Talajszegezés

1. Talajszegezés Dr. Móczár Balázs

2. Bevezető • Történelmileg az új osztrák alagútépítési módszerhez köthető kifejlődése • Egyik első alkalmazása 1972-ben történt, Versailles-ben, ahol egy 18 méter magas bevágás megerősítésére használtak. Az építkezés célja vasúti vágánybővítés/pályaszélesítés volt. – A költséghatékonyság és a gyors építés lehetősége eredményezte a technológia választását. • A későbbiekben Németországban igen népszerűvé vált (1975 az első alkalmazás), ahol a szerkezettel kapcsolatos kutatások is megindultak a Karlsruhei Egyetemen.

3. Bevezető • Alkalmazási területek: • Ideiglenes és/vagy végleges megtámasztás • Támfalak • Alagutak bejáratainak stabilizációja • Rézsűstabilizálás • Támfalak javítása • Anyaga lehet: • Betonvas • Acélcső • Acélszeg • Típusok: • Vert • Fúrt-injektált • Jetelt • Csavart

4. Bevezető • Korrózióvédelem (hosszú élettartam vagy végleges alkalmazásnál): • Epoxi bevonatok • Polietilén tok • Katódos védelem • Felületvédelem (az alkalmazástól és a talajtól függ): • Lőtt beton (12-25 cm) • Hegesztett vashálóval • Vasalással (1-2 sor) • Hajszálerősítésű beton (acél, műanyag) • Előregyártott beton vagy acél panelek • Katódos védelem • Georács és füvesítés

5. Bevezető

6. Bevezető

7. Bevezető

8. Bevezető

9. Bevezető

10. Bevezető

11. Bevezető

12. Bevezető

13. Bevezető • Angol szószedet: • Existingroad (Meglévő útpálya) • Roadwidening (Pályaszélesítés) • Premanentfacing (Maradó felület/felületvédelem) • Temporaryfacing (Ideiglenes felület) • Originalgroundsurface (Eredeti terepvonal) • Cast-in-placereinforcedconcrete (Helyben készített/adott esetben lőtt beton) • Geocompositestripdrain (Geokompozitdrénszallag) • Reinforcement (Vasalás) • Nailhead (Talajszegfej) • Washer (Alátét) • Bearingplate (Teherelosztó lemez) • Weldedwiremesh (Hegesztett háló – betonacél háló) • Steel bar (Acél horgony) • Grout (Habarcs – cementhabarcs)

14. Alkalmazási lehetőségek

15. Alkalmazási lehetőségek

16. Alkalmazási lehetőségek

17. Alkalmazási lehetőségek • Talajszegezésre alkalmas talajtípusok: • Merev, kemény finomszemcsés talaj • Tömör, nagyon tömör szemcsés talaj megfelelő látszólagos kohézióval • Mállott kőzet, gyenge síkok nélkül • Glaciális (gleccser tevékenység útján képződött) üledékek • Talajszegezésre alkalmatlan talajtípusok: • Száraz, gyenge kohézió nélküli talajok • Görgeteg (200-630 mm), macskakő (63-200) tartalmú talajok • Puha, nagyon puha finomszemcsés talajok • Szerves talajok • Mállott kőzetek, kedvezőtlen gyenge síkok jelenlétével, karsztkőzetek

18. A szerkezet előnyei • Talajszegezés előnyei: • Rövidebb befogási hossz (beépített környezet, épület alatti belógás) • Építés kis helyigénye (forgalom rövidebb idejű/kisebb mértékű zavarása) • Gyors építés, kisebb anyagfelhasználás mint talajhorgonyok esetében • A szeg dőlésszöge könnyen állítható/módosítható (akadályok pl. görgetegek, közművek kikerülhetők) • A biztonság egyszerűbben biztosítható, mint talajhorgonyok esetében, ugyanis a nagyobb számú talajszeg eloszlása „egyenletesebb” a biztosított felületen. • Nagyobb felszíni alakváltozások lekövetésére is alkalmas – nem okoz tönkremenetelt, a szerkezet tovább dolgozik • A talajszeggel készült falak alakváltozása rendszerint a megengedett határokon belül mozog • Földrengés teher esetében a szerkezet rugalmassága miatt ellenálló • Költséghatékony („olcsó”)

19. A szerkezet hátrányai • Talajszegezés hátrányai: • Az alakváltozások, süllyedések elkerülhetetlenek (lásd.: működési mechanizmus), így süllyedésérzékenylétesítmények mellett nem javasolt • Közművek akadályát képezhetik a talajszegek megfelelő kiosztásának/elhelyezésének • Jelentős talajvízáramlás esetén nem megfelelő, az átmenetileg megtámasztás nélküli talajfelületen a kimosódás/elmosás jelentős lehet (építési állapot) • Maradó talajszeggel biztosítás esetében azok véglegesen elhelyezésre kerülnek, így a szomszédos telek szempontjából kötöttséget okozhat • A kivitelezés megfelelő szakértelemmel, eszközállománnyal és gyakorlattal rendelkező kivitelezőt igényel

20. Költségek • Angol szószedet: • Concreteretainingwall (Beton támfal) • Metal Bin (Fém máglyafal) • Mech. Stab. Earth (MSE) (Mechanikai talajstab. pl.:vasalt talaj) • Sheetpile (Szádfal) • Groundanchor (Talajhorgony) • Slurrywall (Résfal) • Secant and TangentPilewall (Metsző és érintkezőcölöpfal) • Soil mixed (Talajjavítás)

21. Működési mechanizmus • Működési elv: • Vízszintes alakváltozások talajkiemelés hatására • Talaj-szegek közötti kölcsönhatás • Húzás kialakulása a szegekben • Az elmozdulást kiváltó erők gyengülése, az ellenállás növekedése • A biztonsági tényező növekedése

22. Rézsűerősítés talajszegekkel • Meglévő rézsűk erősítése talajszegekkel: • A legtöbb stabil talajrézsű már hosszabb ideje megfelelő állapotban található, azonban lehetséges, hogy a biztonsága nem kielégítő. • Ha feltételezzük, hogy a legrosszabb körülmények között is a biztonsági tényező értéke legalább 1.0, akkor a talajszegek hatására ez ~1.2-1,3-ra növelhető.

23. Rézsűerősítés talajszegekkel - mechanizmus • Működési elv: • Csapadék bejutása a talajba, emelkedett talajvízszint • A nyírószilárdság és merevség csökkenése (3 tengelyű Mohr-Coulomb törési feltétel! – Hatékony feszültség, szívás, nyírófeszültség) • Rézsűalakváltozás • Talaj-szegek közötti kölcsönhatás • Húzás kialakulása a szegekben • Az elmozdulás kiváltó erők gyengülése, az ellenállás növekedése • A biztonsági tényező növekedése

24. Várható elmozdulások/süllyedések • A süllyedések mértékét befolyásoló paraméterek: • Talajadottságok • Szegek kiosztása • Biztonsági tényező • Az egyes lépcsők közötti kiemelés magassága • Felszíni terhelés nagysága

25. Tönkremeneteli mechanizmusok • A talajszeggel megtámasztott szerkezetek legfontosabb tönkremeneteli mechanizmusai: • Globális stabilitásvesztést okozó mechanizmusok • Rézsű stabilitásvesztése (talajszeget metsző csúszólappal) • Rézsűcsúszás • Rézsű vízszintes elcsúszása

26. Tönkremeneteli mechanizmusok • A talajszeggel megtámasztott szerkezetek legfontosabb tönkremeneteli mechanizmusai: • Belső stabilitásvesztési mechanizmusok • Talajszeg kihúzódása (talaj-szeg/habarcs) • Talajszeg kihúzódása (szeg-habarcs) • Talajszeg szakadás húzásra • Talajszeg nyírási tönkremenetele

27. Tönkremeneteli mechanizmusok • Talajszeg kihúzódás-vizsgálata kísérleti úton: • Laboratóriumi és helyszíni kísérletek alapján ■■■□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□

28. Tönkremeneteli mechanizmusok • Talajszeg kihúzódás-vizsgálata kísérleti úton: • Laboratóriumi és helyszíni kísérletek alapján

29. Tönkremeneteli mechanizmusok • A talajszeggel megtámasztott szerkezetek legfontosabb tönkremeneteli mechanizmusai: • Homlokfelület tönkremeneteli mechanizmusai • Képlékeny csuklók kialakulása • Talajszegfej kiszakadása • Talajszegfej rögzítésének tönkremenetele

30. Munkatérhatárolás/rézsűstab. talajszeggel (tervezés) • A mintakeresztszelvény felvétele, a tönkremenetel szempont- jából kritikus hely kiválasztása; • Teherbírási határállapotban a talajparaméterek definiálása • Kiosztás és hossz megválasztása. • A megengedhető maximális talajszeg-fej ellenállás kiszámítása • A legkisebb talajszeg-fej ellenállás ellenőrzése • A talajszegre jutó maximális terhelés (húzóerő) meghatározása • Biztonsági tényező meghatározása (teherbírási ULS határ- állapotban) • Külső állékonyság/globális állékonyságvesztés ellenőrzése • A felső konzol ellenőrzése (a felső rézsűél és az első talajszegsor között) • A homlokfal ellenőrzése • Használhatósági határállapotok ellenőrzése

31. Munkatérhatárolás/rézsűstab. talajszeggel (tervezés) • Egyszerűsített módszerek: Feszültségmegoszlás a talajszegen belül

32. Munkatérhatárolás/rézsűstab. talajszeggel (tervezés) • Egyszerűsített módszerek: • Biztosítatlan fal állékonysága teherbírási határállapotban

33. Munkatérhatárolás/rézsűstab. talajszeggel (tervezés) • Egyszerűsített módszerek: • Egyetlen talajszeggel biztosított fal állékonysága teherbírási határállapotban

34. Munkatérhatárolás/rézsűstab. talajszeggel (tervezés) • Egyszerűsített módszerek: • Talajszeggel biztosított fal állékonysága teherbírási határállapotban

35. Munkatérhatárolás/rézsűstab. talajszeggel (tervezés) • Stabilitás ellenőrzése numerikus módszerekkel • Talajszeggel biztosított fal állékonysága határállapotban

36. Munkatérhatárolás/rézsűstab. talajszeggel (tervezés) • Kiosztás megválasztása: • GYAKORLATI szempontok! (A változat állékonysága megfelelő, de rengeteg építési nehézséget okozhat!)

37. Tönkremeneteli mechanizmusok • Talajszegezés „ökölszabályai” • Fal hajlása: 1:8-1:10 • L: talajszeg hossza; • H: munkagödör mélysége (rézsűmagasság); • D: injektálás átmérője; • d: talajszeg átmérő; • S: egy talajszegre jutó homlokfelület.

38. Mintafeladat • 1:2 hajlással rézsűkiemelést hajtanak végre egy rétegzett, természetes talajban. A felső réteg vastagsága 5 méter, a bevágás teljes magassága 10 m. Az alapkőzet 4 méterrel a bevágás alja alatt helyezkedik el. A pórusvíz (talajvíz) helyzete az ábrán látható piezometrikus vonallal jellemezhető, a nyírószilárdsági paraméterekkel együtt.

39. Mintafeladat • Feltételezzük, hogy a kiemelés követően a rézsű hosszú ideig stabil volt. (Károsodás/rézsűcsúszás nem történt.) • Ellenőrizzük a rézsű állékonyságát! – GeoSlope 2007 A stabilitás elméletileg igazolható (bizt. tény. > 1), azonban a rézsű állékonysága nem kielégítő!

40. Mintafeladat • 50 éves visszatérési idejű csapadékmennyiség feltételezésével a talajvíz viszonyok megváltoznak, a talajvízszint egyenletesen 1 méterrel emelkedik. • Ellenőrizzük a rézsű állékonyságát! – GeoSlope 2007 Az emelkedett talajvízviszonyok hatására a rézsű állékonyságvesz-tése bekövetkezne!

41. Mintafeladat • Az állékonyság biztosítására alkalmazzunk talajszeges talajmegerősítést! • Talajszeg adatai: • Bond diameter – a szeg+cementhabarcs átmérője: 0.1 m • Bond safetyfactor – kölcsönhatás biztonsági tényezője: 1.0 • Bond skinfriction – köpenymenti ellenállás: 60 kPa • Kiosztás: vízszintes értelemben 1.5 méter (nailspacing), 7 sorban, 10 méteres hosszal. • Bar capacity (szeg ellenállása): • Talajszeg biztonsági tényezője: 1.0 • Szeg nyírási ellenállása: 0 kN

42. Mintafeladat

43. Mintafeladat

44. Mintafeladat • Az állékonysági biztosítására nem megfelelő. Látható, hogy az alsó szegek nem dolgoznak. → Talajszeg hosszának növelése, vízszintes kiosztás sűrítése. • Elégséges geometria: • Vízsz. kiosztás: 1.0 m • Talajszegek: • 14 m • 16 m • 18 m • 20 m • 20 m • 22 m