Szepesházi Róbert Széchenyi István Egyetem, Győr Hídfők viselkedésének modellezése

Hídfő = bonyolult szerkezet kölcsönhatások altalaj – cölöpalap – töltés – hídfőfal – úszólemez – felszerkezet – jármű folyamatos változások építési fázisok és üzemelés geometria, terhelés, merevség, terhelés, talajjellemzők geotechnikailag gyakran különleges körülmények gyenge altalaj összenyomódása és oldalkitérése, speciális töltésalapozás túltöltés, visszabontás, cölöpözés a töltésről, újratöltés egysoros cölöpcsoport, vízszintes cölöpteher, negatív köpenysúrlódás háttöltés tömörödése, úszólemez aláüregelődése, lépcsőképződés tervezési kompetencia bizonytalansága többszereplős (geotechnikai, tartószerkezeti, út) tervezés hiányos kooperáció teljes körű tervdokumentum hiánya

A hídfők geotechnikai tervezésének dimenziói Teljesítőképesség, méretezés speciális töltésalapozási módszerek szükségessége, tervezése függőleges és vízszintes cölöpteherbírás ellenőrzése függőleges és vízszintes elmozdulások számítása, elfogadása Technológia, építésütemezés töltésalapozási technológia kiválasztása cölöpöző géplánc felvonulásainak száma konszolidációs idők kivárása túltöltés, visszabontás, újraépítése felszerkezet építhetősége Tervezési-kivitelezési kompetencia, felelősség geotechnikai szakvélemény – hídterv – útterv – organizációs terv geotechnikus – úttervező - tartószerkezeti tervező – projektvezető építtető – mérnök – vállalkozó – tervező – geotechnikai altervező

A hídfők tervezésének jelenlegi rendje, munkamegosztása

Jelenlegi tervezési rend Geotechnikai szakvélemény Talajvizsgálati jelentés talaj- és talajvízviszonyok leírása talajparaméterek megadása Cölöptervezés egyedi cölöp függőleges határereje cölöpcsoport süllyedése próbaterhelés előírása Háttöltés javaslat a talajjavításra vagy ütemezett építésre, túltöltésre töltésmozgás előrejelzése, mérésének előírása és értékelése töltésanyag, -tömörség előírása

Jelenlegi tervezési rend Hídépítési terv Műszaki leírás és általános terv talaj- és talajvízviszonyok ismétlése cölöpadatok ismertetése háttöltés anyagának előírása próbaterhelés előírása Statikai számítás egyedi cölöp terhelésének számítása és ellenőrzése egyedi cölöp nyomatéki ellenőrzése vízszintes terhelés miatt úszólemez vasalása ökölszabály szerint

Jelenlegi tervezési rend Útépítési terv Műszaki leírás és hossz-szelvény talaj- és talajvízviszonyok ismertetése töltésalapozási megoldás ismertetése töltésanyagok előírásai süllyedésmérési helyek

A hídfők összetett viselkedéséből és sajátos tervezési rendjéből eredő problémák 3 esettanulmány

M30 autópálya Miskolc-Szerencs vasútvonal feletti 6. sz. híd

M30 autpálya Miskolc-Szerencs vasútvonal feletti 6. sz. híd

M30 autpálya Miskolc-Szerencs vasútvonal feletti 6. sz. híd

M30 autpálya 6. sz. híd a Miskolc-Szerencs vasútvonal felett Probléma süllyedésmérések: nagymértékű, alig lassuló mozgások idő: közelgő átadási határidő kérdés: elkészíthető-e a pályalemez? kockázat: károsodás ↔ kötbér Vizsgálatok mért süllyedések arányainak értékelése hagyományos süllyedés- és konszolidációszámítás még várható süllyedések és süllyedéskülönbségek becslése mozgások ráterhelése a felszerkezetre Javaslat túltöltés a hídfő fölött-mellett, ameddig lehet elkészíthető a felszerkezet és az aszfaltréteg az átadás előtt

M7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z-31 műtárgy töltésmagasság 14 m, rézsűhajlás keresztirányban 1:2, hosszirányban 1:1,5 puha agyag és iszap → kavicscölöp 1,51,5 m / 60 cm CFA-cölöp D=80 cm pannon agyagban hídfő: 12 db, pillér: 17 db süllyedésmérés a háttöltés alatt

M7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z-31 műtárgy kavicscölöpözés után közbenső támaszok cölöpözése nagyon gyors (nem dokumentált) töltésépítés 25 cm süllyedés a korona alatt 10 cm emelkedés a lábnál a patakmeder „feltöltődik”, visszaduzzaszt a közbenső támaszok oszlopai 20 cm-t befelé dőltek hídfők cölöpözése után további mozgások mi történt a cölöpökkel, felhelyezhetők-e a tartók

Modellezés Plaxis-programmal

Alkalmazható-e 80 CFA-cölöp helyett 53/73 SCREW-cölöp? M7 autópálya Z07 műtárgy

M7 autópálya Balatonkeresztúr - Nagykanizsa Z-07 jelű műtárgy Egyedi cölöp vizsgálata vízszintes terhelésre rugómodellel

M7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z07 műtárgy Az építési-terhelési folyamat vizsgálata a PLAXIS-programban HS-talajmodellel kezdeti (esetleg javított) állapot töltésépítés 1,5 m túltöltéssel töltésvisszaszedés a hídfőépítéshez cölöp + hídfő építése („kinullázott” elmozdulásokra) felszerkezeti állandó terhek biztonsági tényezőkkel háttöltés és előtöltés visszaépítése úszólemez csuklós csatlakozással üzemi állapot kb. 20 kPa kocsipálya-terheléssel

M7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z07 műtárgy A töltés okozta süllyedések a PLAXIS szerint

M7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z07 műtárgy A töltés okozta vízszintes mozgások a PLAXIS szerint

M7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z07 műtárgy Süllyedések a töltés visszabontása utána a PLAXIS szerint

M7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z07 műtárgy A deformált háló az üzemi állapotban a PLAXIS szerint

M7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z07 műtárgy A függőleges elmozdulások üzemi állapotban a PLAXIS szerint

M7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z07 műtárgy Vízszintes elmozdulások üzemi állapotban a PLAXIS szerint

M7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z07 műtárgy Cölöpigénybevételek üzemi állapotban a PLAXIS szerint

Az Eurocode 7 hídfőkre vonatkoztatható követelményei

EUROCODE 7 Cölöpalapozás Ajánlatos figyelemmel lenni a következő tervezési állapotokra, melyek a cölöpökre keresztirányú hatásokat eredményezhetnek: – különböző mértékű terhelés a cölöpalap különböző oldalain (pl. egy töltésben vagy annak közelében); A cölöpalapok keresztirányú terhelését általában a merev vagy hajlékony gerendaként modellezett cölöpök és a mozgó talajtömeg közötti kölcsönhatás vizsgálatával ajánlatos megállapítani.

EUROCODE 7 Töltések Gyenge altalajon épülő töltések esetén olyan kivitelezési folyamatot kell előírni, mely biztosítja, hogy a teherbíró képességet nem lépik túl, és a kivitelezés közben nem fordulnak elő túlzottan nagy mozgások. Ha talajjavítást írnak elő, ajánlatos a kezelendő talaj térfogatát kellő ráhagyással tervezni, hogy ne legyenek káros alakváltozások. Ahol a töltést utak vagy vízfolyások keresztezik, különös figyelmet kell fordítani a különböző szerkezetek térbeli kölcsönhatásaira. Ki kell mutatni, hogy a töltések alakváltozásai miatt nem következik be használhatósági határállapot a töltésben, illetve a rajta, benne vagy közelében levő tartószerkezetekben, utakban és közművekben.

EUROCODE 7 Műszaki felügyelet, megfigyelés, fenntartás A töltések megfigyelése szükséges, ha a tartószerkezeteket és a közműveket érő károsító hatások ellenőrzését kívánják meg. A műszaki felügyelet és megfigyelés programját a geotechnikai terv részeként kell elkészíteni, előírva az észlelések értékelését és az annak alapján szükséges tennivalókat. A 2. geotechnikai kategória esetén a teljesítőképességet a tartó-szerkezet mozgásmérései alapján kell értékelni. Értékelni és értelmezni kell a megfigyelés eredményeit, és ez ál-talában számszerűsített formában valósuljon meg.

A hídfők tervezésének fejlesztése

A hídfők cölöpalapozásának sajátos problémái 1. Függőleges teherbírás Negatív köpenysúrlódás teherként való figyelembevétele  túlzott óvatosság cölöpözés a konszolidáció után  időveszteség, többszöri felvonulás a hídfő alatti földtömeg süllyedése kisebb  többszöri felvonulás cölöphossz és -helyzet a hátralevő süllyedések beszámításával méretezés véges elemes komplex modellezéssel Teherbírás-meghatározás töltésbeli palástellenállás elhanyagolása  fölösleges cölöpméretek előzetes próbaterhelés  többletfelvonulás, időveszteség, pénzvita egy próbaterhelés, ahol lehet  lokális változások kezelése nehéz méretezés sok, jól elosztott CPT alapján ellenőrzés néhány dinamikus próbaterheléssel

A hídfők cölöpalapozásának sajátos problémái 2 A hídfők cölöpalapozásának sajátos problémái 2. Keresztirányú teherbírás Keresztirányú terhelés nyugalmi földnyomás figyelembevétele  túlzott terhek egysoros cölöpalapozás  nyomatékok a cölöpben Keresztirányú teherviselés modellezése töltésbeli, felszínközeli befogás elhanyagolása  nagy nyomaték rugóállandó óvatos felvétele  túlzott mozgások előrejelzése Teherbírás ellenőrzése egyidejű nyomatékok és normálerők becslése  túlméretezés megengedett mozgások óvatos megadása  túlméretezés méretezés véges elemes komplex modellezéssel elmozdulások ráterhelése a felszerkezetre

FEM-modellezési elvek síkbeli modellezés használatos, de terjedőben van az előnyösebb térbeli modellezés, de ennek költségei még magasak felkeményedő talajmodell alkalmazása ajánlatos vagy a lineáris modellek paramétereinek menetközbeni javítása talajparaméterek karakterisztikus értékével helyes számolni a kritikus jellemzők paramétereinek hatásvizsgálatával monitoring alapján back-analysis, mihelyst lehetséges szükség vagy megtakarítási lehetőség esetén tervmódosítás a FEM-számítás eredménye igénybevétel, mozgás karakterisztikus értéke igénybevételek tervezési értéke igénybevétel karakterisztikus értéke  parciális tényezők megengedhető mozgás megállapítása a felszerkezet statikájából az alapmozgások ráterhelésével általános állékonyság ellenőrzése iterációval „phi-c redukciós számítás” és a szerkezeti elemek gyengítése

Építési-terhelési fázisok kezdeti vagy javított állapot töltésépítés túltöltéssel drénezetlenül konszolidációszámítása adott időtartamra töltésvisszaszedés a hídfőépítéshez cölöp + hídfő építése („kinullázott” elmozdulásokra) felszerkezeti állandó terhek háttöltés és előtöltés visszaépítése úszólemez (csuklós csatlakozással) üzemi állapot jármű- és háttöltés-terheléssel az általános állékonyság ellenőrzésére („phi-c redukciós számítás”)

Kompetencia: új típusú kooperáció vagy piaci harc? A hagyományos tervezési rend rossz, nem tartható fenn! Eurocode 7: talajvizsgálati jelentés és geotechnikai terv! Geotechnikai terv: földmű, töltésalapozás, híd, támszerkezetek, alagút. Tartószerkezeti tervező – hiányos geotechnikai tudás. Geotechnikai tervező – hiányos szerkezettervezési tudás. Úttervező: hiányos geotechnikai és szerkezettervezői tudás. Kooperáció szabályozása: globálisan, kétoldalúan tartósan vagy alkalmilag? Komplex mérnökirodák? Hídirodák geotechnikai és geotechnikai cégek statikai fejlesztése? Speciális mélyépítő cégek megjelenése a tervezési piacon?