Királyegyháza, cementgyár - esettanulmányszepesr/anyagok/oktatas/NGB-se003_1/eloadasok... · Mayne – Poulos megoldása ... lassabb kon-szolidáció

Wolf Ákos

Királyegyháza, cementgyár - esettanulmány

Tartalom BevezetésProjekt ismertetés, helyszín bemutatása

Főbb műtárgyak, létesítmények

Talajadottságok bemutatása

Műtárgyak tervezése (klinkersiló, nyersanyagtároló, hőcserélő torony,

iroda)

Összefoglalás

Királyegyháza, cementgyár - esettanulmányok

Bevezetés

Helyszín

Királyegyháza

Bevezetés

• Nostra Cement Kft.Beruházó

• STRABAG MML Kft.• Magyar Aszfalt Kft.

Kivitelező

• Innober-wave Kft.Műszaki ellenőr

• Total Kft. - generáltervező• M Mérnöki Iroda Kft. – statika• A TEC Gmbh. - technológia

Tervező

• Geoplan Kft.• dr. Szepesházi Róbert - szakértő

Geotechnika



Nyersanyag-tároló

(előhom.)

Hőcserélő torony,

kemenceKlinkersiló

CementsilókIroda,

szerviz-csarnok

Főbb műtárgyak


• 65 m fesztávolságú acél csarnokszerkezet

• Középső hosszanti tengelyén ~13 m magas súlytámfal

szerkezet

• középső hossztengely mentén kb. 13-14 m magasságig betöltött alapanyag hatására keletkező mozgások kezelése

• Nagy fesztávolság

nehézség

Nyersanyagtároló

65 m


• Alapterület: 19 x 25 m• Magasság:105 m • Anyag: vasbeton• Kivitelezés: csúszó

zsalus technológia

szerkezet

• Szigorú süllyedési és süllyedéskülönbségi korlátok

• A toronyhoz csatlakozik a gyakorlatilag terheletlen kemencesor

nehézség

Hőcserélő torony


• Átmérő: D=50 m• Magasság H= 50 m• Anyag: vasbeton• Kivitelezés: csúszó

zsalus technológia

szerkezet

• Jelentős mértékű terhelés:• önsúly: 360.000 kN• hasznos teher: 900.000

kN

nehézség

Klinkersiló


• 6 db cementsiló egy alaplemezen

• Átmérő: 14 m • Magasság: ~55 m• Alaplemez vastagság:

3,5 m• Anyag: vasbeton• Kivitelezés: csúszó

zsalus technológia

szerkezet

• Alaplemezen egyenlőtlen terhelési viszonyok kialakulása

nehézség

Cementsilók


• 6 db cementsiló egy alaplemezen

• Átmérő: 14 m • Magasság: ~55 m• Alaplemez vastagság:

3,5 m• Anyag: vasbeton• Kivitelezés: csúszó

zsalus technológia

szerkezet

• Alaplemezen egyenlőtlen terhelési viszonyok kialakulása

nehézség

Cementsilók


• Csarnok: 24 m fesztávú rácsos tartó

• Iroda: legjellegzetesebb: kéttámaszú, feszített felső födémre függesz-tett hídszerűen kialakított tartószerkezet

szerkezet

• Az iroda és a csarnok is a gyárterületet körülvevő 6-7 m magas töltéshez csatlakozik

• Az alapokra vonatkozó süllyedéskülönbségi korlát a jelentősen eltérő terhelési viszonyok mellett

nehézség

Iroda, szervizcsarnok


Műtárgyak mérete, terhelése

Mélyalapozási igény

Nagy lehatási mélység

Átlagosnál nagyobb mélységű

feltárások

Előzmény

GeoPannon Kft.: Területismertető szakvélemény 2006. június

• Feltárások: jellemzően 10-15 m mély fúrások + 1-1 db 30, 35 és 40 m mély feltárás

Előkészítés

Univesitas Győr Kht.: 2 db statikus próbaterhelés 2007. március

• Cölöphossz: L = 22 m• Átmérő: D1 = 80 cm, D2 = 100 cm• Gyenge teherbírás

Geoplan Kft.: 2 db 75 m mélységű nagyátmérőjű fúrás 2007. április

• Teljes mélységig puha, átázott , telített, helyenként mészkonkréciós pleisztocén agyag, felszín közeli talajvíz geotechnikai problémák

Geoplan Kft.: 6 db ~45 m mély statikus szonda (CPT) 2007. június

• Teljes mélységig qc < 4 Mpa csúcsellenállás


• 10-40 m mély feltárások, összesen 200 fm hosszban

Előzmény

• 2 db 75 m mély nagyátmérőjű fúrás• 6 db ~ 45 m mély statikus szondázás (CPT)

Előkészítés fázisa

• 31 db 15-46 m mély statikus szondázás (CPT) (Σ795 fm)

• 19 db 15-65 m mély nagyátmérőjű fúrás (Σ615 m)• 7 db 6 m mély kisátmérőjű fúrás

Kiviteli terv

Feltárások



Talajvizsgálati jelentés• feltárások, laborvizsgálatok kiértékelése• várható rétegződés• talajfizikai paraméterek karakterisztikus

értékei• tervezéshez szükséges alapadatok

Geotechnikai terv• statikus tervezővel folyamatos konzultálás,

igények egyeztetése, leggazdaságosabb megoldás keresése

Monitoring• elvégzett mozgások ellenőrzése, további

alakváltozások becslése

Tervezési lépések


Geológia

Alapréteg• nagy mélységben –

kivitelezést és tervezést nem befolyásolja

Rétegsor• harmad- és

negyedidőszaki képződmények

• A hegység előterében az erózió hatására változatos pleisztocén rétegsor: törmelékes, pizolitos, áthalmozott, mészkonkréciós, barna agyag szintekkel átszőtt

• Felső pannóniai beltó feltöltődése, homokos kőzetliszt – 70 m mélységben

• Pliocén és alsó pleisztocén határára jellemző vörös agyag zóna


Laboratóriumi vizsgálatok

Szemrevételezés, tapintás• szín, küllemi sajátosságok• összetétel• mikrorétegzettség

Víztartalom meghatározás - azonosító vizsgálatok• Konzisztencia határok meghatározása• Szemeloszlási vizsgálat

Mechanikai vizsgálatok• Kompressziós kísérlet• Triaxiális vizsgálat• Egyirányú nyomóvizsgálat


Talajadottságok

Fúrások• 18-19 m-ig puha

homokos iszap-sovány agyag

• 42-43 m-ig igen változó plaszticitású rétegek

• 44-45 m-ig mészkonkrécióshomokos iszap-sovány agyag

• 45 m-től közepes-kövér agyag a fúrások feküjéig

• Felszín közeli talajvíz

Rétegszelvény

18-19 m

42-43 m

44-45 m


Ödométeresvizsgálatok

75 db kísérlet

Eredmények kiértékelése:σz0 = kezdeti hat. feszültségΔσz = 100, 200 és 300 kPa növekmény

40 m - Es = 15 MPa60 m - Es = 20 MPa


Triaxiálisvizsgálatok

26 db kísérlet

0

40

80

120

160

200

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

normál feszültség σ [kPa]

nyíró

fesz

üülts

ég τ

[kPa

]

φ = 16° c = 22 kPa

Az eredményekben jelentős szórás

Karakterisztikus érték óvatos felvétele


CPT szondázások

Hasonló lefutású görbék 40 m-ig• 1 MPa-os sáv

Mészkonkréciós zónák

• ~14-16 m• ~24-26 m• ~32 m

40 m alatt szeszélyes eredménysorok

Hőcserélő torony környezetében készült statikus

szonda vizsgálatok


Összefoglalás

Alapréteg nagy mélységben• Tervezést és kivitelezést nem

befolyásolja

Nagy vastagságú agyag rétegsor• Puha-sodorható állapot• Kompresszíbilis• Konszolidációs probléma• Mészkonkréciós zónák

Felszín közeli talajvízszint

• Teherbírási határállapot nem meghatározó• Jelentős mértékű süllyedések• Süllyedéskülönbségek• Időben elhúzódó alakváltozások

Klinkersiló talajmodell

Műtárgyak tervezéseKlinkersiló

Műtárgy ismertetése

• Magasság: H = 55 m• Külső henger átmérője Dk

= 45,3 m• Belső henger átmérője Db

= 16 m• Alap átmérője Da = 60 m• Alap magassága Ha = 5,5

m

Főbb méretek

• Önsúly (γ = 1,1): G = 360.000 kN

• Klinker kezdetben (γ = 1,0): Gk = 600.000 kN

• Maximális tároló kapa-citás (γ = 1,0): Gmax = 900.000 kN

Terhelés

55 m

45,3 m

60 m


Teherbírás Nincsen szigorú süllyedési korlát Síkalapozás

60.000 t betöltött anyag 90.000 t betöltött anyag

σm = 339 kPa σm = 445 kPa

Teherbírás meghatározása

MSZ szerint EC-7 szerint

σHMSZ = 1188 kPa σHEC = 997 kPa

Nagy lehatási mélység

φ = 20°c = 40 kPa

DIN


Teherbírás Nagy alaptest Talajok oldalkitérése összetett csúszólap mentén

Fs elhanyagolása

Ea és Ep síkbeliként számítva

p = 509 kPa

CPT alapján: H = 15 m

φ = 18°c = 30 kPa



Süllyedés Lehatási mélység: 20 %-os szabály

fesz. terjedés Kany alapján

60 000 t esetén: m01 = 45 m

90 000 t esetén: m02 = 52 m

Haránt kontrakció

elhanyagolása

Kanysüllyedés-számítási képlete

Rétegössze-nyomódásokösszegzése

Haránt kontrakció

figyelembe vétele

Mayne –Poulos

megoldása

PLAXIS FEM-analízis

SÜLLYEDÉSSZÁMÍTÁSIMEGOLDÁSOK

Süllyedés

Eredmények csökkentése

Mészkonkréciós, mészkőtörmelékes talaj Kötött talaj – tartós teher

60.000 t betöltött anyag 90.000 t betöltött anyags = 50-65 cm s = 65-75 cm

Számított süllyedési értékek

[cm]

A betöltött anyag

60.000 t 90.000 t

Kany süllyedésszámítási képlete 86 107

Rétegösszenyomódások összegzése 77 98

Mayne – Poulos rugalmasságtani megoldása 104 134

PLAXIS FEM-analízis 115 160


Süllyedés


Önsúly hatásáraSzámított: s ≈ 20 cm Bekövetkezett: s = 8-9 cm

Konszolidáció


Bizonytalanságok

• azonnali és teljes süllyedések aránya

• kritikus réteg vastagsága - mészkonkréciósrétegek szerepe

• talajok vízáteresztő képessége

Drénezés Nem drénezés


Műtárgyak tervezéseHőcserélő torony

• Magasság: H = 105 m• Szélesség: B = 19 m• Hosszúság: L = 25 m• Anyag: vasbeton• Alapozás: cölöpalapozás

Főbb méretek

• Önsúly (γ = 1,1): G = 115.500 kN

• Technológiai gépek súlya (γ = 1,1): Fg1 = 26.400 kN

• Karbantartáskor fellépő terhelés (γ = 1,1): Fg1 = 16.500 kN

• Szélteher többlet él mentén: Fsz = 22.000 kN

TerhelésHőc

seré

lő to

rony

Kemence


Teherbírás

Szigorú süllyedési és süllyedéskülönbségi

korlát

Mélyalapozás

Statikus tervezővel egyeztetett

cölöpkiosztás

kN539014

20000FF

kN396040

400.158F

CgCM

Cg

=+=

≈=

Mértékadó cölöperő

B < H/7 problémaB > H/5 nincsen probléma


Teherbírás

Tervezett cölöp geometriája:

• Átmérő: D = 1,20 m• Cölöpösszefogás szintje:

112,50 mBf• Cölöptalp szint: 76,0 mBf• Dolgozó cölöphossz:

L = 36,50 m

Terv

ezet

t cöl

öp

Számítás CPT szondázási

eredményeken és statikus próbaterhelésen

alapszik

Fajlagos palástellenállás: τ = 52 kPa

Fajlagos talpellenállás: σ = 1500 kPa

Törőerő: Rc = 8720 kNBizt. tényező: α = 0,473Határerő: RH = 4120 kN


Teherbírás

Kemence alapozása

• Átmérő: D = 0,60 m• Dolgozó cölöphossz: L =

20,00 m

4,5 m


Süllyedés

37 m mély cölöpalapozás

Feszültségszétterjedés jelentős Geosztatikai nyomás jelentős

Süllyedést kiváltó többletfeszültség kicsi

Lehatási mélység csekély

Egyedi cölöp

süllyedés

Cölöp-csoport

süllyedésSzerkezet süllyedés

Számítás: Kany közelítő képlete szerint

Szétterjedés: δ1 = 5° Szétterjedés: δ2 = 10°

s1 = 6,4 cm s2 = 2,9 cm


Süllyedés Cölöpcsoport süllyedés

s1 = 6,4 cm s2 = 2,9 cm

Egyedi cölöp süllyedése: se = 0,1·D = 1,2 cm

Szerkezet süllyedése: smax = 4 - 8 cm

Szerkezet várható süllyedése: s = 3,5 - 6 cm



65 m

Műtárgyak tervezéseNyersanyagtároló csarnok

• Magasság: H = 35 m• Szélesség: B = 65 m• Hosszúság: L = 245 m• Támfal magassága: Ht =

13,5 m

Főbb méretek

• Betöltött anyag magassága: 14 m

• Betöltött anyag szélessége: 40 m

• Hosszanti rakodógép: 60 t• Csarnokszerkezet: Fp ≈

700 kN

Terhelés

• Támfal sülly.: 50-60 cm• Támasz sülly.: 10-15 cm• Támasz vízszintes

elmozdulása: 8-10 cm

Számítási eredmények

Probléma • Szerkezet károsodása• Rakodógépek, szállító-

szalagok tönkremenetele

Javaslat

Süllyedések korlátozása céljából az altalaj

feljavítása


SüllyedésBetöltött anyag hatásának

vizsgálata Plaxis programmal

Talajjavítás

• Előterhelés• Előterhelés + drénezés• Előterhelés +

kavicscölöpözés

Megoldási alternatívák


Megoldások Talajjavítás nélkül Előterhelés Szalagdrén

+ előterhelésKa+ e

vicscölöp lőterhelés

Támfal sülly. 60 25 20 17

Támaszvízsz. elm. 5 3 2 1

sülly. 9 4.5 4 3.5Konszolidációs idő 4.5 2.5 1 1

Kockázat, hátrány

nagyobb sülly., hosszabb konszolidáció

gépek igazí-tása sokáig szükséges;Csarnokszerk. mozgása káros

lassabb kon-szolidációnem a várt talajjavulás nagyobb süllye-dés, hosszabb konszolidáció

Teherváltozáso-kat gyorsabban követik a mozg.

gyakori gyors mozgásingado-zások lehetnek

teherváltozásokat gyorsabban követik a mozg.

gyakori gyors mozgásingadozások lehetnek;kavicscölöpözés időigényes

Előny

olcsó jelentősen csökken a süllyedés;gyakori gyors mozgásingado-zások nem lesznek;

még jobban csökken a süllyedés;olcsón biztosítja az előterhelés talajjavító hatását;drénezés gyor-san elkészíthető

legjobban csökken a süllyedés;biztosítja az előterhelés talajjavító hatását;

az előterhelés keltette süllyedésből a végleges mozgás pontosítható

Talajjavítás

• 2007. 11-12. hó• 2 m x 2 m raszter• 13-14 m mélység• 77000 fm szalag

Drénezés

• 2008. 02-04. hó• 17-18 m magas• 65-70 m talpszélesség• 180000 m3 talaj

Töltés


Előterhelő töltés készítése drénezéssel

Talajjavítás Süllyedés az előterheléséből

Számított: 85-100 cm Mért: 65-80 cm


Süllyedés különbségek

• Talajvizsgálatok nem támasztják alá

Süllyedés mértéke

• Tényleges összenyomódási modulusok meghatározása

• Többi műtárgy várható alakváltozásának pontosítása

Fellazulás mértéke• Újraterhelési modulus• Laboratóriumi vizsgálatok

eredményeivel közel azonos

Végleges szerkezet


Teljes betöltés

Fél betöltés

• Síkalapozás

Alapozás

• Támfal süllyedés: stf = 8-10 cm

• Támasz süllyedés: st = 2-3 cm

• Támasz elmozdulás: et < 1 cm

Süllyedések, elmozdulások



Műtárgyak tervezéseIroda

• Felső feszített födémre függesztett iroda, melynek terheit ferde pillérek és a portaépületen keresztül vezetett oszlopok továbbítják az altalajra

Szerkezet

• Egymáshoz közel jelentősen eltérő terhelési viszonyok mellett előírt szigorú süllyedési és süllyedéskülönbségi korlát

• Épülethez csatlakozó 6-7 m magas töltés

Nehézség

Csatlakozó töltés


Probléma• Falra jutó földnyomás• Süllyedés

Georács• Földnyomást csökkenti• Süllyedést nem

befolyásolja

Földnyomás alakulása georácsalkalmazása esetén

Könnyített töltés• Anyag: geohab, perlit• Földnyomás nincsen• Süllyedés nem

számottevő

Teherbírás


Iroda• Egyenlőtlen terhelésekhez igazodó cölöpgeometria• Cölöpök közel egyenlő mértékben legyenek kihasználva• Porta alatt a megadott cölöpteherbírásnál 20%-kal

csökkentett érték figyelembe vétele a negatív köpenysúrlódás miatt

• Kis terhelésű pontok alá 1 db cölöp talpgerendával összefogva a szomszéd cölöppel

Porta• Lemezalapozás

Összefoglalás

Nagy terhelések és jelentős méretek mellett technológiai korlátok – eleve nehéz alapozási körülmények

Telepítés: nyersanyag és kész termék szállítás alapján – geotechnikai kérdések a nehézségek ellenére eltörpülnek

Adott helyszín: különösen kedvezőtlen talajadottságok: vastag puha, könnyen összenyomódó réteg, szokásosnál mélyebb alapkőzet, felszín közeli talajvízszint

Geotechnikai méretezés egyes esetekben a ma alkalmazható technológiai korlátokat feszegette

Nagy terhelések, jelentő süllyedési korlátok, időben elnyúló bizonytalanul előre jelezhető mozgások kézbentartása szokásosnál nagyobb kihívást jelentett a tervezés során

Beruházás volumene, szigorú technológiai korlátok olyan módszerek, technológiák alkalmazását tette lehetővé, mely más esetben gazdaságossági korlátok miatt nem lehetséges

Összefoglalás Jelenlegi állapot



Wolf Ákos

Királyegyháza, cementgyár - esettanulmány

Köszönöm a figyelmet!

SZE, Győr – 2009. október 1.

Documents

Királyegyháza, cementgyár - esettanulmányszepesr/anyagok/oktatas/NGB-se003_1/eloadasok... · Mayne – Poulos megoldása ... lassabb kon-szolidáció