Töltésalapozások tervezése II. - sze

1

Töltésalapozások Töltésalapozások

tervezésetervezése

IIII..

2

Talajmechanikai Talajmechanikai

problémákproblémák

Nagymértékő, egyenlıtlen és idıben elhúzódó

süllyedés az altalaj összenyomódása miatt

Puha altalaj

Töltés

Rotációs

mozgás

Süllyedés

3

A módszerválasztás szempontjai

a talajmechanikai problémák kiküszöbölésére• Lépcsıs építés

- ha a talajtörés a fı veszély, viszont van idı a konszolidációra

• Túltöltés

- ha a lassú konszolidáció a fı gond, viszont nincs talajtörési veszély

• Szalagdrénezés

- ha vastag a puha réteg, kevés az idı,

viszont nem nagy a süllyedés és az alaptörés veszélye

• Kıtömzsök készítése döngöléssel

- ha nagy az alaptörési veszély és a süllyedés, kevés az idı,

viszont nem túlzottan vastag a puha talaj

• Kavicscölöpözés

- ha vastag és esetleg fedett a gyenge réteg, a süllyedés és az idı is kritikus,

viszont kicsi a kezelendı felület

• Betoncölöpözés

- ha nagyon kicsi lehet a süllyedéskülönbség, és semmi idı sincs,

viszont nem nagy a terület

• Geomőanyagos talajerısítés

- ha a szétcsúszás és az alaptörés a fı veszély,

viszont a süllyedés nagysága és elhúzódása kevésbé

4

Az altalaj javítása Az altalaj javítása

szemcsés anyagok szemcsés anyagok

bevitelévelbevitelével

5

Kavicscölöpök és Kıtömzsök

Az altalaj komplex javítási módszerei, mert

készítésük, illetve a kész kavicscölöpök és kıtömzsök :

•talajtömörítésként •részleges talajcsereként•függıleges drénként is mőködnek,

így

•csökkentik a süllyedések mértékét, •növelik a talajtöréssel szembeni biztonságot, •gyorsítják a konszolidációt.

6

7

Tervezési kérdések

• Milyen kiosztással, mélységgel és milyen kitöltı anyaggal kell

beépíteni a kavicscölöpöket, kıtömzsöket ahhoz, hogy az adott

terhelés hatására a süllyedések egy határérték alatt maradjanak?

(használhatósági határállapot vizsgálata)

• Az adott kiosztás mellett a süllyedések lezajlásához szükséges idı

becslése, illetve az adott talajviszonyok esetén milyen hosszú

konszolidációs idı várható?

(használhatósági határállapot idıbeli vizsgálat)

8

Tervezési kérdések

• A teherelosztó réteg méretezése

(teherbírási határállapot vizsgálata)

• Az adott kiosztású kavicscölöpökkel, kıtömzsökkel javított talajban

a terhelés hatására bekövetkezhet-e alaptörés, illetve a töltés

szétcsúszása?

(teherbírási határállapot vizsgálata)

9

Teherbírási határállapotok

10

Kavicscölöpök, kıtömzsök tervezése

• Hagyományos elméletek (Barron – Priebe)

• Geotechnikai szoftverek

• Hagyományos elmélet (GGU)

• Végeselemes programok

Plaxis 2D

Plaxis Tunnel

Plaxis Foundation

Plaxis 3D

MIDAS GTS

11

tH

1cT

2vv ××= tD

1cT

2rr ××=1 - U = (1 - Uv) × (1 - Ur)

n=D/d

„Hagyományos” elmélet

Barron - Konszolidációszámítás

12

„Hagyományos” elmélet

Priebe – Süllyedéscsökkentı hatás

13

0.0 0.00 0.0 0.00

25.0 0.02 20.3 9.42

50.0 0.03 56.3 26.08

75.0 0.05 70.3 32.52

100.0 0.07 78.2 36.20

125.0 0.08 83.0 38.43

150.0 0.10 86.2 39.88

175.0 0.12 88.4 40.90

200.0 0.14 90.0 41.66

225.0 0.15 91.3 42.26

250.0 0.17 92.3 42.75

275.0 0.19 93.2 43.16

300.0 0.20 94.0 43.51

325.0 0.22 94.7 43.82

350.0 0.24 95.3 44.10

375.0 0.25 95.8 44.34

400.0 0.27 96.2 44.55

425.0 0.29 96.6 44.74

450.0 0.30 97.0 44.91

475.0 0.32 97.3 45.06

500.0 0.34 97.6 45.19

Time

[days ]

Tv(*)

[-]

U

[%]

s

[cm]

(*) T v [- ] = c v(1) * t / H²

Depth Es k cv[m] [MN/m²] [m/s] [m²/s]

Designation

4.00 1.0 2.00 * 10-8

2.00 * 10-6

tõzeg16.00 8.0 1.00 * 10

-9 8.00 * 10

-7agyag

SoilDepth Es k cv[m] [MN/m²] [m/s] [m²/s]

Designation

4.00 1.0 2.00 * 10-8

2.00 * 10-6

tõzeg16.00 8.0 1.00 * 10

-9 8.00 * 10

-7agyag

System

Permeable

Permeable

0.00

4.00

16.00

100.0

93.2

85.0

76.0

67.3

59.4

52.7

47.0

42.2

u (max) [kN/m²]

tõzeg

agyag

4.00

12.00

H = 16.00

100 200 300 4000

20

40

60

80

100

Time [days]

Load [%]

tõzeg 4.00

agyag 16.00

t = 100.00

t = 200.00

t = 300.00

t = 500.00

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.016

14

12

10

8

6

4

2

0

Consolidation ratio [-]

Depth [m]

t [days]

0 100 200 300 4000

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Time [days]

Settlement s [cm] / s (Depth = 4.00 m)

. GGU-CONSOLIDATE program

14

Plaxis 2D - Tengelyszimmetrikus modell

Plaxis 2D - Síkbeli modell

15

16

MIDAS GTS 3D

17

Számpélda

-

Kavicscölöpök méretezése

hagyományos elméletekkel

18

~ 5,0 ~ 9,0 ~ 5,0

2·h ≈ 5,0

0,6

3,4

vágány

töltés

kissé szerves kövér agyag

Es ≈ 2 MPa k ≈ 2·10-10 m/s

Cα ≈ 0,001 cu ≈ 25 kPa

kavics Es ≈ 50 MPa

1:1,5 γ = 20 kN/m3

Zala-vasút kedvezıtlen altalajú szakaszának

fı paraméterei

19

süllyedésszámítás

(kezelés nélkül) :

konszolidációszámítás

(kezelés nélkül) :

alaptörés: 5,1204

2555=

⋅⋅

=⋅

⋅=

γtöltés

u

h

cn

szétcsúszás: 3,1118

150

118

625==

⋅=

⋅=

a

u

E

Lcn

cm200,52000

200,4

s

ö ≈⋅⋅

=⋅⋅

= hE

Hs

γ

ttth

Ekt

h

cT

v

sv ××=××××

=××

×=×= −

−9

2

10

2

0

2

0

104,6105,2

3000102

γ

A Terzaghi-féle konszolidációs elmélet alapján a κv=(1-Uv)=90%-os

konszolidációs fokhoz tartozó idıtényezı T=0,85.

hónapst 50103,1104,6

85,0 8

9≈×=

×=

−konszolidációs idı :

20

Talajjavítással elérhetı javulás meghatározása

Kavicscölöpök

- „s” a függıleges drének távolsága

- ″D″ a talajhenger átmérıje, ahonnan a víz a drének felé áramlik (D= s·1,05)

- ″d″ a drén átmérıje

21

Konszolidációgyorsítás számítása

22

Radiális és vertikális konszolidációRadiális és vertikális konszolidáció

tH

1cT

2vv ××= tD

1cT

2rr ××=1-U=(1-Uv)×(1-Ur)

n=D/d

23

Süllyedéscsökkentés számítása

24

A kavicscölöp süllyedéscsökkentı hatásaA kavicscölöp süllyedéscsökkentı hatása

4,10≈cA

Ao40=cϕ n = 1,5 sm ≈ 13 cm

25

Barron egyenlet

kq

kl

d

D

t

DC

W

H −

+−=

1

1ln6,1275,0ln

8

2

π

l (m) cölöpözendı rétegvastagság d (m) kavicscölöp átmérı

k (m/s) áteresztıképességi együttható qw (m3/s) kavicscölöp vezetıképessége

Es (kN/m2) összenyomódási modulus CH (m

2/s) konszolidációs tényezı

t (nap) tervezett konszolidációs idı D (m) kavicscölöp hatásátmérı

κ tervezett konszolidációs fok A (m2) kavicscölöpözendı terület

26

Használhatósági határállapot

-

Méretezés számítástechnikai

programokkal

-

GGU Consolidate

27

28

GGU-AXPILE Analysis and design of drilled and driven piles taking into consideration geotechnical capacity and settlement.

GGU-CONSOLIDATE Evaluation of one-dimensional field consolidation in layered soils, including vertical drains.

GGU-ELASTIC Analysis and presentation of two-dimensional and axisymmetric deformation and stress fields by elastic FE analysis.

GGU-FOOTINGDesign and graphical presentation of footing diagrams (computation of bearing failure and settlement). Consideration

of soil layers, berms, slope, base inclination, preloading, line loads.

GGU-GABION Design and analysis of gabion foundations and walls.

GGU-LATPILE Elastic analysis and design of laterally loaded piles in layered soils based on modulus of subgrade reaction.

GGU-RETAIN Geotechnical design and structural analysis of all types of anchored, strutted and free retaining walls.

GGU-SETTLEComputation of foundation settlements and stresses under vertical loads of gerneral shape and distribution on

layered soils (also used for landfills, embankments and dams).

GGU-SLICE Stability calculations of slope laminae.

GGU-SLOPE-PILE Design and calculation of embankment piles according to ZTV-Lsw 88

GGU-STABILITYComputation of slope stability for circular and polygonal slip plane and rigid body failure mechanism. Computation of

soil nailing and reinforced earth walls with soil nails, anchors and geosynthetics.

GGU-TRENCH Evaluation of the construction stability of slurry trench walls.

GGU-UNDERPIN Calculation and design of underpinning walls.

GGU-VIBRATIONCalculation of construction and building vibrations according to IGBE Research Publication No. 61, University of

Hannover.

Geotechnical calculation

29

30

31

32

33

Használhatósági határállapot

-

Méretezés számítástechnikai

programokkal

-

PLAXIS 2D

34

PLAXIS 2D – síkbeli modell

350 100 200 300 400 500

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

Time [day]

|U| [m]

Függıleges irányú elmozdulások a töltésépítést követıen

Idı – süllyedés görbe

ZalavasútZalavasút

• kavicscölöp építés

• Mohr-Coloumb

• 6 építési fázis

• smax=9 cm

• teherfelvitel

• konszolidációs idık

PLAXIS 2D

síkbeli modell

36

PLAXIS 2D – tengelyszimmetrikus modell

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

37

Konszolidációszámítás – PLAXIS 2D

0 50 100 150 200 250

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

Time [day]

Displacement [m]

Chart 1

Point A

Point B

Point C

Point D

Point E

38

PLAXIS Tunnel – 3D

x

y

AA

0

1

2

3 4

56

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

39

MIDAS GTS – 3D

40

Teherbírási határállapot

-

Méretezés hagyományos

elméletekkel

-

BS 8006

41

a legnagyobb tengelytávolság :

• Qp a cölöpcsoport minden egyes tagjának teherbírása;

• ffs a talaj térfogatsúlyának parciális tényezıje,

• γ a töltés anyagának térfogatsúlya;

• H a töltés magassága;

• fq a külsı megoszló teherhez rendelt parciális tényezı

• ws a külsı megoszló terhelés.

sqfs

p

wfHf

Qs

⋅+⋅⋅=

γ

Cölöpcsoport teherbírása

42

A függıleges terhek leosztása H ≥≥≥≥ 0,7· (s - a)

( )ε⋅

+⋅

−⋅=

6

11

a2

asTWrpT

Trp - az erısítésben

keltett húzóerı;

ε - az erısítés fajlagos nyúlása.

43

Szétcsúszás

• Tds az erısítés egy folyóméterében keletkezı húzóerı;

• Ka az aktív földnyomás tényezıje ;

• H a töltés magassága;

• γ a töltés térfogatsúlya;

• ws a töltéskoronán egyenletesen megoszló terhelés;

• ffs a talaj térfogatsúlyához rendelt parciális tényezı;

• fq a külsı terhekhez rendelt parciális tényezı.

( ) Hswqf2HfsfaK5,0dsT ⋅⋅⋅+⋅⋅⋅= γ

( )

msf

cv'tan'h

nfsfswqf2HfsfHaK5,0

eL ϕαγ

γ

⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅⋅≥

( )

⋅+

⋅⋅⋅

+⋅⋅≥

msf

2cv'tan2'

msf

1cv'tan1'h

dsTrpTpfnf

bLϕαϕα

γ

az erısítés bekötése

minimális erısítési hossz

44

Általános állékonyság MD ≤≤≤≤ MRS + MRP + MRR

MD - a töltés alapsíkjának bármely kiválasztott helyére vonatkozó, felszorzott

mozgatónyomaték

MRS - a töltés alapsíkjának bármely kiválasztott helyére vonatkozó, a talaj

ellenállásából származó, megfelelıen csökkentett stabilizáló nyomaték

MRP - a töltés alapsíkjának bármely kiválasztott helyére vonatkozó, a cölöpök

hatásából adódó, stabilizáló nyomaték

MRR – a töltés alapsíkjának bármely kiválasztott helyére vonatkozó, az erısítésbıl

származó stabilizáló nyomaték

45

Teherbírási határállapot

-

Méretezés hagyományos

elméletekkel

-

Rézsőállékonysági vizsgálattal

46

Szétcsúszás vizsgálata

A kezelt talaj egyenértékő tulajdonságaival:

talajcölöp

cölöp

AA

Aa

+=

cölöptalajeq cacac ⋅+⋅−= )1(

cölöptalajeq tgmmtg ϕϕϕ ⋅+⋅−= tan)1(

cölöptalajeq aa γγγ ⋅+⋅−= )1(

47

Alaptörés vizsgálata

A kezelt talaj egyenértékő tulajdonságaival

48

Teherbírási határállapot

-

Méretezés számítástechnikai

programokkal

-

PLAXIS program

49

PLAXIS 2D

PLAXIS Tunnel

3D