Munkatérhatárolások statikai tervezése

Az előadások a következő témára: "Munkatérhatárolások statikai tervezése"— Előadás másolata:

1 Munkatérhatárolások statikai tervezése
Móczár Balázs ghs

2 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 óta az EC 7-1 elvei szerint folyik a munkatérhatárolásra vonatkozó – korábbi - MSZ 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 es sorozat követelményeivel és módszereivel. 1. Általános elvek ■□□□□□□□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□ ghs

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 ■■□□□□□□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□ ghs

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 ■■■□□□□□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□ ghs

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 ■■■■□□□□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□ ghs

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 ■■■■■□□□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□ ghs

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 ■■■■■■□□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□ ghs

8 2. Megoldandó mére-tezési feladatok, elvek
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 ■■■■■■■□☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□ ghs

9 2. Megoldandó mére-tezési feladatok, elvek
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 ■■■■■■■■☺□□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□ ghs

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

11 2/A. A falszerkezet statikai vizsgálata
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 ■■■■■■■■☻■□□□□□□□□☺□□□□□□□□□□ ghs

12 2/A/a. A földnyomások, mint terhek előzetes felvételén alapuló eljárás
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 ■■■■■■■■☻■■□□□□□□□☺□□□□□□□□□□ ghs

13 2/A/b. A rugalmas ágyazású gerenda elvén alapuló számítás
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 ■■■■■■■■☻■■■□□□□□□☺□□□□□□□□□□ ghs

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

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

16 2/A/c. Véges elemes számítások
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 ■■■■■■■■☻■■■■■■□□□☺□□□□□□□□□□ ghs

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

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

19 2/A/c. Véges elemes számítások
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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻□□□□□□□□□□ ghs

20 2/B. A falak vasalásának ellenőrzése
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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■□□□□□□□□□ ghs

21 2/C. Horgonyok (csőtámok) tervezése
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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■□□□□□□□□ ghs

22 2/D. A fenék alatti talaj-zóna, mint „alsó támasz” vizsgálata
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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■□□□□□□□ ghs

23 2/E. Az általános állékonyság ellenőrzése
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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■□□□□□□ ghs

24 2/E. Az általános állékonyság ellenőrzése
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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■■□□□□□ ghs

25 2/F. A határoló szerkezet mentén bekövetkező mozgások vizsgálata
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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■■■□□□□ ghs

26 2/F. A határoló szerkezet mentén bekövetkező mozgások vizsgálata
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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■■■■□□□ ghs

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. ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■■■■■□□ ghs

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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■■■■■■□ ghs

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 ■■■■■■■■☻■■■■■■■■■☻■■■■■■■■■■ ghs