Példák és esettanulmányok a mábólszepesr/anyagok/publikaciok/kezdi-emlekkonf...Példák és esettanulmányok a mából a két (három) lépcsıs mérnökképzésben, hagyományos

Példák és esettanulmányok a mából

a két (három) lépcsıs mérnökképzésben,hagyományos és újszerő modellezéssel,

a töltésalapozás szakterületérıl

Koch Edina, Scharle Péter, Szepesházi RóbertSzéchenyi István Egyetem, Gyır

www.sze.hu/~szepesr

Dr. Kézdi Árpád EmlékülésBudapest, 2008

A dolgozat (elıadás) dimenziói

• Emlékezés Kézdi Árpád professzorra

• Elmélkedés a geotechnikai modellezésrıl

• Válaszkeresés az új oktatási kihívásokra

• Ajánlás esettanulmányok publikálásához

• A töltésalapozás mai eszköztárának bemutatása

Mérnöki tevékenység =

modellezés, analízis, döntéshozatal, megvalósítás

1. a feladat (probléma) azonosítása, leírása

2. modellválasztás

3. elemzés, értékelés a választott modell alkalmazásával

4. döntéshozatal (szerkezet- és technológiaválasztás)

5. megvalósítás (szerkezettervezés, kivitelezés)

Mérnökképzés =

modellek bemutatása, alkalmazásuk elsajátíttatása

a) elıbb a modellek megismerésén és közvetlen alkalmazásán lehet a hangsúly,

de már ekkor is célszerő érzékeltetni a modellezést, mint tevékenységet

b) késıbb talán az esettanulmányok segítségével lehet a legjobban a komplex

mérnöki modellezési tevékenységet megmutatni, elsajátítását elindítani

A mérnökképzés szintjeihez kapcsolódó

modellezési képességek, készségek

modellfejlesztési igények megfogalmazásaegyüttműködés a „doktorokkal”

az optimális modell kiválasztása,

az alkalmazás átlátása

„mester” által megválasztott

modellek értelmes alkalmazása

a „teljes” modellkészlet és

az alkalmazhatósági feltételek ismerete

egyszerű jelenségek és

feladatok modellezése

„bármely” jelenség és feladat

helyes megítélése

egyszer ű jelenségek és feladatok felismerése

MSc – MestermérnökBSc – Mérnök

A geotechnika háromszöge

talaj-szelvény

talaj-

viselkedés

talaj-

modell

precedensek tapasztalat kockázat-kezelés

labor- és terepi vizsgálatok megfigyelés, mérés

értékelés-idealizálás, fogalmi, fizikai és számítási modell

keletkezés, geológia, feltárás, talajleírás

Modellezés a geotechnikában

Feladatok

1. talajszelvény leírása

2. veszélyek, lehetıségek értékelése

3. geometriai és anyagmodell megválasztása

4. talajparaméterek felvétele

5. talaj és szerkezet kölcsön-hatásának kezelése

6. technológiai hatások figyelembevétele

7. idı-költség-minıség-kockázatértékelése

Sajátosságok

• mindennapos feladat

• gyors döntéshozatal kényszere

• korlátozott információbázis

• bonyolult körülmények egyszerősí-tésének igénye és veszélye

• egyszerő és bonyolult mechanikai modellek alkalmazhatósága

• komplexitás, multidiszciplinaritás

• korlátos a szaktudás, a kooperáció nélkülözhetetlen

• a megvalósított mő verifikál, a tapasztalat jelentısége óriási

Példa � feladat és választott megoldás ismertetése� tervek vázolása � kivitelezés leírása � eredmény bemutatása

szaktudás, gyakorlottság, kapacitás technológiatranszfer, marketing

Esettanulmány � feladat megfogalmazása� beavatkozási lehetıségek feltárása� geotechnikai modellezés� gazdaságosság, kockázat értékelése� megvalósítás nehézségei, tapasztalatai� megvalósult szerkezet viselkedése

gondolkodásmód, dilemmák, hibák, válaszoktudástranszfer, tanítás

Példák és esettanulmányok a szakirodalomban

Gyakori gyengeségek

• a projekt jelentıségének felesleges hangsúlyozása

• propagandaíző, alig értelmezhetı illusztrálás

• a megoldás „kiválóságának” indoklás nélküli deklarálása

• lényegtelen információk közlése, fontos információk elhagyása

• felszínes tájékoztatás az alkalmazott modellekrıl

• a talajparaméterek eredetének bemutatása elmarad

Preferálandó értékek

• a probléma és az alkalmazott modell

összhangjának korrekt ismertetése

• a fontos adatok (geometria, kényszerek,

anyagjellemzık, hatások) ismertetése

• az anyagmodellek ismertetése,

indoklása a feltevésekkel együtt

• a mechanikai viselkedés (feszültség-

állapotok mozgások, alakváltozások,

törési mechanizmusok) bemutatása

• az alkalmazott számítási eljárások

egyértelmő és „elég” részletes leírása

• a modellezési hibák, tévedések és

javításuk korrekt ismertetése

Töltésalapozás = érdekes szakmai feladat,optimális példa és esettanulmány

a geotechnikai oktatásban

• a talajmechanikai jelenségek, ill. a szerkezeti és építési igények alapszinten is jól értelmezhetık, de mélyebb elemzésük is indokolt

• sokféle konstrukciót és technológiát kínál megoldására a gyakorlat, ezek összehasonlító elemzése minden szinten tanulságos

• a viselkedés modellezhetı hagyományos módszerekkel, de a végeselemes analízissel is

• a (kötelezı) monitoring visszajelzést ad a modellezés helyességérıl, érzékelteti a projekt közbeni geotechnikai tevékenység szerepét

• látványossága, aktualitása, perspektívája vonzó a hallgatók számára, segíti a geotechnika megkedveltetését, szerepének érzékeltetését

töltésalapozások

talajmechanikai

veszélyei

kipréselıdés

vastag gyenge altalaj

vékony gyenge réteg

kedvezı altalaj

kedvezı altalaj

gyenge felszín

alaptörés

szétcsúszás

állékonyságvesztés

vastag gyenge altalaj

nagymértékő, egyenlıtlen, idıben elhúzódó süllyedés

deformációk, elmozdulások

Az M7 autópálya tızeges altalajú szakaszának fı paraméterei

1,0

2,0

1,0

h ≈ 4,0

pályaszerkezet

homoktöltés

homokos kavics

tızeg

homokos agyag

Es ≈ 600 kPa k ≈ 10-7 m/s

Cα ≈ 0,005 cu ≈ 15 kPa

Es ≈ 12 MPa

1:1,5

~6,0 ~30,0 ~6,0

γ = 21 kN/m3

Töltésalapozási technológiák

A töltésalapozási módszerek hatékonysága

alap-

törés

szét-

csúszás

oldal-

kitérés

süllyedés

nagysága

konszoli-

dációs idıköltség idıhatás

lépcsıs építés ++ + + o - ++ - -túltöltés - - - o ++ + -

szalagdrénezés o o o o ++ ++ ++

kavicscölöpözés + + + + ++ - - ++

döngölés (kıtömzs) ++ + ++ ++ ++ - ++

betoncölöpözés + + + ++ + - - ++

geomőanyagos erısítés ++ ++ + o o + o

++ nagyon kedvezı + kedvezı o közömbös - kedvezıtlen - - nagyon kedvezıtlen

stabilitásnövelés deformációcsökkentés kivitelezéstechnológia

konstrukció

M7 autópálya

töltésalapozásának

alapszámításai

hagyományos modellek

segítségével

Töltésmagasság korlátozása a talajtörés elkerüléséhez

( )m45,2

215,1

1514,52 u ≈⋅

⋅=

⋅

⋅+≤

γ

π

n

cH

Lépcsıs építés lehetısége a nyírószilárdság növekedése révén

2u kN/m9210,222,0∆22,0∆ ≈⋅⋅=⋅⋅≈ γHc

( )m0,4

215,1

2414,52 u ≈⋅

⋅=

⋅

⋅+≤

γ

π

n

cH

Süllyedésbecslés

cm700,4600

210,5

s

ö ≈⋅⋅

=⋅⋅

= hE

Hs

γ

Konszolidációs idı becslése

hónap6,5600102

0,4101,18

2

s

2v ≈

⋅⋅

⋅⋅=

⋅

⋅⋅=

−Ek

hTt

γ

Kúszás (másodlagos összenyomódás) 25 év alatt

cm5 m046,05,2

25ln005,00,4ln∆

0α

t

tChs ≈=⋅⋅=⋅⋅=

Kavicscölöpök, kıtömzsök süllyedéscsökkentı hatása

Priebe hagyományos modellel nyert diagramja szerint

kezelési arány A / Ac

javítási tényezı

n

Függıleges drének konszolidációgyorsító hatása

Barron hagyományos modellel nyert diagramja szerint

vertikális konszolidáció

radiális konszolidáció

idıtényezı Tv és Tr

konszoli-dációs

fok

U v és U r

%

( )( )

( ) ( ) ( )rv

2v

srr

2v

svv

111

1

1

UUU

D

Dn

tD

EkT

th

EkT

ts

tsU

c

−⋅−=−

=

⋅⋅⋅

=

⋅⋅⋅

=

∞==

γ

γ

Szétcsúszás vizsgálata hagyományos elvek alapján

Ea

K N T

L2

GH

ϕ - ρ

au

cu

δ L1

A B

C A georácsra jutó

T erı vizsgálata

Az ABC háromszög egyensúlyához szükséges erı

T > 0,5 ⋅ H 2 ⋅ρ ⋅ g ⋅ tg2

(45 – ϕ / 2) – L2 ⋅ cu

Az L2 szakaszon átvehetı erı

T < 0,5 ⋅ H ⋅ρ ⋅ g ⋅ L2 ⋅ tg δ

Az L1 szakaszon leadható erı

T < H ⋅ ρ ⋅ g ⋅ L1 ⋅ tg δ + au ⋅ L1

A georács által (szakadás nélkül) felvehetı erı

T < Tsz

Kıtömzsök hatásának modellezése FEM-programmal

01

2 3

4 5

6 7

8

9

10 11

12 13

lépték, geometria, rétegzıdés, kıtömzs, jármőteher (15 kPA), háló,

süllyedés a töltés hatására

fıfeszültségek a töltés alatt

süllyedés a jármőteher hatására

Komplex töltésvizsgálat végeselemes analízissel PLAXIS programmal

Modellezési lehetıségekTalajmodellezés

Mohr-Coulomb modell

Soft Soil modell

Hardening Soil modell

Építési szerkezetek, fázisok, állapotok

kezdeti feszültségállapot

kavicscölöp, drénezés, geotextília

lépcsıs építés, túltöltés és visszaszedése

azonnali süllyedés, konszolidáció, kúszás

tartós állékonyság

Példa a BSc-képzésben:

kavicscölöpös és szalagdrénes töltésalapozás

összehasonlító vizsgálata

távolsága száma

egy szelvénybenszáma

hossza

(6,0 m/db)

m db db m cm hónap m Ft

kezelés nélkül - - - 20,0 25,0 -

1,50 14 - 15 3349 20092 20,0 5,8 12,1

2,00 11 - 12 2656 15935 20,0 9,9 9,6

2,50 9 - 10 2194 13164 20,0 13,1 7,9

1,50 14 - 15 3349 20092 10,0 1,3 80,4

2,00 11 - 12 2656 15935 13,3 2,9 63,7

2,50 9 - 10 2194 13164 17,4 5,3 52,7

süllyedés

végértéke

konszolidációs

idı

(2 cm

hátramaradó

süllyedéshez)

töltés-

alapozási

többlet-

költség

összes kezelés

(300 fm hosszon)

technológia,

konstrukció

szalagdrén

(9,5 × 5 mm méret)

(600 Ft/m egységár)

kavicscölöp

(65 cm átmérı)

(4000 Ft/m egységár)

kezelési pontok

(szabályos háromszög kiosztásban)

Esettanulmány az MSc-képzésben:

az M7 töltésalapozási munkáinak átfogó ismertetése

• a Balaton-part geológiája – vonalvezetési kérdések

• talajvizsgálatok nehézsége – a tızegek jellemzése

• tendertervek – a mőszaki optimum és az építési idı

• vállalkozói szempontok – technológiai változtatások

• méretezés – hagyományos és FEM-modellek

• tervezési bizonytalanság – monitoring

Modellfejlesztés a PhD-képzésben:

a FEM alkalmazása a töltésalapozás modellezésére

• a FEM alkalmazásának terjedése a gyakorlatban szembeötlı,

a mérnökképzés e tekintetben (változó mértékő) késésben van

• a fejlettebb talajmodellek alkalmazása nagyon ígéretes,

tanításuk viszont nehéz, a paraméterfelvétel hibaveszélye pedig nagy

• a talaj-szerkezet kölcsönhatás, az építési folyamat könnyen elemezhetı,

az eredmények értékelése viszont új szemléletet kíván

• kettéválik a geotechnika eszköztára, a hagyományos gyorsan avul,

a mérnökgenerációk nélkülözhetetlen együttmőködése válságba kerül

• a FEM konkrét alkalmazásainak kidolgozása a jelen alapvetı feladata,

geotechnikai PhD-programként hasznos és elegendı ezt megcélozni