Munkatérhatárolások statikai tervezése

1. Munkatérhatárolások statikai tervezése Móczár Balázs

2. Munkatérhatárolások statikai tervezése • Az építmények statikai tervezése2010 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 elvek ■□□□□□□□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□

3. Munkatérhatárolások statikai tervezése • 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 1. Általános elvek ■■□□□□□□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□

4. Munkatérhatárolások statikai tervezése • szerkezeteinek kialakítását, fő méreteit: • a talaj-és talajvíz adottságok • a geometria viszonyok, valamint • a kivitelező gép kapacatása és „bevált” módszerei határozzák meg. 1. Általános elvek ■■■□□□□□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□

5. 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. 1. Általános elvek ■■■■□□□□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□

6. 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 1. Általános elvek ■■■■■□□□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□

7. 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. 1. Általános elvek ■■■■■■□□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□

8. 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 ■■■■■■■□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□

9. 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 ■■■■■■■■☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□

10. Munkatérhatárolások statikai tervezése 2. Megoldandó mére-tezési feladatok elvek ■■■■■■■■☻□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□

11. 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 ■■■■■■■■☻■□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□

12. 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 eljárás ■■■■■■■■☻■■□□□□□□□☺□□□□□□□□□□

13. Munkatérhatárolások statikai tervezése • 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 számítás ■■■■■■■■☻■■■□□□□□□☺□□□□□□□□□□

14. 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. 2/A/b. A rugalmas ágyazású gerenda elvén alapuló számítás ■■■■■■■■☻■■■■□□□□□☺□□□□□□□□□□

15. 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). 2/A/b. A rugalmas ágyazású gerenda elvén alapuló számítás ■■■■■■■■☻■■■■■□□□□☺□□□□□□□□□□

16. 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 ■■■■■■■■☻■■■■■■□□□☺□□□□□□□□□□

17. 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) 2/A/c. Véges elemes számítások ■■■■■■■■☻■■■■■■■□□☺□□□□□□□□□□

18. 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. 2/A/c. Véges elemes számítások ■■■■■■■■☻■■■■■■■■□☺□□□□□□□□□□

19. Munkatérhatárolások statikai tervezése • 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. 2/A/c. Véges elemes számítások ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻□□□□□□□□□□

20. 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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■□□□□□□□□□

21. 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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■□□□□□□□□

22. 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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■□□□□□□□

23. 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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■□□□□□□

24. 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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■■□□□□□

25. 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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■■■□□□□

26. 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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■■■■□□□

27. Munkatérhatárolások statikai tervezése • 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. ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■■■■■□□

28. 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 3. Az ágyazási tényező felvétele ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■■■■■■□

29. Munkatérhatárolások statikai tervezése • 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. 3. Az ágyazási tényező felvétele ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■■■■■■■