Transcript Letöltés - Geotechnikai Tanszék

TALAJMECHANIKA-ALAPOZÁS
(BMEEOGTK701)
9. ELŐADÁS
SÍKALAPOK
SÜLLYEDÉSÉNEK
SZÁMÍTÁSA
EC7 szerint:
Tartószerkezet károsodása süllyedés miatt
teherbírási határállapot
Építmény használhatóságának korlátozódása
süllyedés miatt
használhatósági határállapot
Síkalapok süllyedésének okai
Teherbírásra történő méretezés után
Megengedhető süllyedések alakulnak-e ki
Az altalaj nem szenved akkora deformációt,
amely az építményre károsan hat vissza.
• a statikus terhelés okozta
tömörödés és harántkontrakció miatti süllyedések
Számítással meghatározhatók és megengedhetőségük mérlegelhető
• a nem várt okok miatt esetlegesen bekövetkező
roskadás, zsugorodás, rezgés miatti süllyedések
Előzetesen általában nem számíthatók ki,
megfelelő konstrukciókkal (intézkedésekkel) elkerülendők
Süllyedések további okai lehetnek:
- talajban lévő víz hatása (talajvízszint ingadozás,
vízáramlás,w-növekedés, kiszáradás, csőtörés);
- aláüregelődés (talajvíz kimosó hatása), bánya,
pince, alagút;
- talajcsúszás (felszínközeli talajmozgás);
- kémiai átalakulások (duzzadás, kioldás);
- hőmérsékleti hatások (fagy, hűtőházak, kemencék).
A süllyedés összetevői és időbeli alakulásuk
Konszolidációs idő eltérő talajonként
Süllyedésszámítás
Mértékadó terhelés rögzítése:
- Alap (karakterisztikus) értéken számítva
– csak a tartós (kvázi állandó) statikus terhek
- a mozgó tehernek a süllyedések szempontjából
mértékadó, és a süllyedésszámításában figyelembe
veendő része az altalajtól, áteresztőképességétől, a
terhelés hatásidejétől (pl. szélteher) és az építmény
jellegétől (lakóház, ipari épület, híd, siló stb.) is függ
Első feladat a terhek rögzítése után:
az altalajban keletkező feszültségek meghatározása
Lásd korábban
PARCIÁLIS TÉNYEZŐK A SÜLLYEDÉSSZÁMÍTÁSBAN

használhatósági határállapot vizsgálatakor
(korlátozott használat , esztétikai zavar)
g = 1,0

teherbírási határállapot vizsgálatakor (STR)
(felszerkezet károsodása)
g G= 1,35
g Q= 1,50
Elvileg két süllyedésszámítást kellene végezni,
de a parciális tényezők arányait figyelembe véve
az első számításból a második eredménye becsülhető.
Süllyedések meghatározása
Alapösszefüggések
A Rugalmasságtan szerint:
1
        
E
z
z
f
s   ds  
a
x
y
      
z
x
E

y
 dz
"a" és "f" pl. egy vékonyabb talajréteg alsó és felső szintje lehet
Ha nem az E rugalmassági modulussal, hanem az
E  E
s
1 
1   2  
2
kompressziós (összenyomódási) modulussal számolunk, amit
közvetlenül a kompressziós görbe alapján határozzuk meg,
akkor ezzel már a x és a y feszültségek hatását is számításba
vettük, így:
1
s     dz
E
f
z
a
s
Az integrál a z ábrának az "a" és "f" szintek között értelmezett
területe.
A süllyedések számítása
Feszültségszámítás az alaptestek
alatt
F'M  Fa  Fe , p 
n
s   s i
i 1
FM
F
 0 , p  M  0
B L
B
si 
1
 h
  z dz  zátl i ,
E si hi
E si
1
zátl   zfels  4  zköz  zals 
6
1. Kompressziós görbével
si   i dz   i  i 0 dz iátl  h i
hi
hi
2. Számítás az összenyomódási modulussal
s
Mint az előzőekben láttuk:
1
 .h
   dz 
E
E
f
zatl
z
a
s
s
Ezt a számítást az összenyomódási modulusok (Es)
ismeretében valamennyi rétegre (részrétegre) összegezzük:
s  s
n
i 1
i
Ha feszültségcsökkenést a Jáky-féle elmélet szerint lineárisnak
 m
tételezzük fel: s 
2E
zo
o
s
s h 
1
s
T
h
 
E
E
z‡tl
s
1
s h 
2
2
s
s h 
n
n

z1
E
s1

z2
E
s2

E
s
 m
zo
2E
o
(Jáky)
s
Sávalap
m  2B
 B F
s

E
E
o
zn
zo
sn
s
s
A határmélység
Egyedül Jáky elmélete határolja le azt a mélységet,
többletfeszültség keletkezik a terhelésből az alapsík alatt (mo);
ameddig
A legtöbb ország szabályzata azt az m0 mélységet fogadja el
határmélységnek, ahol
 h g
,
 
n
i
i
z
A hazai gyakorlat: n = 5 ( 0.2  h  g )
i
i
Ha az alap szélessége B > 10 m (lemezalapok), akkor a gyakorlati
tapasztalatok szerint m0 = 2/3B - B/2 határmélység felvétele indokolt
(kötött - szemcsés talaj).
Az építmények süllyedéstűrése
A kapott süllyedés megengedhető-e?
Abszolút (magassági) értelemben: csatorna-és
közműcsatlakozások, csatlakozó épületek.
egyéb
Az
egyenlőtlen
(relatív)
süllyedések
elferdüléseket,
meggörbüléseket, áthajlásokat és az ezekből származó többletigénybevételeket (nyomaték, nyíróerő) okozhatják.
Az építmény süllyedéstűrése függ:
 a szerkezettől;
 a méretektől és a
 rendeltetéstől.
Szerkezetileg: a statikailag határozatlan szerkezetek többtámaszú tartók, keretek, ívtartók stb. - érzékenyek.
Érzékenyek az előregyártott (házgyári) elemekből épített
paneles, blokkos épületek is, a kapcsolatokat biztosító
acélbetétek korrózióvédelme miatt.
Méretek szempontjából a magas súlypontú
(víztornyok, gyárkémények) érzékenyek.
Rendeltetés szerint azok az
amelyeknek repedésmentessége
feltétele (tartályok, medencék).
építmények
építmények érzékenyek,
a biztonságos üzemük
Szabványokba foglalt ajánlások tájékoztatnak a megtűrhető
süllyedések, süllyedéskülönbségek nagyságáról.
A következőket kell ellenőrizni:
 egyenletes süllyedés (se);
  "merev billenés";
 smax legnagyobb süllyedés;
s
illetve:
;
ab
 : legnagyobb relatív szögforgás;
 R : mértékadó görbületi sugár;
 : legnagyobb szögtorzulás.
max
SÜLLYEDÉSKRITÉRIUMOK
felszerkezet tervezőjének kell(ene) megadnia
 szerkezeti - funkcionális - esztétikai szempontok
mérlegelendők
 a szokásos mérőszámok és határértékeik a geotechnikai szakirodalomban
 a legfontosabbak ajánlott értékei
a
abszolút süllyedésre
50 mm megengedhető általában
oszlopok süllyedéskülönbsége
20 mm mindig megengedhető
relatív elfordulás
1/500 szerkezetileg megengedhető
1/150 tönkremenetelt okoz
A
süllyedéskülönbségeket
a
különböző
épületekre
megengedett határértékek alapján kell megítélni. Agyag (kötött)
talajon lassú, homok (szemcsés) talajon gyors a konszolidáció.
A károsodott hazai épületek 92%-a 1-3 szintes!
(Szerkezeti merevség szerepe!)
Az egyes alaptestek nem egymástól függetlenül süllyednek.
A fa-, tégla- és kőzetszerkezetek kevésbé érzékenyek.
Az acél- és vasbeton építményeknél erőátrendeződés
következik
be.
A
szerkezeti
merevség
miatt
a
süllyedéskülönbség csökken, de a szerkezetben nő a
feszültség. Az átrendeződés annál nagyobb, minél merevebb a
szerkezet (EI nagy)!
Erősen összenyomható talajra vagy merev (kiegyenlít) vagy
hajlékony (ami bírja) szerkezetet tervezzünk.
Repedés, épületelhajlás riadalmat kelt.
Egyenlőtlen süllyedések okai
egyenlőtlen
talajrétegződés
egyenlőtlen terhelés
különböző
alapozási mód
feszültségek egymásra
halmozása
talaj oldalkitérési
lehetősége megnő
meglévő épület
egyensúlyi
viszonyát
megbontják
Gyakori elferdülési ok (feszültség-szuperpozíció):
A repedések
emelkednek.
a
nagyobb
süllyedésű
hely
felé
Kanadai „kissing” silók
Nemcsak a statikus teher, hanem az egyéb hatások (pl. víz,
dinamikus hatás, zsugorodás stb.) is okozhat süllyedést.
Először a leggyengébb helyeken (ajtók, ablakok sarokpontjai
között) keletkeznek a első repedések. Nyílászárók befeszülnek,
üvegek elpattannak.
Hajszálrepedések: ha azok tágassága kisebb 0,1 mm-nél.
Vakolással még rendbehozható az 5-15 mm tágasságú repedés.
Viszont 25 mm tágasság felett felújítás, illetve újraépítés
szükséges.
Süllyedések mérése
Mérés: általában szintézissel (0,l mm pontosságú léccel, ill.
műszerrel).
Relatív süllyedéskülönbségek mérésére alkalmas:
 lábazat,
 homlokzati párkány;
 födémek;
 függőfolyosók;
 ablaktokok vonala;
 járda.
Hosszabb idejű mérések céljára: falicsapok
Vízszintes
felületek
gömbfejű szegecs
süllyedésmérésére:
Az építmény teljes süllyedése az alap alá
kerülő aljzatra helyezett süllyedésmérő rúddal
(betonvas, cső) lehetséges.
A süllyedések időbeli változását mutató
konszolidációs görbék alapján meg lehet
mondani, hogy várhatók-e még süllyedések,
vagy már befejeződtek.
A mért süllyedések alapján megrajzolhatók az
építmény azonos süllyedésű pontjait összekötő
vonalak.
Süllyedésvizsgálat gipsztapasszal
Védekezés káros süllyedések ellen
a) Kisebb talpnyomás alkalmazása
A talaj teherbírása szempontjából szükségesnél nagyobb
felületű alapot építünk. Szélesebb felület alatt kisebb
feszültségek keleteznek.
Hatásos,
ha
mélységgel
csökken
az
altalaj
összenyomhatósága
Hatástalan, ha mélyebben kedvezőtlenebb réteg van.
b) Alapsík mélyebbre vitele
Ha nem túl nagy mélységben jó teherbíró talaj van.
Gazdaságos, ha a terepszint alatti helyiségek hasznosíthatók.
Hatása kettős:
 teherbíró rétegre kerül az alapsík;
 nő a kiemelt földtömeg súlya:
a,
b,
c) Talajcsere
Teljes vagy részleges.
Általában homokos kavics, homok.
Csak talajvíz felett, alatta nem lehet tömöríteni.
Költséges.
d) Oldalkitérés megakadályozása
Laza szemcsés és puha kötött talajokban.
Védekezés:
 az egész alapot körbefogjuk szádfalakkal;
 leterheljük az oldalkitérés következtében felpúposodni
"készülő" felszínt.
e) Talajszilárdítás
Idegen anyagokat juttatunk be (injektálunk), a talaj
hézagaiba.
Talajszilárdítás injektálással
Az injektálóanyagot a talajba fúrt, vagy vert csöveken
keresztül sajtolják le nyomás alatt.
Az injektáló anyag lehet:
 cementtej;
 vízüveg (nátriumszilikát) alapanyagú;
 akrilamid;
 lignoszulfit - lignoszulfát;
 fenoplast;
 aminoplast;
 egyéb anyag.
f) Előterhelés alkalmazása
Előzetesen felhordott terheléssel "kikényszerítjük" az
altalaj összenyomódásának legalább egy részét.
A helyzet hasonló lesz valamely geológiai előterhelésen
"átment" réteg viselkedéséhez.
Mexico-City esete. A főváros egy régi vulkáni tó helyén
épült,
amelyet
igen
vastag,
nagymértékben
összenyomható, finom vulkánikus hamu töltött fel. Az
egész város süllyed. Méter nagyságrendűek helyenként
ezek a süllyedések. A városban alkalmazott épület
süllyedéscsökkentő módszer: a vb. vázas épületek
alaplemezeit a kész épület súlyának megfelelő
kavicstömeggel terhelik meg. Ennek hatására lezajlik a
süllyedés nagy része - amit kivárnak. Ezután folytatják az
építkezését, és a kavicsot olyan ütemben távolítják el,
ahogyan az építmény súlya nő.
g) Helyes szerkezeti megoldás alkalmazása
Szerkezet merevségének helyes megválasztása:
 vagy
olyan
merev
legyen,
hogy
a
süllyedéskülönbségekből
származó
feszültségeket
károsodás nélkül elbírja;
 vagy olyan hajlékony legyen, hogy a süllyedésből
származó alakváltozásokat károsodás nélkül kövesse.
Süllyedésre gyanús területen statikailag határozott
szerkezetet tervezzünk.
Anyag: fa, tégla, acélszerkezet nem túl érzékeny.
Hosszú,
különbözőképpen
terhelt
épületrészeket
célszerű süllyedési hézaggal egymástól elválasztani. (A
hődilatáció miatt is szükséges.)
Nagy süllyedést szenvedő építményeknél gondoskodni
kell az üzemi vezetékek, közművek megfelelő
bekötéséről (ovális nyílás, hajlékony vezeték).
h) Helyes építési sorrend
A süllyedésre érzékeny szerkezeti részeket lehetőleg
minél később építjük meg.
Ellentétes tendenciák:
 gépesítés, eszközlekötés, előregyártás az építés
gyorsítása mellett szól;
 pórusvíznyomás növekedés (kötött talajok esetén) az
ütem lassítását diktálja.
Nagy hasznos terhű építményeknél (silók, folyadéktároló
tartályok) a teherfelhordás szabályozható.
Hídfők süllyedése a háttöltés építési idejével
befolyásolható.
i) Mélyalapozás tervezése
Sokszor ez a legegyszerűbb és legolcsóbb.
Későbbiekben részletesen tárgyaljuk.
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET !
Dr. Móczár Balázs
BME Geotechnikai Tanszék