munkatérhatárolások statikai tervezése

Móczár Balázs

1

Munkatérhatárolások statikai tervezése

Az építmények statikai tervezése 2010 végéig döntően még a korábbi MSZ szerint történt

A munkatérhatárolások, illetve ezek véglegessé váló szerkezeti elemeinek stati-kai méretezése hazánkban már kb. 2000 óta az EC 7-1 elvei szerint folyik

a munkatérhatárolásra vonatkozó – korábbi - MSZ 15003 szabvány nem adott elegendő útmutatást ilyen méretű és típusú szerkezetek méretezéséhez.

A gyakorlatban az EC 7-1 ENV-változatában megjelenő számítási lehetőségeket kombinálják az MSZ 15000-es sorozat követelményeivel és módszereivel.

1. Általános elvek2

□□□□□□□ □□□□□□□□□ □□□□□□□□□□☺ ☺■


A gyakorló tervezők az EC 7 elveit követik – kiegészítve a gyakorlati tapasztalatokkal

A munkatérhatárolások :• lövellt betonnal fedett, szegezett

talajtámfal – jellemzően a felső 2-3 méteren

• jet-falas talajtámfal a foghíjakon a szomszédos épületek alatt

• hézagos cölöpfal hátrahorgonyozva vagy belülről csőtámokkal megtámasztva (jellemzően agyagos, márgás környezetben)

• résfal hátrahorgonyozva vagy belülről csőtámokkal megtámasztva

• helyenként rézsűs határolás vagy berlini dúcolat, ritkán szádfal


□□□□□□ □□□□□□□□□☺ □□□□□□□□□□☺ ☺



□□□□□ □□□□□□□□□☺ □□□□□□□□□□☺ ☺

Munkatérhatárolások statikai tervezése Fő kérdés jellemzően a munkagödör fenékszintje alatti befogás szükséges

mélysége és a horgonysorok (belső támaszok) száma A falmélységet legtöbb esetben nem a „statika”, hanem a biztonságos vízzárás

határozza meg → fontos ismerni a kötött fekü réteg minőségét, repedezettségét.

Statikailag a minimumra törekszünk, nem a „valódi” befogott, hanem csak támaszkodó szerkezetet tervezünk.


□□□□ □□□□□□□□□☺ □□□□□□□□□□☺ ☺

Munkatérhatárolások statikai tervezése A horgonyok(sorok) számát a talaj minősége szabja meg, ahova a horgony

beköthető → van amikor nem lehet horgonyozni → ha nem túl nagy a fesztáv (20-25 méter, max. 30 m), akkor belső csőtámasz → ha az sem működik, akkor milánói vagy belső magos módszer

Sokezer horgony feszítés alapján kellő tapasztalat → 7-8 méternél hosszabb befogási szakaszt (injektált horgonyoknál) nem érdemes alkalmazni → „normál” viszonyok mellett kb. 10 méteres munkagödör mélységig egy sor horgony elegendő


□□□ □□□□□□□□□☺ □□□□□□□□□□☺ ☺

Munkatérhatárolások statikai tervezése Meg kell oldani az ideiglenes és végleges víztelenítést is → Budapesten jellem-zően

„belátható” mélységen belül van közel vízzáró feküréteg → építés alatt megfelelő befogás esetén elegendő a nyíltvíz-tartás → végleges állapotban szivárgó kialakítása

Legtöbb esetben a határoló falak a végleges szerkezetek oldalfalául is szolgálnak→ a földnyomást is tartósan ezek veszik fel. → A rés, vagy cölöpfal nem tökéletesen vízzáró, ha porszárazsági követelmény van, akkor külön szigetelés és „eltakaró” szerkezet kell

Ma egyre inkább kéthéjú szerkezet: résfal+belső bélésfal, legtöbb esetben közte szivárgó lemezzel. Ha szigetelés van, akkor a belső szerkezetet kell víznyomásra (is) méretezni.


□□ □□□□□□□□□☺ □□□□□□□□□□☺☺

Munkatérhatárolások statikai tervezése Tapasztalat alapján egy „modell” szerkezetet állítunk fel → ezt ellenőrizzük →

szükség esetén módosítjuk A peremfeltételek változása miatt számos (sokszor 6-10) szelvényt is ellenőrizni

kell, 3-5 építési fázis mellett → ma már számítógépes célprogramok állnak rendelkezésre

A munkatér-határolások tervezésének az Eurocode 7 szerint a teherbírási és a használhatósági határállapotok vizsgálatára kell irányulnia.

2. Megoldandó mére-tezési feladatok, elvek

8□ □□□□□□□□□☺ □□□□□□□□□□☺☺

Munkatérhatárolások statikai tervezése Korábban elsősorban az előbbire koncentrált a tervezés: a szerkezetek

geotechnikai méretezése a falak befogásának, nyomatéki igénybevételeinek, a megtámasztásokra (horgonyokra) jutó erőknek a megállapítását foglalta magába.

Ezek mellett idővel egyre nagyobb hangsúlyt kapott a használhatósági határ-állapotok vizsgálata, mert a beépített területeken létesülő egyre mélyebb munkagödrök mentén bekövetkező mozgásoknak a meglévő létesítményekre gyakorolt hatásait értelemszerűen vizsgálni kellett.

Így egyre inkább olyan tervezési eljárásokra lett szükség, melyek e mozgások becslésére is alkalmasak.

2. Megoldandó mére-tezési feladatok, elvek

9□□□□□□□□□ □□□□□□□□□□☺ ☺

10


□□□□□□□□□ □□□□□□□□□□☺■■■■■■■■☻

Munkatérhatárolások statikai tervezése Ez a tervezés alapja → eredményeképpen a falszerkezet igénybevételei (nyomatékok,

nyírások), mozgásai, a horgonyokra (belső támaszokra) háruló nyomások-húzóerők és a fenék alatti talajzónára jutó nyomások határozhatók meg.

A munkagödrök határolásának tervezésére háromféle módszert használnak:• a földnyomások, mint terhek előzetes felvételén

alapuló eljárást (a),• a rugalmas ágyazású gerenda elvén alapuló

számítást (b),• és a véges elemes számításokat (c).

2/A. A falszerkezet statikai vizsgálata

11□□□□□□□□☺ □□□□□□□□□□☺

Munkatérhatárolások statikai tervezése Alapját Blum (1931) dolgozta ki, abból a feltevésből kiindulva, hogy a

falmozgások elegendőek ahhoz, hogy a fal két oldalán a mozgás irányától függően a földnyomások aktív vagy passzív határértékei kialakuljanak.

Az eljárás szerint az így felvett földnyomásokból számított igénybevételekre kell méretezni a szerkezetet, illetve a megtámasztásokat (horgonyzásokat).

A Blum-féle eljárást az idők folyamán sok részletben fejlesztették → mára mégis kiszorulóban van → „javított” változatait pedig idehaza valójában alig alkalmazzák.

2/A/a. A földnyomások, mint terhek előzetes

felvételén alapuló eljárás12

□□□□□□□☺ □□□□□□□□□□☺

A rugalmas ágyazás elvén alapuló számítások lényege a Winkler-elv: a környező talajt vízszintes helyzetű lineáris (állandó

rugóállandójú) rugókkal modellezzük → a falat rugalmas ágyazású gerendának tekintjük, s olyan földnyomás-eloszlást keresünk, mely kielégíti az egyensúlyi követelményeket és a fal (a gerendatartó) és a talaj (a rugók) azonos deformációs vonalát eredményezik.

Számítógépes megoldások (időigényes) A számítási eredmények realitása a rugóállandók, a

vízszintes ágyazási tényezők helyes felvételén alapul → ez a geotechnika egyik legnehezebb feladata.

2/A/b. A rugalmas ágyazású gerenda elvén

alapuló számítás13

□□□□□□☺ □□□□□□□□□□☺


Munkatérhatárolások statikai tervezése Korábban számos módszer → nagy fejlődésen ment

keresztül (elsősorban az ágyazási tényező felvételét illetően).

Sherif (1974) dolgozta ki a mélységgel különböző függvények szerint változó rugóállandókon alapuló számításokat, s adott ajánlást e függvények felvételére.

Számos olyan program is van már, mely a feszültségtől függően változtatható rugókarakterisztikával dolgozik, amivel már a talaj nem-lineáris viselkedése is modellezhető.



□□□□□☺ □□□□□□□□□□☺

Munkatérhatárolások statikai tervezése Itthon Czap Zoltán „Résfal” programja vagy a GEO4-GEO5 programok

használatosak Ezek egy-egy rétegre konstans rugóállandót alkalmaznak, de a velük számított

földnyomásokat az aktív és a passzív földnyomási határértékkel korlátozzák → ez a Blum-féle és a rugalmas ágyazáson alapuló eljárás egyfajta kombinációjá-nak is tekinthető, s egy lineárisan rugalmas-tökéletesen képlékeny anyagmo-dellnek felel meg.

Fontos, hogy a vele megállapított mozgások megbízhatósága azonban továbbra is általában a rugóállandó helyességétől függ (ez a legnehezebb feladat).



□□□□☺ □□□□□□□□□□☺

Munkatérhatárolások statikai tervezése A személyi számítógépeken futtatható programoknak köszönhetően a geo-

technika sok területén elterjedőben van ez a módszer, s közülük éppen a munkatérhatárolások vizsgálata tekinthető olyannak, ahol ezekre a legnagyobb a szükség, és ahol egyben a legtöbb haszonnal járhat.

Egyre inkább képesek arra, hogy modellezzék a tényleges talajrétegződést, a talajok valóságos mechanikai viselkedését, a munkatérhatároló szerkezeteket és az építési folyamatokat, sőt a környező építményeket is.

Eredményül, a szerkezetek igénybevételei mellett, a munkatér mentén bekövetkező vízszintes és függőleges irányú mozgásokat is szolgáltatják.

2/A/c. Véges elemes számítások

16□□□☺ □□□□□□□□□□☺

Munkatérhatárolások statikai tervezése Itthon leggyakrabban a PLAXIS-programmal vizsgálják a munkagödröket. A PLAXIS-program által felkínált felkeményedő talajmodellt (Hardening Soil

Model) alkalmazva reálisabb mozgásokat lehet számítani, mint a megszokott lineárisan rugalmas és tökéletesen képlékeny, a Coulomb-féle törési feltételt alkalmazó talajmodellel.

A legújabb PLAXIS-programban kis alakváltozások esetén érvényes nagyobb talajmerevség is modellezhető már (újabb talajmodell)


17□□☺ □□□□□□□□□□☺

Munkatérhatárolások statikai tervezése A program ma lehetővé teszi a különböző építési fázisok modellezését,

drénezett és drénezetlen terhelések, illetve a konszolidáció lekövetését, komplex talajvízrendszer és vízmozgások figyelembevételét, az elsődleges terhelés ill. dekompresszió és újraterhelés reális - nem azonos elmozdulású - viselkedésének figyelembevételét, a szerkezeti elemek, geoműanyagok, horgonyok, illetve ezen elemek és a talaj kölcsönhatásának modellezését.

Hasonló lehetőségeket nyújtanak a következő, itthon még kevéssé ismert programok is: a GEO-SLOPE, a SAGE-CRISP, a COSMOS és a Z-Soil programok.


18□☺ □□□□□□□□□□☺



19

A számításokat az EC 7-1 nemzeti mellékletével összhangban a DA-2* tervezési módszernek megfelelően a talajparaméterek karakterisztikus értékeivel kell elvégezni.

Az így kiadódó igénybevételeket ezért a DA-2 módszerben az állandó terhekhez rendelt γG = 1,35 parciális tényezőkkel növelve kell a következő számításokba bevinni, mivel ezeket nagyrészt a földnyomás okozza.

Minthogy a hasznos terhek parciális tényezője γQ = 1,50, ezért azokat a számítás kezdetén γQ / γG = 1,50 / 1,35 ≈ 1,10 értékkel növelve kell bevinni.

E finomítás azonban gyakran csak elvi jelentőségű, mivel a munkagödrök menti épületek terheit csak becsülni tudjuk.

□□□□□□□□□□■■■■■■■■■■■■■■■■■

Munkatérhatárolások statikai tervezése A következő feladat: a falak vasalásának megtervezése:

γG = 1,35-tel felszorzott nyomatékokra, nyíróerőkre. A szerkezet ellenállásában meg kell lennie a betonszabvány szerinti

biztonságnak. A munkának ki kell terjednie a réstáblákat összefogó és a horgonyerőket

elosztó fejgerendák, vagy a közbenső támok és a fal közé kerülő heveder (mell-gerendák) vasbetonszerkezeti méretezésére is.

2/B. A falak vasalásának ellenőrzése

20□□□□□□□□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■

Munkatérhatárolások statikai tervezése γG = 1,35-tel felszorzott horgonyerőkre a horgonytávolságnak, valamint a szükséges szabad és befogott horgony-

hossznak, illetve a horgonyoknak, mint acélszerkezeti elemeknek a méretezése

Ha a horgonyok helyett belső támok, általában acélcsövek vannak, akkor azokat is eszerint kell tervezni.

(Horgonyokról részletesen a következő órán)

2/C. Horgonyok (csőtámok) tervezése

21□□□□□□□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

Munkatérhatárolások statikai tervezése A falról idejutó (közel) vízszintes nyomások passzív földnyomáshoz való

viszonyítását jelenti. Rugalmas ágyazú módszereknél:

a programot a fal előtti nyírószilárdság vagy a passzív földellenálás megfelelő csökkentésével futtatjuk le → ha nem omlik össze a szerkezet, akkor megfelelő

Véges-elemes módszereknél: Az előbb vázolt módszer vagy egyben az általános állékonyság ellenőrzésével

(lásd E pont).

2/D. A fenék alatti talaj-zóna, mint „alsó támasz” vizsgálata

22□□□□□□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

Munkatérhatárolások statikai tervezése Az általános állékonyság ellenőrzése az EC 7-1 szerint annak igazolását jelenti, hogy a

megtámasztó rendszer, illetve a kapcsolódó talajtömegek és szerkezetek egyensúlya egy, a szerkezeteken kívül haladó vagy azokat átmetsző csúszólap mentén bekövetkező elmozdulással szemben kellő biztonságú-e.

GEO5 program vagy más állékonyságvizsgáló program → kör vagy összetett csúszólapokat is vizsgálnak.

Alkalmazható a véges elemes programok ún. φ-c redukciós számítása is → ezt a hazai vizsgálat eddig külső stabilitásvizsgálatnak nevezte → megkülönböztetve a szabad horgonyhossz megállapítására szolgáló belső stabilitásvizsgálattól → azonban, ha az általános állékonyságot minden lehetséges csúszólapra megfelelőnek találjuk, akkor az a szabad horgonyhossz megfelelőségét is biztosítja.

2/E. Az általános állékonyság ellenőrzése

23□□□□□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

Munkatérhatárolások statikai tervezése Az eddigi gyakorlat a külső stabilitást illetően a nyírószilárdsági paraméterek

karakterisztikus értékére vonatkozóan γj = γc = 1,50 globális biztonságot teljesített.

Az EC 7-1 nemzeti melléklete szerint ezt a vizsgálatot a DA-3 tervezési módszer szerint kell végezni, ami a nyírószilárdsági paraméterekben értelmezett biztonságot jelenti, és erre γj = γc = 1,35 az előírt parciális tényező.

Az EC 7-1 eredetileg 1,25-öt ajánlott, ezt emelték 1,35-re, közelítve az eddigi 1,50-et → a nyírószilárdsági paraméterek karakterisztikus értékeiben nagyobb a bizonytalanság

2/E. Az általános állékonyság ellenőrzése

24□□□□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

Munkatérhatárolások statikai tervezése A tervezés egyik legkritikusabb része. A rugalmas ágyazással megállapított vízszintes mozgások kisebb gödörmélység és

óvatosan felvett ágyazási tényező esetén reálisak lehetnek → de inkább ezek másfélszeresével szoktak számolni.

Mélyebb munkagödrök esetében már olyan járulékos hatások is megjelennek, melyeket külön kell számítani, vagy át kell térni a gödör tágabb környezetét is modellező véges elemes számításokra.

A mozgásokat jellemzően a hasonló talajadottságú, geometriájú és támszerkezetű munkagödrök mentén mért mozgások tükrében veszik fel.

a nyírószilárdsági paraméterek karakterisztikus értékeiben nagyobb a bizonytalanság

2/F. A határoló szerkezet mentén bekövetkező mozgások vizsgálata

25□□□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

Munkatérhatárolások statikai tervezése Az érem másik oldala: Mit bír az épület? ugyanolyan bizonytalan→ legtöbb esetben a szomszédos, jellemzően régi

épületek állaga, szerkezete nehezen tisztázható

2/F. A határoló szerkezet mentén bekövetkező mozgások vizsgálata

26□□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■


A tervezésnek még további kérdésekre is ki kell terjednie, de a tapasztalat szerint a hazai projektek esetében a tételes vizsgálat elhagyható:

• - a vízmozgások kedvezőtlen hatásait• - a hidraulikus talajtörést• - a gödörfenék felszakadását• - a szemcsék kimosódását

Általában konstrukciós megoldásokkal, a rés-falak kellő befogásával, ill. a hézagos cölöpfalak közötti drénlemezekkel, geotextíliákkal kerülhetjük el.

27□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

Munkatérhatárolások statikai tervezése Leggyakoribb a rugalmas ágyazás elvén alapuló tervezés. Az ágyazási tényező helyes felvétele a számítás kulcsa Winkler-féle rugómodell → csak az aktív vagy passzív határállapotig fogadjuk el

→ azokig a földnyomás lineárisan változik → azokon túl határértékeknek meg-felelően állandósul

Ezeket jelképezik a párhuzamosan kapcsolt rugók és csúszkák

28□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■


Általában a mozgások nem olyan nagyok, hogy a mellettük lévő talaj valamelyik határállapotba jutna.

Az ágyazási tényezőt az összenyomódási modulusokból kellene becsülni, de egy külföldi diagramot használ a hazai gyakorlat is → ellentmondásosnak tűnik, mert a nyírószilárdsági paraméterek alapján kell az ágyazási együtthatót felvenni → a szilárdabb talaj deformációs paraméterei és ágyazási tényezője is nagyobb → a mérések visszaigazolják a megfelelőségét.

29■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

munkatérhatárolások statikai tervezése

Documents