EUROCODE 7 Szabvány háttér és a tervezés alapjai

Az előadások a következő témára: "EUROCODE 7 Szabvány háttér és a tervezés alapjai"— Előadás másolata:

1 EUROCODE 7 Szabvány háttér és a tervezés alapjai
Dr. Móczár Balázs ghs

2 építménnyel szemben támasztott követelmények
Építési törvény 1997 évi LXXVIII. törvény az épített környezet alakításáról és védelméről (ÉTV) építménnyel szemben támasztott követelmények rendeltetésszerű és biztonságos használat környezetvédelem építés, felújítás, átalakítás, bővítés, helyreállítás korszerűsítés során biztosítani kell terület geológiai hidrogeológiai és szeizmológiai sajátosságainak való megfelelést ghs

3 253/1997 (XII.20.) - Kormányrendelet
253/1997 (XII.20.) korm. rendelet az országos településrendezési és építési követelményekről (OTÉK) Az építménynek meg kell felelnie a rendeltetési célja szerint az állékonyság és a mechanikai szilárdság … környezetvédelem alapvető követelményeinek Az építmény és annak részét, szerkezetét … úgy kell tervezni és megvalósítani, hogy azok … a magyar nemzeti szabványok által megkövetelt biztonsággal feleljenek meg a tervezett vagy becsült élettartamuk alatt az állékonyság és a mechanikai szilárdság … követelményeinek feleljenek meg és álljanak ellen a várható mértékű terheléseknek, hatásoknak ghs

4 Szabványi háttér (Bond & Harris, 2008) ghs

5 Geotechnikai tervezés: MSZ EN 1997-1:2006 (EC7-1)
Szabványi háttér Geotechnikai tervezés: MSZ EN :2006 (EC7-1) MSZ EN :2008 (EC7-2) MSZ EN (EC8) Anyagszabványok: MSZ EN 1992, MSZ EN 1993 Geotechnikai vizsgálatok: MSZE CEN ISO/TS Terepi vizsgálatok MSZE CEN ISO/TS Talajok laboratóriumi vizsgálata Speciális mélyépítési munkák - kivitelezési szabványok: pl.: MSZ EN 1536 – Fúrt cölöpök pl.: MSZ EN – Talajkiszorításos cölöpök pl.: MSZ EN – Mikrocölöpök 5 ghs 5

6 Szabványi háttér 6 ghs 6

7 Kiegészítő, segítő dokumentumok
Szepesházi Róbert: Tervezés az Eurocode 7 és kapcsolódó geotechnikai szabványok szerint, Budapest, 2008 Czap, Mahler, Mecsi, Móczár, Nagy, Takács: Eurocode 7 vízépítő mérnököknek, Budapest, 2010 MMK GT: A geotechnikai tevékenység szabályai az Eurocode-ok szerinti tervezésben, 2010 MMK GT+TT: Alapozások tervezése az EC7 (MSZ EN , 2) geotechnikai tervezési szabványok alapján - útmutató, MMK GT+TT: Alapozások és földmegtámasztó szerkezetek tervezése az MSZ EN 1997 szerint, Mérnöki Kamara Nonprofit Kft., Budapest, 2012 MMK GT: Útmutató a geotechnikai vizsgálatok szükséges mértékének megállapításához az EC-7 elveinek és előírásainak figyelembevételével, 2013 MMK: Tervdokumentációk tartalmi követelményei, 2014 R.P. Ray: Geotechnikai kézikönyv Földrengésre való méretezéshez, Budapest, 2014 7 ghs 7

8 Eurocode alapfeltételezése (MSZ EN 1997-1:2006, 1.3 (2))
E szabvány rendelkezései a következőkben felsorolt feltételezések teljesülésén alapulnak: megfelelően képzett személyzet gyűjtötte össze, rögzítette és értelmezte a tervezéshez szükséges adatokat; kellően képzett és tapasztalt szakemberek tervezték a tartószerkezeteket; megfelelő a folyamatosság és a kapcsolattartás az adatgyűjtésben, a tervezésben és a kivitelezésben közreműködő szakemberek között; megfelelő a műszaki felügyelet és a minőség-ellenőrzés az üzemekben, a telepeken és a munkahelyen; a kivitelezést a vonatkozó szabványokat és előírásokat betartva, kellő jártassággal és tapasztalattal rendelkező személyek végzik; az építési anyagokat és termékeket az ezen Eurocode, vagy az anyagra, illetve termékre vonatkozó előírások szerint használják fel; a tartószerkezet fenntartása megfelelő lesz, és ezáltal az a tervezett teljes élettartama alatt biztonságos és használható lesz; a tartószerkezetet a tervben meghatározott célra használják. 8 ghs 8

9 Geotechnikai tervezés alapelve
MSZ EN 2. A geotechnikai tervezés alapjai 2.4. Számításon alapuló geotechnikai tervezés Általános elvek (2) Figyelembe kell venni, hogy a talajviszonyok ismerete függ az elvégzett geotechnikai vizsgálatok mennyiségétől és minőségétől. Ezen ismeretek megszerzése és a kivitelezés szakszerű irányítása általában sokkal fontosabb az alapvető követelmények teljesítéséhez, mint a számítási modellek és a parciális tényezők pontossága 9 ghs 9

10 Helyszíni, környezeti adottságok Talaj- és talajvízviszonyok
Eurocode 7 – A geotechnikai tervezés szempontjai Építmény, feladat funkció, rendeltetés, jelleg méret, elrendezés, tartószerkezetek típusa terhelés jellemzői élettartam speciális sajátosságok Építési körülmények építési időtartam, határidő, ütemezés technológiai kötöttségek minőségi követelmények vállalkozási sajátosságok korlátozások Helyszíni, környezeti adottságok meteorológiai, hidrológiai adottságok domborzat, növényzet a hely története szomszédos építmények, közművek közlekedés, megközelíthetőség speciális veszélyek Talaj- és talajvízviszonyok geológiai adottságok talajrétegződés, talajjellemzők talajvízszint és ingadozása földrengésveszély speciális kedvezőtlen adottságok 10 ghs 10

11 Eurocode 7 – MSZ EN 1997-1:2006 – Tartalomjegyzék
Általános elvek 9 A geotechnikai tervezes alapjai 16 Geotechnikai adatok 31 Az építés műszaki felügyelete, megfigyelés, fenntartás 39 Földművek, víztelenítés, talajjavítás és talajerősítés 43 Síkalapok 47 Cölöpalapok 54 Horgonyzások 70 Támszerkezetek 74 Hidraulikus talajtörés 86 Általános állékonyság 91 Töltések 95 11 ghs 11

12 Eurocode 7 – A geotechnikai kategóriák
3 db geotechnikai kategória  már a tervezés legelején el kell dönteni hova tartozik az adott építmény  ennek megfelelően kell a szükséges vizsgálatokat kijelölni. ghs

13 Eurocode 7 – A geotechnikai kategóriák
Geotechnikai határállapot mérvadó Geotechnikai feladat bonyolultsága és kockázat értékelése tervezési követelmény feltárási program geotechnikai eljárások szaktervezők számítási eljárások kivitelezési technológia geológiai adottságok tartószerkezet kockázati tényezők környezeti kölcsönhatás tervezők közösen Geotechnikai kategória ghs

14 Eurocode 7 – A geotechnikai kategóriák
Az építmény kicsi és aránylag egyszerű? A talajadottságok összehasonlítható helyszíni tapasztalatokból ismertek és elegendőek egyszerűek ahhoz, hogy rutin módszerek alkalmazhatók legyenek a tervezéshez és a kivitelezéshez? Ha a földkiemelés a talajvízszint alá ér, akkor helyi összehasonlítható tapasztalat áll rendelkezésre, hogy az egyszerűen fog menni? A kockázat elhanyagolhatóan kicsi az általános álllékonyság és a talajelmozdulás vonatkozásában? 1. geotechnikai kategória Az építmény nagyon nagy vagy szokatlan? Felmerül szokatlan kockázat? Van szokatlan vagy kivételes talajréteg? Van szokatlan vagy kivételes terhelési viszony? Az építmény nagy szeizmicitású területre kerül? Az építmény olyan területen van, ami csúszásveszélyes vagy folyamatos mozgásban van? 2. geotechnikai kategória 3. geotechnikai kategória ghs

15 Eurocode 7 – Tervezési állapotok
A szerkezetek igénybevételeinek tervezési értéke kisebb kell legyen az ellenállásuk tervezési értékénél. Tervezési érték: a karakterisztikus érték parciális tényezővel korrigált értéke Tervezési állapotok: tartós ideiglenes rendkívüli (pl. robbanás, ütközés)  Tervezési eljárások: számítások alkalmazása szokáson alapuló intézkedések, konstrukciók (összehasonlító tapasztalat) modellkísérletek és próbaterhelések megfigyeléses módszer (bonyolult feladat, ha összehasonlító tapasztalat sincsen) ghs

16 Eurocode 7 – Tervezési eljárások típusai síkalapok esetén
Közvetlen tervezési eljárás Közvetett tervezési eljárás Szokáson alapuló tervezési eljárás 16 ghs 16

17 Eurocode 7 – Tervezési eljárások típusai
Közvetlen tervezési eljárás: Más-más számítási modellt alkalmazva vizsgáljuk az egyes határ- állapotokat: Teherbírási határállapotok számításakor a törési mechanizmus legpontosabb modellezése Használhatósági határállapotok ellenőrzése süllyedésszámítással 3. geotechnikai kategória esetében kötelező, 2. geotechnikai kategória esetében ajánlott eljárás „törőfeszültség képlet” – MSZ – illetve az MSZ EN ajánlott képletei FEM-programokkal történő numerikus méretezés Törési állapotig terjedő terhelés-süllyedés kapcsolat vizsgálata 17 ghs 17

18 Eurocode 7 – Tervezési eljárások típusai
Közvetett tervezési eljárás: Összehasonlító tapasztalatok, valamint terepen vagy laboratóriumban végzett mérések, ill. észlelések eredményeit alkalmazzuk Pl.: Szondázás, pressziométeres vizsgálat eredményei alapján, tapasztalati képletek segítségével becsüljük a talajtörési ellenállást Két típusa van: Süllyedésszámításon, a süllyedések szigorú korlátozásán alapuló méretezés Talajtörési ellenállás számításán, a talajtöréssel szemben viszonylag nagy „globális biztonság” előírásán alapuló méretezés Mindkét esetben elég a használhatósági határállapotban figyelembe veendő hatásokkal (karakterisztikus értékekkel) számolni Számítás terjedelme csökken Jelentősége elsősorban az 1. geotechnikai kategóriánál van 18 ghs 18

19 Eurocode 7 – Tervezési eljárások típusai
Szokáson alapuló tervezési eljárás: Valószínűsített talajtörési ellenállással számolunk Elsősorban kőzeteken történő alapozás esetében alkalmazzuk, útmutatás a G mellékletben található A kőzettípusa, tagoltsága és egyirányú nyomószilárdsága alapján lehet egy megengedett talpfeszültséget felvenni. MSZ szerinti „Határfeszültség alapértéken” történő méretezés (korábban) – új eljárás bevezetése folyamatban csak az 1. geotechnikai kategóriában lehetséges 2. kategóriában előtervezésre 3. kategóriában az alkalmazása nem elfogadható, kizárt!!! külön süllyedésszámítás szükséges 19 ghs 19

20 Eurocode 7 – Határállapotok
Teherbírási határállapotoknak a tartószerkezeten lévő emberek, a tartószerkezet, továbbá az ott tárolt anyagok, állatok biztonságával kapcsolatos határállapotokat nevezzük: Helyzeti állékonyság, amikor a tartószerkezet, vagy annak egy része, mint merev test egyensúlyát veszíti; Túlzott mértékű alakváltozás, a tartószerkezet, vagy egy tartószerkezeti rész folyási mechanizmussá való átalakulása, szilárdsági törés, a tartószerkezet vagy tartószerkezeti rész (ezen belül a támaszok, az alapozás) stabilitásának elvesztése, tönkremenetele. Használhatósági határállapotnak nevezzük: A tartószerkezetnek, vagy a tartószerkezeti elemen a szokásos használati körülmények (jelentős lehajlás és túlzott repedezettség) közötti használhatóságával; Az emberek komfortérzetével; Az építmény külső megjelenésével (burkolat, nem tartószerkezeti elemek károsodásával) kapcsolatos határállapotokat. ghs

21 Eurocode 7 – Teherbírási határállapotok
STR: a tartószerkezet vagy a tartószerkezeti elemek, például a síkalapok, a cölöpök vagy az alapfalak belső törése vagy túlzott mértékű alakváltozása, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a szerkezeti anyagok szilárdsága jelentősen befolyásolja; GEO: a talaj törése vagy túlzott mértékű alakváltozása, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a talaj vagy a szilárd kőzet szilárdsága jelentősen befolyásolja; ghs

22 Eurocode 7 – Teherbírási határállapotok
EQU: az egyetlen merev testnek tekintett tartószerkezet vagy talaj- tömb állékonyságvesztése, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a szerkezeti anyagok és a talaj szilárdsága nem befolyásolja jelentősen; UPL: a tartószerkezet vagy a talaj egyensúlyvesztése a víznyomás (felhajtóerő) vagy más függőleges hatás miatti felúszás folytán HYD: hidraulikus gradiens által a talajban okozott hidraulikus felszakadás, belső erózió vagy buzgárosodás Geotechnikai szerkezetek esetében leggyakrabban a GEO és az STR határállapotokat kell vizsgálni. EQU UPL HYD Felborulás Felúszás Statikai egyensúly elvesztése Belső erózió Felszakadás Felhajtóerő ghs

23 Eurocode 7 – Használhatósági határállapotok
Süllyedés Süllyedéskülönbség Kihajlás Elégtelen szivattyúzás Szivárgás Rezgés ghs

24 Eurocode 7 – Számításon alapuló geotechnikai tervezés
Hatások és kombinációik  Tartósságuk szerint: állandó hatás (G) esetleges hatás (Q) rendkívüli hatás (A) szeizmikus hatás (AE)  Hatások eredete: tartószerkezet súlya, hasznos terhek, meteorológiai terhek, földrengési hatások, stb.  Geotechnikai hatások: talaj-kőzet-víz súlya, földnyomások, szivárgási nyomás, földkiemelés, talajtömeg kúszása, negatív köpenysúrlódás stb. ghs

25 Eurocode 7 – Karakterisztikus érték meghatározás
Hatások: A hatások esetén a karakterisztikus érték a hatás jellegétől függően a tervezett élettartamra prognosztizált állandó- és esetleges tehermaximumok adott referencia időszakra vonatkoztatott alsó-, vagy felső küszöbértéke vagy várható értéke. Jelölése: Gk, Qk, stb. Ellenállások: Az ellenállás (teherbírás, szilárdság) esetében karakterisztikus érték az anyag- vagy termékjellemző statisztikai eloszlása alapján egy előírt (általában 5%-os) küszöbérték. Jelölése: c’k, φk Geometria: A geometriai adatoknál a karakterisztikus érték általában a terv szerinti névleges érték. ghs

26 Talajfizikai paraméter felvétele TVJ Talaj-szerkezet kölcsönhatás
Geotechnikai paraméterek karakterisztikus értéke Talajfizikai paraméterek Talajfizikai paraméter felvétele TVJ Talaj-szerkezet kölcsönhatás Vizsgálati eredmények Származtatott geotechnikai paraméter Karakterisz-tikus érték Tervezési érték ghs

27 Vizsgálati eredmények Más helytálló adatok
Geotechnikai paraméterek karakterisztikus értéke Geotechnikai paraméterek származtatott értéke Vizsgálati eredmények Más helytálló adatok Korreláció Elméleti megfontolás Empirikus összefüggés Geotechnikai paraméter származtatott értéke Vizsgált határállapot figyelembe vétele Egy geotechnikai paraméternek elméleti, korrelációs vagy tapasztalati összefüggés révén, vizsgálati eredményekből nyert számértéke. (EC ) ghs

28 2.4.5.2. A geotechnikai paraméterek karakterisztikus értékei
(1)P A geotechnikai paraméterek karakterisztikus értékeinek megválasztását laboratóriumi és terepi vizsgálatok eredményeire, illetve az ezekből származtatott értékekre kell alapozni, kiegészítve ezeket a széles körben elfogadott tapasztalatokkal. Figyelembe veendő a talajvizsgálati módszer mért eredmények szórása tapasztalati adatok az érintett talajzóna kiterjedése építmény merevsége paraméter feszültség- és alakváltozásfüggése a károsodás következményei EC7 irányelve „óvatosan becsült átlag vagy szélső érték” annak az értéknek óvatos becslésével kell kiválasztani, mely a vizsgált határállapot bekövetkezését előidézi ghs

29 Geotechnikai paraméterek karakterisztikus értéke
Geotechnikai paraméter származtatott értéke Karakterisztikus érték táblázatos adatok Statisztikai módszerek Geotechnikai paraméter karakterisztikus értéke Óvatos becslés Jól megalapozott tapasztalat ghs

30 karakterisztikus érték
Geotechnikai paraméterek karakterisztikus értéke – statisztikai értékelés karakterisztikus érték statisztikai paraméter (Schneider, 1997) Relatív szórás: hatékony belső súrlódási szög (j’) nj = 0,1 hatékony kohézió (c’) nc = 0,3 drénezetlen nyírószilárdság (cu) ncu = 0,4 összenyomódási modulus nEs = 0,4 ghs

31 Geotechnikai paraméterek karakterisztikus értéke – „óvatos becslés”
EC (2)P A geotechnikai paraméterek karakterisztikus értékét a határállapot bekövetkeztére kiható érték óvatos becslésével kell megválasztani. óvatos (mn) – A veszélyt, ill. a kényes dolgokat elővigyázatosan kerülő. becslés (fn) – Valami értékének, mértékének megközelítő meghatározása. óvatos becslés – Valamely érték közelítő meghatározása, amely elővigyázatosan kerüli a veszélyt ghs

32 Geotechnikai paraméterek karakterisztikus értéke
cu=55kPa cu=62kPa cu=76kPa cu=65kPa cu=71kPa cu=60kPa cu=85kPa cu=73kPa cu=64kPa cu=75kPa N = 11 db cu,átl = 66,9 kPa cu,95 = 61,7 kPa cu,5 = 49,4 kPa N = 3 db cu,átl = 60,7 kPa cu,95 = 55,8 kPa cu,5 = 50,9 kPa ghs

33 Geotechnikai paraméterek karakterisztikus értéke
Lemezalapozású merev épület Mélyebb talajzóna óvatos átlaga Pilléralapozású csarnok Felszín közeli zóna szélső értéke ghs

34 Eurocode 7 – Tervezési értékek meghatározása
Karakterisztikus érték, a parciális biztonsági tényező és az egyidejűségi tényező segítségével Tervezési módszer függvénye! ghs

35 Eurocode 7 – Parciális tényezők és értékei hatás vagy igénybevétel (A)
határállapot tervezési módszer hatás vagy igénybevétel (A) talajparaméterek (M) ellenállás (R) jellemző állandó hasznos hatékony belső súrlódási szög hatékony kohézió drénezetlen nyírószilárdság térfogatsúly síkalap cölöp horgony támszerkezet állé-konyság talajtörés elcsúszás típus talpellenállás palástellen-állás teljes ellen-állás húzási ellen-állás ideiglenes tartós földellenállás gG gQ gj' gc' gcu gg gR;v gR,h gb gs gt gs;t gs;p gR;h gR;e EQU k-tlen 1,10 1,5 1,35 1,0 k-ző 0,90 GEO STR 2 1,00 1,4 1,1 vert 1,1ö 1,25 1,40 fúrt 1,20 CFA 1,15 3 geo. 1,3 felsz. 1,50 UPL HYD ghs

36 Eurocode 7 – A geotechnikai tervezés alapjai
A + M + R Action Hatás Hatások parciális tényezője: F Igénybevételek parciális tényezői: E Resistance Ellenállás Ellenállások parciális tényezői: R Material Anyag Anyagjellemzők parciális tényezői: M ghs

37 Eurocode 7 – Tervezési módszerek
Tervezési módszerek (Design Approach = DA): 3 különböző módszer a határállapotok igazolására  különbség: F ; M és R parciális tényezőket milyen A(ction) „+” M(aterial) „+” R(esistance) kombinációban használjuk Magyarországon kétféle tervezési módszer használatos (az ún. 1.tervezési módszert nem használjuk): 2.tervezési módszer: síkalapok, cölöpök, támszerkezetek, talajhorgonyok és bármely más geotechnikai szerkezetre: A1 „+” M1 „+” R2  A hatások Fk karakterisztikus értékéből az igénybevételek Ek karakterisztikus értékeit meghatározni, majd azt a E-vel szorozva kell az igénybevételek Ed tervezési értékét számítani 3.tervezési módszer: rézsűk és bármely más geotechnikai szerkezet általános állékonyságának a vizsgálata: A2 „+” M2 „+” R3 ghs

38 Eurocode 7 – 2. tervezési módszer
2. Tervezési módszer – A1 „+” M1 „+” R2 Szilárdság Hatások Anyagjellemzők térfogatsúly Geometriai paraméterek Alkalmazási alternatíva Számítási modell ghs

39 Eurocode 7 – 2. tervezési módszer
2. Tervezési módszer – A1 „+” M1 „+” R2 Hatások Hatás kombinációk Ellenőrzés Ellenállások tervezési értéke Talajjellemzők karakterisztikus értéke ghs

40 Eurocode 7 – 2. tervezési módszer (példa)
Függőleges teher karakterisztikus értéke: 𝑉 𝑘 = 𝐺 𝑉,𝑘 + 𝐺 𝑎 + 𝐺 𝑓 + 𝑄 𝑉,𝑘 Függőleges teher tervezési értéke 𝑉 𝑑 = 𝛾 𝐺 ∙(𝐺 𝑉,𝑘 + 𝐺 𝑎 + 𝐺 𝑓 )+ 𝛾 𝑄 ∙ 𝑄 𝑉,𝑘 Eurocode 7 – 2. tervezési módszer (példa) Példa – Síkalap méretezése: Ellenállás karakterisztikus értéke: 𝑅 𝑘 = 𝐵 ′ ∙ 𝑐 𝑘 ′ ∙ 𝑁 𝑐 ∙ 𝑏 𝑐 ∙ 𝑠 𝑐 ∙ 𝑖 𝑐 + 𝑞 ′ ∙ 𝑁 𝑞 ∙ 𝑏 𝑞 ∙ 𝑠 𝑞 ∙ 𝑖 𝑞 +0,5∙ 𝛾 ′ ∙ 𝑁 𝛾 ∙𝐵′∙ 𝑏 𝛾 ∙ 𝑠 𝛾 ∙ 𝑖 𝛾 Ellenőrzés: 𝑉 𝑑 ≤ 𝑅 𝑑 = 𝑅 𝑘 𝛾 𝑅 Talajjellemzők karakterisztikus értéke pl.: 𝑐 𝑘 ′ ; 𝛾 𝑘 ′ ; 𝜑 𝑘 ′ ghs

41 Eurocode 7 – 3. tervezési módszer
3. Tervezési módszer geotechnikai alkalamzás esetén – A2 „+” M2 „+” R3 Szilárdság Hatások Anyagjellemzők térfogatsúly Geometriai paraméterek Alkalmazási alternatíva Számítási modell ghs

42 Eurocode 7 – 3. tervezési módszer
3. Tervezési módszer – A2 „+” M2 „+” R3 Hatások Ellenőrzés Talajjellemzők karakterisztikus értéke ghs

43 Eurocode 7 – 3. tervezési módszer (példa)
Terhek tervezési értékének bevitele a modellbe Térfogatsúly karakterisztikus értéke  Önsúlyteher Hasznos terhek biztonsági tényezővel felszorzott értéke (!) Eurocode 7 – 3. tervezési módszer (példa) Példa – Rézsűállékonyság számítása: Rendszerint szoftverek segítségével a következő képpen Talajjellemzők karakterisztikus értékének beépítése a modellbe 𝛾 𝜙 = 𝛾 𝑐 feltétellel indul a számítás  Iteráció, míg nem teljesül a 𝑉 𝑑 = 𝑅 𝑑 feltétel Eredmény 𝛾 𝜙  Biztonsági tényező Ellenőrzés: 1,35 ≤ Biztonsági tényező ghs