)―― OstermayerOstermayer--féleféle blokkos állékonyságvizsgálat blokkos állékonyságvizsgálat ―― általános állékonyság lamellás vizsgálata kör és összetett általános állékonyság lamellás vizsgálata kör és összetett csúszólapokracsúszólapokra különbözı programokkal (GEO5, különbözı programokkal (GEO5, NemetschekNemetschek))

BishopBishopn=1,60n=1,60

Általános Általános állékonyság állékonyság vizsgálatavizsgálataGEO4 GEO4 programmalprogrammal

SarmaSarman=2,08n=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

Mély Mély munkagödrök munkagödrök

többletmozgásai többletmozgásai KempfertKempfertnyománnyomán

ggt

3

3t

54

1ixix E

BH125,0

E

BH225,0

bE

H2,0

bE

H2,0uu

⋅⋅γ⋅+

⋅⋅γ⋅+

⋅⋅γ

⋅+⋅

⋅γ⋅== ∑

=

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20 25 30

gödörmélység H m

vízszintes elmozdulás ux cm

ux1

ux2

ux1 + ux2

ux3

ux4

ux3 + ux4

ux

háttöltés fenékzóna

hajlításából nyírásából többletterhébıl tehermentesülésébıl

Mozgások a fal mentén

H

e(z)

L

i

smax si

L ≈ (1,5 ÷ 2,5) · H

i ≈ 0,29 · L

Ae = ∫ e(z) · dz

As = ∫ s(x) · dx

As ≈ α · Ae

α ≈ 0,6 ÷ 0,8 e

3

2

e

3

1

maxi

2i2

2x

max

emax

A

L15,0R

A

L125,0R

s6,0s

ess

i

A8,0s

⋅α⋅≈

⋅α⋅≈

⋅=

⋅=

⋅α⋅≈

⋅−

s(x) R2

R1

e

3

2

e

3

1

maxi

2i2

2)ix(

max

emax

A

L088,0R

A

L06,0R

s6,0s

ess

i

A5,0s

⋅α⋅≈

⋅α⋅≈

⋅=

⋅=

⋅α⋅≈

⋅

−−

H

si si

L

smax s(x)

R2

R1

e(z)

i i

L ≈ (1,5 ÷ 2,5) · H

i ≈ 0,29 · L

Ae = ∫ e(z) · dz

As = ∫ s(x) · dx

As ≈ α · Ae

α ≈ 0,6 ÷ 0,8

vízszintes mozgás (e) a gödörmélység (H) %-ában

függıleges mozgások (s) a gödörmélység (H) %-ában

Tomlinson Clough és O’Rourke talajtípus

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

Munkagödrök frankfurti agyagokban

Moormann és Katzenbach(2000)

max. vízszintes elmozdulás uxmax cm

gödörmélység H m

berlini dúcolat, horgonyozva

berlini dúcolat, dúcolva

cölöpfal, horgonyozva

cölöpfal, dúcolva

kritikus mozgások a szomszédos építmények szempontjából

Clough és O’Rourke(2000)

Berlini dúcolat szádfal

Résfal

Szegezett fal

Fúrt cölöpfal

Tajalbeton-fal

A munkagödör mélysége H m

max. vízsz.

elmozd.

uxmax mm

Berlini dúcolat szádfal Résfal

Fúrt cölöpfal

A munkagödör mélysége H m

max. süllyedés

smax

mm

Munkagödör mentén mért mozgások

Elmozdulás-vizsgálat PLAXIS-

programmal

Felkeményedı talajmodellalkalmazása

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?