Cölöpalapozások méretezése az Eurocode szerint

Az előadások a következő témára: "Cölöpalapozások méretezése az Eurocode szerint"— Előadás másolata:

1 dr. Szepesházi Róbert Széchenyi István Egyetem, Győr Hídalapozás az új európai szabványok szerint

2 Cölöpalapozások méretezése az Eurocode szerint

3 Cölöptervezés az EC 7 szerint Érdekességek, újdonságok
a cölöpöket körülvevő talaj különböző elmozdulásainak hatása cölöptípus, anyag, méret, készítés megválasztásának szempontjai tervezési módszerek (stat. és din. próbaterhelések, számítások, adaptáció) próbaterhelés kötelezettsége, lehetősége, időpontja, száma, jellege, szabályai teherbírási határállapot, törés értelmezése (s=0,1D) a cölöpök együttdolgozása az összefogástól függően a cölöpellenállás karakterisztikus értéke és a korrelációs tényező keresztirányú teherbírás a cölöpmerevség függvényében tartószerkezeti tervezés (korrózió, lehajtás, tárolás, kihajlás, cölöpözési terv és jegyzőkönyv követelményei

4 negatív köpenysúrlódás
Cölöptervezés az EC 7 szerint A cölöpök körüli talaj különböző elmozdulásainak hatásai negatív köpenysúrlódás elmozdulások megállapítása, kölcsönhatás elemzése, maximális érték a palástellenállásból vagy a külső teherből az egyéb hatások egyidejűségének értékelése figyelembe vétele próbaterheléskor keresztirányú hatás töltésben vagy mellette, földkiemelés mellett, kúszó rézsűben, földrengés esetén, ferde cölöpön süllyedő talajban megemelkedés duzzadó talaj építési hatások

5 Negatív köpenysúrlódás
Okai: felszíni teher, verés okozta pórusvíznyomás-többlet, fiatal feltöltések összenyomódása önsúly hatására, feltöltés roskadása, talajvízszint csökkenése, szerves talajok másodlagos összenyomódása Jellemzői: 5-10 mm süllyedés is elegendő a mobilizálódáshoz, neutrális szint függ a biztonságtól, a teherbírási összetevők arányától és mobilizáló mozgásuknak a felszínsüllyedéshez viszonyított arányától, süllyedési, nem teherbírási probléma, mert elegendően nagy mozgás után már nem lehet negatív köpenysúrlódás, a hasznos, esetleges terhek nem okoznak gondot, cölöpcsoportban a helyzet kedvezőbb Védekezési lehetőségek: előterhelés a konszolidáció kivárásával (de a s/t<1cm/hó nem jó korlát) cölöpköpeny kikapcsolása védőcsővel, kenéssel kellően nagy biztonság a töréssel szemben ésszerű építésütemezés felszerkezet süllyedéstűrésének növelése

6

7 Cölöptervezés az EC 7 szerint: típus, anyag, méret, technológia megválasztásának szempontjai
a talaj- és talajvízviszonyok, akadályok a cölöpözéskor keletkező feszültségek a cölöp épségének megőrzésének és ellenőrzésének lehetőségei a módszer és sorrend hatása a kész cölöpökre, szomszédos szerkezetekre a betartható tűréshatárok a talajban előforduló vegyi anyagok káros hatásai a különböző talajvizek összekapcsolódásának lehetősége a cölöpök kezelése és szállítása a cölöpök távolsága a cölöpcsoportban a szomszédos szerkezetekben okozott elmozdulások vagy rezgések az alkalmazandó cölöpöző berendezés típusa, jellemzői a cölöpökben a verés által keltett dinamikus feszültségek a furatfal- és a talp védelme, tisztítása a fúrt cölöpök esetében a furatfal betonozás közbeni beomlásának veszélye a talaj vagy talajvíz behatolása a helyben betonozott cölöptestbe a cölöp körüli telítetlen homokrétegeknek vízelszívó hatása a talajban előforduló vegyi anyagok kötésgátló hatása a talajkiszorító cölöpök talajtömörítő hatása a talajnak a cölöpfúrás által okozott megzavarása

8 Cölöpellenállás karakterisztikus értékének számítása mért vagy számított értékekből a korrelációs tényezővel

9

10 St modelltényezők alkalmazása a cölöptervezésben az EC 7 NM szerint
NA19.2. Nem kell modelltényezőket alkalmazni, ha egyidejűleg teljesül, hogy – az alkalmazott eljárás kidolgozásakor a talajjellemzőket igazolhatóan olyan értékekkel vették figyelembe, melyek karakterisztikus értékeknek tekinthetők, – a tervező a talajjellemzők karakterisztikus értékeivel alkalmazza az eljárást. NA19.3. A következő modelltényezőket kell alkalmazni, ha egyidejűleg igaz, hogy – az alkalmazott eljárás kidolgozásakor a talajjellemzőket igazolhatóan átlagértékekkel vették figyelembe, – a tervező is a talajjellemzők átlagértékeivel alkalmazza az eljárást. Az alkalmazandó modelltényezők: – statikus szondázás (CPT) csúcsellenállásából származtatott fajlagos cölöpellenállások esetében 1,1, – laboratóriumi vizsgálatokkal megállapított nyírószilárdságból származtatott fajlagos cölöpellenállások esetében 1,2, – tapasztalatai alapon felvett nyírószilárdsági paraméterek vagy azonosító és állapotjellemzők alapján megállapított fajlagos cölöpellenállások esetében 1,3. Ha az alkalmazás körülményei az előbbi két változat között vannak, akkor a tervező az előbbiekben javasolt értékek és 1,0 közötti modelltényezőket vehet számításba.

11 A cölöpellenállás tervezési értékének számítása a karakterisztikus értékből

12

13 CFA-cölöpalapozás globális biztonsága
Állandó teher 1,35 Esetleges teher 1,50 Talajtörés ellen 1,15 1,4 ~ 1,6 EC-7 ~ 2,25 korrelációs tényező próbaterhelés esetén (karakterisztikus érték) 1,40 1,4 Állandó teher 1,10 Esetleges teher 1,30 1,15 - 1,2 MSZ 1,9 - 2,2 a1 – törőerő próbaterhelésből 0,9 - 0,7 a2 – építmény 0,9 - 0,5 a3 – talajviszonyok 1,0 - 0,9 1,65 - 1,85

14 Cölöpök tervezése keresztirányú terhelésre
A teherbírás kimerülésének formái rövid cölöpök: merev testként való elfordulás vagy eltolódás hosszú, karcsú cölöpök: hajlítási törés a fej körüli talaj lokális törésével Tervezési módszerek próbaterhelés (nem feltétlenül törésig) számítás a talajmerevség, a talaj- és a cölöpszilárdság figyelembevételével Méretezési elvek, követelmények, lehetőségek a tartószerkezeti igénybevételek, valamint a talajreakciók és elmozdulások összeférhetősége a cölöpelfordulás szabadságfoka a kapcsolódásnál a hosszú, karcsú cölöpök modellje: a felső végén terhelt, vízszintes ágyazási tényezővel jellemzett, deformálódó közeg által megtámasztott gerenda A keresztirányú elmozdulás számításakor figyelembe veendő szempontok a talajmerevség és annak az alakváltozás mértékétől függő változása az egyedi cölöpök hajlítási merevsége a cölöpbefogás mértéke a felszerkezeti kapcsolatnál a csoporthatás a terhek irányváltásának vagy ciklikus ismétlődésének a hatása, a mozgás elvárt kinematikai szabadságfoka

15 A cölöpözési terv tartalma
a cölöpök típusa valamennyi cölöp helye és hajlásszöge a tűrési határokkal a cölöpök keresztmetszete helyben betonozott cölöpök esetében a vasalásuk adatai a cölöpök hossza a cölöpök darabszáma a cölöpök megkövetelt teherviselő-képessége a cölöptalpak szintje vagy a megkövetelt behatolási ellenállás a cölöpök készítésének sorrendje az ismert akadályok bármi más, ami a cölöpözést korlátozhatja

16 Cölöpözési jegyzőkönyv a kivitelezési szabványokkal összhangban
a cölöp számjele a cölöpöző berendezés a cölöp keresztmetszete és hossza; a cölöpkészítés időpontja és időtartama (megszakítások is) a beton összetétele, mennyisége és a betonozás módja, ha… a fúróiszap fajsúlya, pH-ja, Marsh-viszkozitása és finomanyag-tartalma, ha… a habarcs vagy a beton térfogata és besajtolási nyomása, ha.. a belső és külső átmérő, menetemelkedés és fordulatonkénti behatolás, ha… a verőkalapács és a lehajtás eredményének fő adatai, ha… a vibrátorok teljesítményfelvétele, ha … a fúrómotornak leadott forgatónyomaték, ha… a furatban talált rétegek és a furattalp állapota, ha… a cölöpözés közben észlelt akadályok eltérések a tervezett helyzettől, iránytól a megvalósult építési szintek jkv. valamennyi cölöpről, értékelés, megőrzés 5 évre, jelentés a megvalósulásról

17 Cölöpellenállás számítása talajvizsgálat, pl. CPT alapján

18 keresztmetszeti terület qb fajlagos talpellenállás Rs Palástellenállás
Cölöpteherbírás számítása talajvizsgálati adatok alapján szemiempirikus módszerekkel Rb talpellenállás Ab keresztmetszeti terület qb fajlagos talpellenállás Rs Palástellenállás Hi · Ki rétegvastagság · cölöpkerület qsi fajlagos palástellenállás

19 Szemcsés talaj esetén qb talpellenállás
ab a talpellenállás technológiai szorzója b és s köralakú cölöpökre 1,0 qcI a talp alatti dcrit kritikus mélységre vonatkozó átlag qcII a talp alatti dcrit kritikus mélység minimumainak átlaga qcIII a talp feletti 8D hossz minimumainak átlaga, de legfeljebb 2 MPa dcrit 4D és 0,7D közötti azon mélység, mely a legkisebb qb értéket adja qbH korlátozása qbH<15 MPa lehet előterhelt, nagyon tömör, meszes homokok esetében további csökkentés qs palástellenállás qs = s qcH ab a palástellenállás technológiai szorzója qcH korrekciója ha egy 1,0 m-nél hosszabb szakaszon qc15 MPa, akkor qcH=15 MPa legyen, (ez egyben qs 120 kPa korlátozást is jelent) ha egy 1,0 m-nél rövidebb szakaszon qc 12 MPa, qcH=12 MPa legyen, ha a szondázás terepszintje magasabban volt, mint lesz az üzemi állapotban, s ezért a függőleges hatékony feszültség valamely mélységben szc’-ről szH’-ra csökken, akkor a figyelembe vehető szondaellenállás qcH=qcH·(szH’/szc’) legyen Szemcsés talaj esetén

20 Talp-ellen-állás

21 Talpellenállás

22 Statikus szondadiagram

23

24 qc= a stat. szonda csúcsellenállása
Kötött talajok fajlagos cölöpellenállási értékei a cu drénezetlen nyírószilárdságból Palástellenállás Talpellenállás Talajhelyettesítéssel készülő cölöpre Talajkiszorítással készülő cölöpre Iszap, sovány agyag Nkt = 12-12 Közepes agyag Nkt= 15-16 Kövér agyag Nkt=17-18 qc= a stat. szonda csúcsellenállása C1 = 1 MPa

25 palást-ellenállás qs = a ∙ cu

26 DIN 1054 fúrt cölöpök fajlagos cölöpellenállásainak tapasztalati értékei

27 DIN 1054 vert cölöpök fajlagos cölöpellenállásának tapasztalatai értékei

28 Tapasztalati adatok a cölöpteherbírásra

29 Statikus cölöppróbaterhelések

30 Próbaterhelési rendszerek

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40 STATNAMIC

41 A terhelőerő időbeli változása

42 A süllyedés időbeli alakulása

43 A terhelő erő és a süllyedés kapcsolata

44 Próba-terhelési görbe

45 Próba-terhelési görbe

46 Próba-terhelés értékelése

47 Cölöppróbaterhelés EN ISO 22477/1
talajvizsgálat nem távolabb 5,0 m-nél és legalább 5,0 m-re a talp alá osztott cölöp is, de csak Oesterberg-cella (?) minimális „tiszta” távolság a horgonycölöpöktől 3D vagy 2,5 m 10 % tartalék az ellentartásban 0,01Pmax és 0,01 mm mérési pontosság Belső erőeloszlás mérésére több módszert ajánl 8 lépcső közbenső tehermentesítés nélkül cölöpkészítés utáni idő: szemcsés talaj 5 nap, kötött talajban 3 hét fúrt, 5 hét vert cölöpre terhelés 0,25 mm/5perc, de min. 60 perc, legalább 2Rc-ig sokféle görbét kell megadni: F-s, F-t, s-t, s-lgt, F-ay, Fs-s, Fb-s, F(z)-t, Fsi-s szabad korrigálni az F-s görbét hosszabb időtartamra szabad extrapolálni nagyobb süllyedésre s=D/10-nél törési állapot kúszási erő értelmezése (ay erőteljes áltozása)

48 Dinamikus próbaterhelés

49

50

51 Dinamikus próbaterhelés
Módszerek dinamikus próbaterhelés (alakváltozás- és gyorsulásmérés) modellillesztéssel (signal matching, CAPWAP) 1,35 közvetlen számítással (hullámegyenlet, CASE) ,60 verési képlet (elmozdulásmérés) kvázi-rugalmas behatolás mérésével ,75 kvázi-rugalmas behatolás becslésével v. elhanyagolásával 1,90 Kalibrálás statikus próbaterheléssel ugyanazon cölöptípuson hasonló hosszal és keresztmetszettel hasonló talajban Az eredmény megbízhatóságát növeli kellő ütőhatás (2-10 t) elég nagy elmozdulás (10-50 mm) hosszabb erőhatás (5-100 ms) Alkalmazás terv igazolására próbaveréshez teherbírás egyenletességének igazolására

52 Dinamikus próbaterhelés feldolgozása CAPWAP-módszerrel
N réteg esetén 3N ismeretlen meghatározása abból, hogy a mért jelet adja vissza a modell. t tmax 3 paraméteres talajmodell rétegenként a paláston + a talpon k smax s k D tmax qs,din = k ∙ s + D ∙ (ds/dt) ha s < smax qs,din = tmax + D ∙ (ds/dt) ha s > smax qs,stat = qs,din – D ∙ (ds/dt) (a talpra hasonló értékelés)

53 Verési képletek (Hiley, DELMAG, Dán, Holland)
1 és 2 hatékonysági tényezők Mgh ütési energia Q verési ellenállás sr kvázi-rugalmas behatolás sm maradó behatolás

54 CFA cölöpök agyagban – a statikus és dinamikus próbaterhelés összevetése

55 Statikus és dinamikus próbaterhelés összevetése az M6 autópálya kapcsán Első megállapítások
agyagban palástellenállás: Ps,stat ≈ Ps,din talpellenállás: Pb,stat ≈ 0,5∙Pb,din homokban palástellenállás: Ps,stat ≈ Ps,din talpellenállás: Pb,stat ≈ 2∙Pb,din

56 Cölöpözési technológiák

57 Cölöpözési technológiák
Talajhelyettesítéses talajkiemelés üregkibetonozás talajlazulás  teherbíráscsökkenés lehajtáskor sem zaj, sem rezgés csekély gépkapacitási nehézségek Talajkiszorításos egy. cölöp lehajtása, alul zárt cső lehajtása, helyének kibetonozása talajtömörítés  teherbírásnövekedés lehajtáskor zaj, rezgés verés esetén gépkapacitási korlátok csavarás esetén

58

59 A cölöpanyag hasznosulása
20 cölöpözési projekt Nápoly mellett vulkáni eredetű talajokban

60 Talajkiszorításos cölöpk

61 Talajkiszorításos cölöptípusok MSZ EN 12699

62

63

64

65 Toldások

66

67

68 Lejuttatás befolyásoló tényezők: altalaj, cölöpjellemzők, verési paraméterek összehasonlítható tapasztalat (saját adatbázis) próbacölöpözés dinamikai számítások (hullámegyenlet) ellenőrzés: din,ny  0,8b  din,h  0,9a,f minősítő paraméter: Ft / Ac (törőerő / cölöpkeresztmetszet) veszélyes zónák: nyomásra: kövesedett réteg, húzásra: átmenet lágy rétegbe qc≈30-40 MPa esetén L=10-15 m hossz és ΔV=6-8 % tömörítés lehetséges max. 0,5 m lökethossz 1 % kár elfogadható elvárt pontosság: helyzet: 0,1 m, ferdeség: 4 cm/m segítő módszerek: előverés, előfúrás, vésőzés, előrobbantás, öblítés

69 Verési adatok mérése és regisztrálása

70 Verési jegyzőkönyv

71 Termékfejlesztési irányok
Méretválaszték növelése D=12-60 cm, 18* *55 cm Üreges kialakítás 5-12 cm falvastagság Kónikus alak 1,5 ° kúpszög Előfeszítés 4-6 MPa Magas betonminőség C25-55 Speciális anyagok extrudált beton acélhaj vasalással, öntött vas, vasalt műanyagcső Toldás nyomatékbírásra is Energiacölöpök kW fűtés, hűtés

72

73 Simplex cölöp elvesző fejű acélcső helyének kibetonozása

74

75 Zárható végű levibrált acélcső helyének kibetonozása

76

77 Franki-cölöp

78

79

80

81

82 ScrewSol HBM Soletanche Bachy

83 elvesző fejű lecsavart acélcső kibetonozott helye
Fundex-cölöp elvesző fejű lecsavart acélcső kibetonozott helye

84 Omega-cölöp

85 Talajhelyettesítéses cölöpök

86 Talajhelyettesítéses cölöpözés technológiai feladatai
földkiemelés furatállékonyság biztosítása cölöptest készítése betonbevitel betontömörítés vasalás behelyezés

87 FÖLDKIEMELÉS végtelenített spirálfúróval rövid spirálfúróval
kanálfúróval (dobfúróval) koronával markolóval iszapolóval öblítő folyadékkal szivattyúzva

88 A FURATÁLLÉKONYSÁG BIZTOSÍTÁSA
önmagában állékony talajban semmi bennmaradó talajdugóval fúróiszappal (bentonitos "iszappal") béléscsővel előzetes talajszilárdítással

89 CÖLÖPTEST KÉSZÍTÉSE BETONBEVITEL gravitációsan vagy pneumatikusan
betonozó tölcséren vagy fúrószáron keresztül BETONTÖMÖRÍTÉS csömöszölés döngölővel v.csővisszaveréssel vibráció merülő vibrátorral v. csőmozgatással VASALÁSBEHELYEZÉS betonozás előtt beállítva betonba süllyesztve (vibrálva)

90 Méretek, mérettűrések Mérettűrések pontraállás hibája
átmérő 0,3 ≤ D ≤ 3,0 m szélesség wmin ≥ 0,4 m Hossz / szélesség méretarány L / w ≤ 6 ferdeség n ≥ 6 alapfelület A ≤ 10 m2 átmérőarányok Dtalp / D ≤ 2 szemcsés talaj Dtalp / D ≤ 3 kötött talaj Dtörzsmax / D ≤ 2 Mérettűrések pontraállás hibája e ≤ 0,10 m ha D ≤ 1,0 m e ≤ 0,1*D ha 1,0 ≤ D ≤ 1,5 m e ≤ 0,15 m ha D ≥ 1,5 m irányeltérés i ≤ 0,02 m/m ha n ≥ 15 i ≤ 0,04 m/m ha 4 ≤ n ≤ 15

91 A fúrási eljárások főbb szabályai
gyors legyen a fúrás a talp egyenletes felfekvése biztosítandó előtolás túlfúrás új műszakban végzett betonozáskor talptisztítás falvédelem: béléscső: n≤15 ferdeség esetén kötelező, víztúlnyomás, előtolás támasztófolyadék iránycső kell, folyadékminőség, tartalék, dugattyúhatás, n≤15 esetén tilos spirál-talajdugó: n≤10 esetén folyós homok, cu≤15 kPa agyag esetén próbacölöp földkiemelés minimalizálása falvédelem nélkül: d≤60 cm esetén, n≤15 esetén, szilárd talaj

92 Fúrt cölöpök betonminősége
Betonminőség: C20/25 – C30/37 Adalékanyag: dmax ≤ 32 mm és betéttávolság/4 Cementtartalom: ≥ 325 kg/m3 (száraz betonozás) ≥ 375 kg/m3 (víz alatti betonozás) Víz/cement tényező: v/c  0,6 Adalékanyag ≥ 400 kg/m3 (ha d > 8 mm) d0,125 mm +cement ≥ 450 kg/m3 (ha d ≤ 8 mm) Betonkonzisztencia 460 ≤ Ø ≤ 530 (száraz betonozás) Terülési átmérő ≤ Ø ≤ 600 (szivattyú és víz alatt) 570 ≤ Ø ≤630 (betonozás zagy alatt)

93 Fúrt cölöp készítése állékony talajban
fúrás rövid spirállal szakaszos földkiemeléssel furatvédelem nélkül talptisztítás kanállal vasalás beállítása betonozás betonozócsővel Fúrt cölöp készítése állékony talajban

94

95

96 CFA-cölöp fúrás végtelen spirállal
furatvédelem bennmaradó talajdugóval betonozás nyomás alatt a fúrószáron át a vasalás utólagos behelyezése

97

98

99

100

101

102 Fúróiszappal fúrt cölöp
fúrás markoló fúróval furatvédelem bentonitos fúróiszappal vasalás behelyezése betonozás betonozócsővel

103

104

105

106 Béléscsővel fúrt cölöp
fúrás markoló fúróval béléscsőves furatvédelem vasalás behelyezése betonozás betonozócsővel Béléscsővel fúrt cölöp

107

108

109

110

111

112 Mäsi-cölöp fúrt-injektált mikrocölöp bennmaradó acélcsővel

113 GEWI-cölöp fúrt mikro-cölöp

114

115 Integritásvizsgálat Izotópos mérés Dinamikus vizsgálat