Építészet | Felsőoktatás » A mélyépítési vasbetonszerkezetek

A Mélyépítési vasbetonszerkezetek c. tárgyról A Mélyépítési vasbetonszerkezetek c. tantárgyban érintett szerkezeti kérdések többsége a vízépítési műtárgyakkal kapcsolatban is fölvethető, az alábbiakban ezért elsősorban – de nem kizárólag – a vízépítés műtárgyaival foglalkozunk A vízépítés műtárgyai Szinte minden mérnöki létesítmény kapcsolatban van a vízzel, az építőmérnöki tevékenység jelentős része e kapcsolat következményeinek figyelembevételére, hasznosítására vagy elhárítására irányul. Az építőmérnöki feladatok közül a vízépítési tevékenység körébe tartozónak azokat tekintjük, amelyeket a vízzel való kapcsolat minden részfeladatban meghatározóan érint. Ugyanilyen alapon vízépítési műtárgyaknak azokat a mérnöki létesítményeket nevezzük, amelyek funkcióját, kialakítását és annak részleteit jellemzően a vízzel való kapcsolatuk határozza meg A legjellemzőbb

vízépítési mérnöki feladatkörök: vízrendezés, vízszabályzás, ár-és belvízvédelem, mezőgazdasági vízgazdálkodás, talaj-erózióvédelem és meliorizáció, tájvédelem és -rehabilitáció, vízi közlekedés, vízenergia gazdálkodás, ivó- és iparivízszerzés, -tisztítás, vízellátás, csatornázás, kommunális szennyvíz- és ipari hulladékvízkezelés, tisztítás, méregtelenítés. A felsorolás fenti sorrendje semmilyen értelemben nem tekinthető rangsornak: mindegyik feladatkör felvethet olyan feladatot, amelynek elvégzése az egész társadalom létfontosságú érdeke, ill. olyan problémákat amelyek megoldásához még a tudomány legújabb eredményeinek birtokában sem foghatunk a biztos siker ígéretével. Számos a vízépítési feladatkörökbe tudható részfeladat merül fel magas- és mélyépítési létesítmények speciális körülmények közti alapozásakor is. A vízépítés feladatkörében felsorolt tevékenységek

törvényszerűen egymással öszszefüggőek, mert - elvben és egyre inkább a gyakorlatban is - mindegyik az ember természetes és épített környezetének célirányos alakítását, fenntartását és védelmét általános és speciális szempontok szerint érvényesítő összehangolt tevékenység része. A vízépítési létesítmények ezért gyakran kapcsolhatók a felsorolt vízépítési mérnöki feladatkörök egyikéhez és másikához is, hiszen ezek maguk is kisebb-nagyobb mértékben egymásba mosódnak. Ennek ellenére megkísérelhetjük a felsoroltak alapján megkeresni a legjellemzőbb vízépítési feladatkörök legjellemzőbb műtárgytípusait. A vízépítés gyakran alkalmaz különböző célokra egyéb anyagokat (fa, rőzse, nád stb.) is, legjellemzőbbek mégis a következő föld-, kő-, beton- és vasbeton műtárgytípusok: - vízépítési földművek: árvédelmi gátak, töltések, párhuzamművek, sarkantyúk, hordalékfogó gátak, elvezető

árkok, oxidációs árkok és tavak, stb., - kőművek: terméskőből vagy mesterséges kőből készült kőszórás, kőrakatok mederelzáráshoz, fenékküszöbhöz, sodorvonal-szabályzáshoz, mederfenék és töltés stabilizálásához, utófenékhez, stb., - burkolat-jellegű műtárgyak: terméskőből, helyszíni betonból, betonelemekből épített meder- és rézsűburkolatok, surrantók, bukók, fenéklépcsők, energiatörők, utófenekek, kikötői sólyák, stb., - fal-jellegű, (falazott vagy beton, vasbeton) műtárgyak: támfalak, partfalak, zsilipfalak, árvízvédelmi falak, ideiglenes és végleges szádfalak, tiltók, terelők, stb., 1 - tömb-szerű (általában vasbeton) műtárgyak: zsilipek, duzzasztóművek, aknák, forrásfoglalások, átemelők, zárkamrák, stb., cső-szerű műtárgyak: átereszek, bújtatók, árapasztók, csatornák, kutak, nyomócsővek, stb., nyílt medencék: homokfogók, ülepítők, derítők, oxidációs medencék,

egyesített műtárgyak, iszapszikkasztó ágyak, fürdő- és sportmedencék stb., zárt tartályok: ciszternák, ivóvíztároló medencék, víztornyok, iszaprothasztók, stb. víztornyok: egy- és többkamrás, összetett fejű stb. A vasbeton vízépítési műtárgyak A beton elterjedt építőipari alkalmazása voltaképpen a vízépítő mérnöki feladatok körében kezdődött. Az angliai kikötők és világítótornyok építésével kapcsolatban merült föl ugyanis a víz alatt is megszilárduló kötőanyag igénye, amely ókori előzmények felélesztése alapján előbb a román cement, majd a portlandcement kikísérletezésére vezetett a XVIII-XIX század során (Smeaton 1756, Parker 1796, Vicat 1818, Aspdin 1824). A cement „szárazföldi” megjelenésére csak a vízépítési alkalmazások kedvező tapasztalatai után került sor. A cement kötőanyagú beton jól teljesítette az időtállóság követelményét, amelyet a vízépítési (és általában a

mélyépítési) létesítményekre mindig is magasabb igénnyel támasztottak, mint a magasépítési szerkezetekre. Ennek az eltérésnek több oka is van - Az egyik ok az, hogy egy-egy vízépítési létesítmény létesítési költsége olyan magas, hogy csak igen hosszú megbízható működési idő adhat kellő garanciát a befektetés megtérülésére. - A másik ok az, hogy az eltakart szerkezetek károsodás-megelőző karbantartása, a fellépő meghibásodások észlelése és a helyreállítás sokkal körülményesebb, mint magasépítési szerkezetek esetén. Különösen nehéz a helyreállítás olyan módszerrel amely nem jár együtt az egész létesítmény üzemének hosszabb idejű felfüggesztésével, főleg ha a javítás a szerkezet egy részének elbontását és újraépítését igényli. - Ehhez járul, hogy műtárgyak jó részénél egyszerűen lehetetlen a használat rövidebbhosszabb idejű felfüggesztése. A vasbeton vízépítési műtárgyak a

később részletezett tulajdonságaik miatt átlagos körülmények közt kedvezőbb tartósságúak, mint a magasépítési szerkezetek és a közlekedési műtárgyak vasbeton szerkezetei. Ugyanakkor a tartósság szempontjából kedvezőtlen körülményeknek is erősebben ki vannak téve, mint az említett szerkezetek Ilyen körülmény elsősorban a szerkezettel érintkező víz agresszivitása, (leggyakrabban a magas szulfátion-tartalom), de az átázás-kiszáradás gyakori váltakozása, a tartós és ismétlődő fagyhatás, az erős víznyomás-ingadozáshoz tartozó igénybevétel-változások, az áramló víz kavitációja, ill. a víz által szállított hordalék eróziója, is ilyen körülménynek minősül A monolit építési technológia A vasbeton vízépítési műtárgyak - kevés és nagyon speciális körülményekkel indokolt kivételtől (pl. csővezetékek és az ezekhez kapcsolódó kisműtárgyak előregyártott elemeitől) eltekintve - monolit

kivitelezésű műtárgyak. A műtárgyak szerkezeti kialakítása ennek a technológiának megfelelő Az alábbiakban - legalább nagy vonalakban - ismertnek kell tekintenünk a monolit építési technológiát, annak munkafázisait, általánosan használt módszereit. Ezeknek a 2 módszereknek az alkalmazási követelményei többé-kevésbé meghatározzák a monolit építési technológiával elkészíthető szerkezetek számos jellemzőjét, szerkezeti kialakítását, megjelenését, stb., függetlenül attól, hogy most, vagy egy évszázaddal ezelőtt épült szerkezetről van-e szó. Megjegyezendő azonban, hogy az építési technológiák részletei nagyon szoros kapcsolatban állnak a gépesítéssel, az építőanyag-technológiai ismeretek alkalmazásával, ezért pl. a monolit építésben ma általánosan alkalmazott eljárások, technológiai fogások nagyobb része (pl szivattyús és lövellt beton, vákuum-beton, nagy teljesítményű és öntömörödő

beton, kötőhidak, párazáró rétegek, előszerelt, ponthegeszett hálók és térvázak, állítható, mozgatható zsaluzatok, stb.) néhány évtizeddel ezelőtt nem is létezett. Tekintsük át, - egyelőre a műtárgyak alkalmazási körét, rendeltetését és típusát nem vizsgálva, - melyek a monolit szerkezeti kialakítás legjellemzőbb jegyei: - A folyamatos építés követelményeinek megfelelően a monolit szerkezetekben a szerkezeti és technológiai okból alkalmazott hézagok száma a lehetőség szerinti legkevesebb. - A szerkezetek statikai modelljében a szerkezeti elemek nem a térbeli alaktartósághoz minimálisan szükséges számú kapcsolattal, hanem a teljes anyagi folytonosságnak megfelelően, statikailag sokszorosan határozatlan módon kapcsolódnak egymáshoz. A merev belső kapcsolatok egyrészt az egész szerkezetet is merevebbé teszik, másrészt lehetőséget adnak olyan statikai vázak alkalmazására, amelynek térbeli merevségét csak a

merev csomópontú belső kapcsolatok biztosítják (pl. keretszerkezetek) - A monolit szerkezetekre jellemző statikai határozatlanság miatt az igénybevételek eloszlása olyan, hogy a legnagyobb abszolút értékű nyomatékok a szerkezeti elemek csatlakozási helyein keletkeznek. - emiatt a csomópontokon, csomóvonalakon a vasalás nem szakadhat meg. A csatlakozó szerkezeti elemek vasalásának a csomópont környezetében összefüggő rendszert kell alkotnia, a szükséges toldások miatti gyengített teherbírású keresztmetszetek nem a csomópontokban vannak, hanem a csatlakozó szerkezeti elemek távolabbi helyeire kerülnek. - Ugyancsak a statikai határozatlanság miatt a monolit szerkezetek kevéssé érzékenyek a terhek eloszlásának és intenzitásának kisebb-nagyobb megváltozásaira, érzékenyek viszont a gátolt külső és belső mozgást keltő terhelő hatásokra (pl. támaszmozgások, zsugorodás, egyenletes és egyenlőtlen hőtágulás). Ezekhez a

jellemzőkhöz a vízépítési műtárgyaknál még a következők csatlakoznak: - A műtárgyat alkotó részek általában nem különülnek el teherhordó, ill. térelhatároló, vázkitöltő szerkezeti elemekre, a műtárgyakat e funkciókat együtt ellátó felület-szerű szerkezeti elemek (tehát nem vázoszlopok, gerendák, hanem lemezek, tárcsák, ill. mind a lemez-, mind a tárcsa-szerű teherviselés feladatát ellátó felületszerkezetek) alkotják. - A szerkezetre ható terhek a magasépítési terhekhez képest nagyok, az ezekhez tartozó igénybevételek felvételére nagy vastagságú, ill. nagy keresztmetszetű szerkezeti elemeket alkalmaznak - A terhek jelentős része hidrosztatikus nyomásból származik, és e terhek eredője emelő erő. Ez könnyen meghaladhatja a szerkezet saját súlyát, ezért a vízépítési műtárgyakat úgy kell kialakítani, hogy saját súlyuk, ill az elmozdulásuk esetén a műtárgygyal együtt mozgó földtömeg összegzett

súlya az építés és a használat minden állapo- 3 tában biztonsággal nagyobb legyen a műtárgyra ható felhajtóerőnél. Emellett törekedni kell arra, hogy a minden terhelési állapotban a lehető legkisebb legyen az eltérés a felhajtóerő és a leterhelő erő hatásvonala között - A terhek ugyancsak jelentős része a talaj és a szerkezet kölcsönhatásából származó állandó, ill. hosszú ideig működő esetleges teher, amelyek nagyságára és eloszlására csak tág határok közt adható becslés. Emiatt a terhek szélső értékeit meglehetősen nagy rátartással kell felvenni. Így a terhek várható értékének tükrében a vízépítési műtárgyak legtöbb szerkezeti elemén jelentős teherbírási tartalék mutatkozik. Ennek a tartaléknak tulajdonítható, hogy ha a használati körülmények közt látható repedés alakul ki a szerkezeten, az többnyire tervezési vagy kivitelezési hibát jelez. Összegezve: a beton és vasbeton

vízépítési műtárgyak jellemzően nagytömegű, hosszú élettartamú, nagy merevségű, robusztus szerkezetek, amelyek helyes kialakítás esetén gyakorlatilag repedésmentesnek, így többé-kevésbé vízzárónak kezelhetők. Megállapíthatjuk tehát, hogy a vízépítési műtárgyakkal szemben támasztott igények és a használat körülményei többnyire olyanok, hogy jól érvényesülnek a monolit építési technológia előnyei. Az elsorolt jellemzők azonban előtérbe hozhatják a technológia alkalmazásának nehézségeit is Ezek a következők: - A vastag, ill. nagy keresztmetszetű szerkezet vasalásának a térbeli merevsége nehezen biztosítható, ill. külön tervezést igényel - Az összetett alakú szerkezetek egyedi zsaluzatának és kellő merevségű megtámasztást biztosító állványzatának megtervezése, elkészítése nagy hozzáértést, gyakorlatot és ötletességet igénylő feladat. - Az állványkészítés, az egyedi zsaluzat és a

vasszerelés szakmunka-igénye - ezáltal a költséghányada is – magas. - A szerkezeti kialakítás a legritkábban engedi meg a teljesen folyamatos betonozást, ezért az építést alkalmasan megválasztott szakaszokban kell elvégezni. A szakaszokat elválasztó munkahézag alkalmazása sok hibalehetőséget visz az építésbe. - A nagytömegű betonozás miatt gyakran olyankor is munkahézag alkalmazására kényszerülünk, amikor a szerkezeti kialakítás nem követelné azt meg, a jelentős időeltéréssel folytatott betonozás miatt a különböző korú betonok kapcsolata gondot okozhat. - Ugyancsak a nagytömegű betonozás miatt számolnunk kell a kötéshő kellemetlen hatásaival: a túlságosan gyors hőfelszabadulás, a túlságosan gyors hűlés egyaránt gondokat okozhat. - A beton megfelelő vízzáróságának, a friss beton megfelelő térfogat-állandóságának és a betonkeverék bedolgozhatóságának feltételei nehezen egyeztethetők össze. Fokozott

jelentősége van ezért a műtárgyak tervezésében a betontechnológia megtervezésének, a műtárgyépítésben pedig a technológiai előírások szigorú betartásának. Összegezve: a nagyméretű vízépítési műtárgyak létesítése az építési tevékenység egyéb szektoraiban megszokottól sok szempontból különböző mérnöki felkészültséget igényel, különös tekintettel a vízzel és a talajjal való kapcsolat közvetlenebb voltára és a monolit építési mód alkalmazásának nagyobb súllyal érvényesülő következményeire. Ez a körülmény a létesítmények tervezésében, kivitelezésében és használatában is olyan eltérések forrása, amelyek indokolttá teszik, hogy ezeket a mérnöki tevékenységeket - önálló ágazati szabályzás keretében kidolgozott szabványok és műszaki irányelvek előírásainak fi- 4 gyelembevételével - speciálisan erre a feladatra szervezett és felkészített kollektívák végezzék. A

vízépítési műtárgyak tervezésének alapelvei Elöljáróban egy megjegyzés: Egy statika tárgyú előadás előadója nehezen engedheti meg magának, hogy hosszasan foglalkozzék olyan kérdésekkel, amelyek láthatólag nagyon távol esnek nemcsak a statikától hanem az általa uralt egyéb mérnöki szakterületektől is. De egy Mélyépítési Vasbetonszerkezetek tárgyú előadás előadója azt is nehezen engedheti meg magának, hogy említés nélkül hagyjon olyan problémákat, amelyek ismerete a gyakorlatban legalább olyan fontos, mint a vonatkozó statikai és építőmérnöki ismeretek. Ezek között a feltétlenül megemlítést igénylő kérdések közt talán az első helyen áll a mérnöki tevékenységben részt vevők kötelezettségeinek, lehetőségeinek és tevékenységük korlátainak a tisztázása. Ezt a kérdést illetően kényszerű szemléletváltás tapasztalható az utóbbi évtizedekben: az új és újabb lehetőségek kiaknázása helyett

– vagy mellett – egyre nagyobb súllyal vetődik fel a természeti korlátok miatti össztársadalmi önkorlátozás szükségessége. Az nyilvánvaló, hogy a változó társadalmi, gazdasági, műszaki és környezeti feltételek között következetesen egyensúlyra kell törekedni, ami önmagában is korlátokat szab a lehetőségek kihasználásának De ebben a szemléletváltásban nemcsak az egyensúly fenntartásának a követelménye jelenik meg, hanem az az etikai igény is, hogy csak olyan fenntartható fejlődésnek lehet létjogosultsága, amely anélkül elégíti ki a jelen nemzedékek igényeit, hogy ezzel veszélyeztetné a jövő generációk életfeltételeit. Eötvös Józseftől származik a következő mondat, amely a XIX. századi liberalizmus egyik alapelvét fogalmazza meg: „Éppen, mivel az emberiség rendeltetése az örök haladás, sohasem elégíthet ki minket a pont, amelyen állunk." Malthus angol lelkész viszont már a XIX század elején

arra a következtetésre jutott, hogy az emberiség létszáma mértani haladvány szerint növekszik, míg az anyagi javak termelése számtani haladvány szerint valósul meg, ezért az emberiség elnyomorodása elkerülhetetlen. Ezt az elméletet a tények csak részben látszottak igazolni, mert a XIX és a XX század során az anyagi javak termelésének üteme lényegesen felülmúlta a számtani haladvány szerinti várakozásokat Ezért Malthusnak a világ felélését vizionáló elméletét semmibe vették. Még a társadalom önkorlátozását a népességrobbanás küszöbén álló Indiában személyes példájával népszerűsítő Gandhi jövőképe sem az elkerülhetetlen elnyomorodás volt. Szerinte „A világ eleget nyújt ahhoz, hogy minden ember igényeit kielégítse, de ahhoz nem, hogy minden ember csillapíthassa mohóságát.” Ám a XX. század második felétől tudós körökben egyre komolyabban kezdtek foglalkozni a növekedésnek a Föld véges

erőforrásaiból adódó korlátaival Az 1960-s évek végén a Római Klub (Nobel-díjas tudósok csoportja) a világ közvéleménye elé tárta a „Föld felélésének” legjelentősebb hatásait. A Római Klub munkájának hatására U Thant ENSZ főtitkár 1969-ben megdöbbentő bejelentést tett: „Ha a jelenlegi irányzatok továbbra is érvényesülnek, biztosra vehető, hogy veszélybe kerül az élet a bolygónkon.” Ha a nyersanyagokat, a forrásokat a mai ütemben használjuk el, legkésőbb a XXI. század első felében kimerülhetnek bizonyos tartalékok (A bejelentés azért nem nevesítette a folyamatosan emelkedő olajárak ellenére külön is az energiahordozókat, mert a 60-as évek téves értékelése szerint a technikai megoldás küszöbére érkeztek a szabályzott magfúziós reaktorok építését célzó kísérletek) A fejlődés szó a közgondolkodásban összekapcsolódik a növekedéssel, a gyarapodással, elsősorban az anyagi gyarapodással.

Márpedig ha a gyarapodást a fejlődés nélkülözhetetlen összetevőjének tekintjük, a „fenntartható fejlődés” a Föld bolygó véges erőforrásai miatt mindenképpen „fából vaskarika” Emiatt az ellentmondás miatt a fenntartható fejlődés (sustainable development) fogalmát fölmerülése – az ENSZ megbízásából kidolgozott Közös jövőnk c. Bruntland-jelentés 1987-es megjelenése – óta sokan próbálták újraértelmezni és újradefiniálni. Herman Daly szerint „a fenntartható fejlődés a folytonos szociális jólét elérése, anélkül, hogy az eltartóképességet meghaladó módon növekednénk A növekedés azt jelenti, hogy nagyobbak leszünk, a fejlődés pedig azt, hogy jobbak.” E meghatározás szerint a fenntartható fejlődés során az emberiségnek nem kell lemondania életkörülményeinek folyamatos javításáról, de ezt csak olyan eszközökkel teheti, amelyek lehetőséget hagynak ugyanerre a következő nemzedékeknek is.

Van egy köznapibb, mindenki által érthető megfogalmazása is annak, amit a „fenntartható fejlődés” szó- 5 pár kifejezni kíván. Ez egy kenyai közmondás: „Gondozd jól a földet Az nem az őseidről szállt rád, hanem az utódaidtól vetted kölcsön” De megvan-e az emberiségben a szándék és a képesség arra, hogy Daly definíciójának megfelelően „jobbak legyünk”? A szabad piac szabályzó erején alapuló kapitalista gazdaságot – a források korlátosságát hirdetők fenntartásai ellenére – végső soron a korlátlan gyarapodás és növekedés feltételezése, sőt igénye alakította ki, és ezen a szemléleten a kapitalista termelési mód globálissá válása – József Attila szavaival élve „a tőkés birodalmak termelő zabálása” – sem tudott lényegesen változtatni. A technikailag fejlett, így a “termelő zabálásban” is élen járó társadalmak láthatóan ma sem képtelenek túltenni magukat a természetet

leigázó diadalmas ember, a mindenható technikai fejlõdés XIX. századi mítoszán, pedig az önkorlátozás útját, a lemondás heroizmusát (vagy józanságát) nem is választhatja más, csak akinek van miről lemondania. Polányi Károly több mint ötven évvel ezelőtt írta le a következő jóslat erejű szavakat: „Ha megengedjük, hogy az emberiség és környezetének sorsát csak a piac törvényei határozzák meg, az a társadalom lerombolásához vezet.” Egybecsengnek ezzel Weöres Sándor Merülő Saturnus című versének lemondó sorai: Mint ha sínén a vonat rohan a szakadékba melynek túlsó partja nincs – bánjam-e? – lehet, megállítják a végső percben; vagy a szakadék felett is pálya visz, csak vak vagyok; talán a meredély szélén szárnyat bont, felröpül: ők tudják, nem én. Bajuk, ha ők se tudják A „fenntartható fejlődés” elérésének alapvető követelménye annak a belátása, hogy nincsenek a Földön „csak miránk”

és „csak a másokra” tartozó problémák, továbbá az, hogy a globális gazdaság, társadalom és környezet (a fenntarthatóság három tartópillére) minden ügyét egyetlen rendszerben lehessen kezelni. Az első lépés ebben az irányban a természeti erőforrásokkal való ésszerű, azokat hosszú távon is megőrző gazdálkodás, ill az ehhez igazodó életforma kialakítása Ez eleve csökkenő környezeti terheléssel jár, de önmagában kevés az élhető Föld megőrzéséhez és a társadalom működésének ellehetetlenülése felé mutató trendek megfordításához. A már kialakult súlyos környezeti károsodások enyhítéséhez, ill fölszámolásához nélkülözhetetlen az aktív környezetvédelem és a természet öngyógyító mechanizmusainak a tudatos támogatása is, amiben mindenféle építőmérnöki tevékenységnek meghatározó szerepet kell vinnie A vízépítési műtárgyak létesítésének feladata a műszaki ismeretek egyedülállóan

széles alkalmazását igényli, ezek jelentős része nem is sorolható a hagyományos mérnöki ismeretek közé. Elég arra gondolunk, hogy az építőmérnöki tevékenységen belül a vízépítésnek vannak a leginkább közvetlen kapcsolódásai a településfejlesztéssel, a mezőgazdasággal, a környezetvédelemmel, egészségüggyel, így egy-egy műtárgy megfelelő vagy hiányos működésének egész települések, gazdasági vagy természeti régiók életére és biztonságára vonatkozó, közvetlen, ill. hosszabb távú hatásai lehetnek Ebből a „kivételezettségből” az következik, hogy a tervezés még a legegyszerűbb rutin-feladatnak látszó esetekben is jóval szélesebb körű mérlegelést igényel a korábbi feladatainkban megszokottnál. Az alábbiakban nem foglalkozunk – nem is tudnánk a teljesség látszatával foglalkozni - mindazon kérdésekkel, amelyek közvetlenül fölmerülhetnek a műtárgyak statikai tervezésénél is, csupán vázlatos

áttekintést adunk azokról a különböző jellegű vizsgálatokról, amelyek mindennapos tervezési feladatok esetén is kapcsolatban állnak az erőtani méretezéssel. Egy létesítmény megtervezése nem a létesítményt fizikailag alkotó műtárgyak elképzelésével kezdődik, hanem azoknak az igényeknek a fölmerülésével és körvonalazó6 dásával, amelyek kielégítése az ettől a pillanattól kezdve "már tervezés alatt álló létesítmény" feladata lenne. Innen még nagyon hosszú út vezet addig, amíg a létesítmény rajzlapon megjeleníthető elképzelések formájában ölt testet, és a létesítmény "tervezői" talán maguk is meg lennének lepve, ha tervezőnek, nem pedig ügyintézőnek, ügyvezetőnek könyvelőnek, képviselőnek stb. neveznék őket Ezek számára a létesítmény tervezése, megvalósítása és használata leginkább egy beruházás előkészítése, eldöntése, lebonyolítása és megtérüléseként

értelmezhető. Próbáljuk meg az ő szemléletükkel egy vízépítési létesítmény megvalósulását leírni, ami talán azzal a haszonnal jár, hogy jobban megértjük a szempontjaikat a velük való együttműködés során. Gazdasági analízis, kockázat-analízis A vízépítő mérnöki tevékenység körébe tartozó beruházások általában olyan nagyságrendűek, hogy a megvalósításuk nagymértékben igénybe veszi a beruházásra vállalkozók gazdasági lehetőségeit. Sőt, a szükséges beruházások jelentős része olyan, amelynek sikeres megvalósításához csak a gazdasági kondíciók megfelelő együttállása és sok önálló gazdálkodási egység összehangolt tevékenysége esetén lehet hozzákezdeni, olyankor is csak azzal a feltétellel, hogy a rendelkezésre álló gazdasági erő a lehető legnagyobb hatékonysággal hasznosul. Ez a magyarázata annak, hogy a beruházással kapcsolatos globális kérdések eldöntésénél is, a

részletkérdések eldöntésénél is többnyire a gazdasági analízis alapján mondják ki az utolsó szót. Egy létesítmény gazdasági analízise lényegében a létesítéshez, az üzemeltetéshez és a fenntartáshoz szükséges ráfordítások megtérülésének olyan ellenőrzése, amely egyszersmind lehetőséget ad arra, hogy megkeressük a rendelkezésre álló források hatékony felhasználásának módszerét. A mérnöki létesítmények funkciójából az következik, hogy működésük nagyon széles körben befolyással lehet az emberek mindennapi tevékenységére. Ebből pedig az, hogy szinte a végtelenségig tágítható az a kör, amelyben a létesítésből származó előnyök és hátrányok jelentkezhetnek. Minél szélesebbre tágítjuk ezt a kört, annál árnyaltabb képet kaphatunk a létesítmény hatásairól, de egyre összetettebbé, nehezebben elvégezhetővé válik a gazdasági analízis A gazdasági analízis első feladata ezért a vizsgálat

által érintett terület ésszerű lehatárolása, amelyen belül a hatások valóban relevánsnak tekinthetők. A gazdasági analízis tehát a ráfordítások és a megtérülés részletes vizsgálata, szembeállítása, optimalizálása. A ráfordítások összetevői: - a létesítmény megvalósításának közvetlen és járulékos költségei (pl. tervezési díjak, kisajátítási, építési, biztosítási költségek, ill. ideiglenes létesítmények építésének és elbontásának költségei, az időszakos akadályoztatások, kiváltások, elterelések stb. költségei), - a létesítmény megvalósítása által közvetlen hátrányt szenvedettek kártalanításának költségei, - a fenntartási, felújítási költségek a gazdaságos élettartam alatt - a bővítés, átalakítás, az esetleges elbontás költségei, - az üzemeltetés közvetlen és közvetett költségei (anyag, energia, munkabér és vonzatai, szolgáltatási díjak, bérleti díjak,

biztosítás, adók) stb. 7 A beruházás hozadékának összetevői: - az üzemeltető közvetlen bevételei: szolgáltatási díjak, bérleti díjak, termékek értékesítése, stb. - a létesítmény működésének közvetett hatásaként bővülő lehetőségek kihasználásából származó gazdasági előny feltételezhető bevételei, - a létesítmény megvalósulásával közvetlenül elhárított károknak a működési időre számított összege - a megvalósulás közvetett hatásainak köszönhetően elmaradó károk feltételezhető öszszege, stb. A ráfordítások és a hozadékok szembeállítást önmagában is komplikálttá teszi a beruházásban közreműködők és érintettek nagy száma, mert mind a ráfordítások, mind a hozadékok egyes összetevői különböző helyeken különböző formában jelentkeznek. Az alternatívák értékelését és a döntéseket pedig az nehezíti, hogy minden érintett abban érdekelt, hogy a ráeső

ráfordítás-hozadék mérlege minél pozitívabb legyen. A szembeállítandó összegek egy részére a majdnem a bizonyosság szintjén (azaz gyakorlatilag 100 %-os megbízhatósággal) adható becslés a megvalósítandó beruházás minden alternatívájához. Minden alternatívához tartozhatnak viszont olyan körülmények, események is, amelyek fennforgását sem biztosra venni, sem kizárni nem lehet, ezért a szembeállítandó összegeket alkotó részösszegek többsége matematikai értelemben valószínűségi változó. Ezt a tulajdonságot körültekintő gazdasági elemzés nem hagyhatja figyelmen kívül Azokra a ráfordítás- és hozadék-összetevőkre, amelyeket nem tudunk teljes bizonyossággal felvenni, a valószínűségelmélet módszereinek alkalmazásával elvégzett kockázat-analízis keretében adunk becslést A kockázat-analízis során mérlegelendő bizonytalan kimenetelű események egy része közvetlenül a beruházási tevékenységet érintheti,

másik része pedig a megtérülést befolyásolhatja. Néhány pontosan nem prognosztizálható költség, amely a beruházási tevékenységet közvetlenül érintheti: - a beruházási program, ill. az abban való részvétel módosulásának, a végrehajtás felfüggesztésének, esetleges meghiúsulásának kockázatai, ill az ezekből származó költségek, - a megvalósítás, ill. az abban való részvétel feltételezett körülményeinek (pl telepítési adatok, időjárási, vízjárási anomáliák, munkaerő-ellátás stb.) a ténylegestől való eltérései és az ezekből származó többletköltségek, ill megtakarítások, - a résztvevők által nem befolyásolható mikro- és makroökonómiai hatások és következményeik (pl. közreműködők csődbe kerülése, árfolyamváltozások, kedvező, ill kedvezőtlen referenciák miatti ázsióváltozások, kapcsolódó beruházások szükségessé válása, ill. lehetősége,), A megtérülést befolyásoló

bizonytalan kimenetelű események pl.: - a létesítmény, ill. egyes elemeinek üzemszerű működése során bekövetkező meghibásodásokból származó közvetlen és járulékos károk helyreállításának költségei, - az előre jelzettől lényegesen eltérő erkölcsi kopás, - szándékos károkozás miatti meghibásodás lehetőségei, stb. A kockázat-analízis célja a beruházás minden szintjén, minden közreműködő számára olyan stratégia felvétele, amely a rendelkezésre bocsátott források optimális felhaszná- 8 lását a befektetések várható legkedvezőbb megtérülése mellett biztosítja. A stratégia lapját az a – tapasztalt szerencsejátékosok által régóta ismert, de szilárd matematikai módszerekkel is igazolható - tény adja, hogy a véletlen által befolyásolt kimenetelű soklépcsős döntéssorozatoknál a források optimális felhasználását nem az a döntési stratégia biztosítja, amelyhez a kedvezőtlen kimenetelű

események kockázatának a minimuma tartozik, hanem létezik a befektetéseknek és e befektetések megtérülésével kapcsolatos kockázatvállalásoknak egy optimális rendszere. Ezt a beruházási tevékenység egészét alkotó elemi események kedvező vagy kedvezőtlen kimenetelének valószínűségei alapján - elvben minden feladatnál - meg is lehet határozni. A kockázat-analízis elvégzéséhez a kiemelkedő jelentőségű létesítmények gazdasági analízisében a közgazdaságtan olyan valószínűségelméleti módszereit használják, amelyek az erőtani tervezés „teljes valószínűségi” módszereihez hasonló elveken és megfontolásokon alapulnak. A beruházásokban meghatározó szerepet játszó biztosítások rendszere azonban lehetőséget ad arra, hogy az ilyen értelemben nem kiemelkedő beruházásoknál a kockázat-analízis az erőtani tervezés „félvalószínűségi” módszereihez hasonló módszerekkel, a várható biztosítási

költségeknek a szembeállítandó költségekbe történő beépítésével elvégezhető legyen. Az elsorolt, elsősorban közgazdasági ismereteket igénylő vizsgálatok elvégzéséhez sok olyan adat figyelembevétele szükséges, amelyek megszerzése és értékelése csupán közgazdasági ismeretek alapján el sem képzelhető. Jelentős szerep hárul ezért az ilyen feladatokban a műszaki szakemberekre, de az együttműködéshez elengedhetetlenül szükség van arra, hogy a vizsgálatok gazdaságtudományi alapjaival minden résztvevő valamilyen mélységig tisztában legyen. Kellemetlen aktualitást ad a kockázat-analízisnek és fokozott figyelmet igényel a kiemelkedő jelentőségű mérnöki műtárgyak tervezésében a terror-cselekmények növekvő veszélye, mert azok a mérnöki létesítmények, amelyek tönkretétele súlyos következményű károsodási láncot indíthat el, a terroristák elsőrendű célpontjai lehetnek. A megtervezendő műtárgyakhoz

kapcsolódó legkomplexebb gazdasági analízist általában a beruházási programterv szintjén végzik el, azaz olyankor, amikor a műtárgyak részletes tervei még el sem készültek. Ilyenkor becsült építési (dologi, ill közreműködői) költségekkel kell dolgozni. Ez csak olyankor jelent komoly gondot, ha a műtárgyak építési költségeire vonatkozó becslés nagyságrendi hibát tartalmaz, mert a mérlegelendő költségek közt általában nem az építési költségek a legnagyobbak Az első gazdasági analízist természetesen a tervezés, ill a beruházás előrehaladtával folyamatosan finomítani kell. A gazdasági analízis előkészítéséhez a beruházás feltételeinek és következményeinek sok különböző szempontú vizsgálatát kell elvégezni. Vízépítési létesítmények esetén különösen részletes környezeti hatás-tanulmányt, ill. hidraulikai analízist kell készíteni A környezeti hatás-tanulmány Minden olyan tervezett

tevékenységgel kapcsolatban, amelynek folyamatáról, eredményeiről vagy következményeiről feltehető, hogy valamilyen módon hatással lehetnek a legtágabb értelemben vett emberi és természeti környezetre, előzetes hatástanulmány készítését írják elő. Ezen tevékenységek körébe nyilvánvalóan beletartozik minden vízépítési tevékenység, ahol a hatástanulmány súlypontos része a környezeti hatások vizsgálata. 9 A környezeti hatás-tanulmány vízépítési beruházásoknál általában a következő vizsgálatok elvégzését igényli: - a környezet-terhelés változásának vizsgálata levegő-, felszíni víz-, talajvíz-, talajszennyezés változásának „monitoringja”, analízise, káros (toxikus, szennyező, stb.) anyagok keletkezésének, elválasztásának, megsemmisítésének, ill ártalmatlanításának ellenőrzése, tájvédelmi és táj-rehabilitációs teendők, mikroklimatikus változások felmérése, ellenőrzése, a

természetes növény- és állattársulások változása, - hidrológiai hatásvizsgálat a vízháztartási egyensúly (lefolyás, beszivárgás) módosulása, a talajvíz-védelmi, ár- és belvízvédelmi teendők felmérése, erózióvédelmi, termőtalaj-védelmi teendők meghatározása - a mező- és erdőgazdasági művelés eredményességének („aranykorona”) változása - az épített környezetre vonatkozó közvetlen és közvetett hatások kimutatása - társadalmi-szociológiai hatások településfejlesztési hatások Leginkább az épített környezetre vonatkozó hatások vizsgálatához kapcsolódnak a kulturális örökség - a műemlékek, ipari emlékek, történelmi értéket hordozó tájak és városképek, ill. régészeti szempontból értékes területek - védelmét célzó vizsgálatok Magáért beszélő tény az utóbbiakkal kapcsolatban, hogy a régészeti leletek elsöprő többsége még ma sem "célzott" régészeti feltárás révén,

hanem az építési tevékenység keretében végzett földmunkák kapcsán kerül az utókor birtokába. A hidraulikai analízis A vízépítési műtárgyak tervezésénél kiemelkedő fontosságú a hidraulikai analízis, mert egy-egy műtárgy megfelelő működését, terheit és tartósságát elsősorban hidraulikai jellemzői határozzák meg. A hidraulikai vizsgálatok céljuk szerint az alábbi típusokba sorolhatók: - a műtárgy „funkcionális” méreteit meghatározó vizsgálatok, (pl. a mértékadó vízhozam átbocsátásának, az alsó él magasságának, a sodorvonal változásának stb ellenőrzése), - a műtárgy visszahatásait (pl. visszaduzzasztást, sebességnövekedést) ellenőrző vizsgálatok, - a műtárgy erőtani vizsgálatának elvégzéséhez szükséges adatokat meghatározó vizsgálatok (a műtárgy körül álló vagy áramló víz okozta terhek felvétele). A „funkcionális” hidraulikai vizsgálat gyakran nem egy-egy műtárgy

vizsgálatát, hanem egy funkcionális lánccá kapcsolódó műtárgycsoport vizsgálatát jelenti, mert a műtárgyak közti funkcionális kapcsolat szoros hidraulikai kapcsolatot igényel. (Ez a helyzet pl. egy vízmű csövekkel egymáshoz kapcsolt műtárgyainál vagy egy gravitációs üzemű szennyvíztisztító telep kapcsolódó műtárgyainál.) Ilyen esetben egy-egy műtárgy visszahatásainak ellenőrzése értelemszerűen részét képezi az egész műtárgy-láncolat „funkcionális” hidraulikai vizsgálatának A hidak és átereszek hidraulikai analízisére vonatkozó követelményeket az MSZ 11447 szabvány foglalja össze. 10 A vízépítési műtárgyak erőtani tervezése A mérnöki létesítmények funkcióinak ellátásához elengedhetetlen az, hogy alkotó elemeik maradó elváltozások (pl. számottevő nagyságú elmozdulások, törés, stb) ill zavaró nagyságú időleges változások (pl túlzott mértékű lehajlások, lengések, stb) nélkül

„éljék át” a használati körülmények legkülönbözőbb változatait és változásait. Az erőtani tervezés feladata az, hogy a megvalósítandó létesítménynek meghatározza azt az elhelyezését, elrendezését, kiválassza azokat a szerkezeti anyagait, felvegye azokat a geometriai méreteit, előírja azt a megépítési eljárását, amelyek együttes eredményeként a funkció maradéktalan és zavartalan ellátására alkalmas létesítmény megvalósítható. Az erőtani vizsgálat végső soron módszeres ellenőrzés, ami arra irányul, hogy a tervezett létesítmény valóban teljesíti ezt az elvárást. Ennek elvégzéséhez az szükséges, hogy a tervezett élettartam alatti használhatóság „globális” követelményét olyan követelmény-rendszer formájában adjuk meg, amelyek teljesülése egyenként, objektív módon ellenőrizni lehet. Erőtani követelmények azok a használhatóság „globális” követelményéből származtatott

követelmények, amelyek teljesülésének ellenőrzését a kialakult tervezési konvenciók szerint az erőtani vizsgálat keretében végezzük el. Az erőtani vizsgálat szokásos módja számítás, azaz a szerkezet gondolati modelljén végzett vizsgálat, de ez bizonyos esetekben fizikai modelleken végzett mérésekkel egészülhet ki, kivételes esetekben egészében kísérletekkel helyettesíthető. A tervezés során figyelembe veendő követelmények egy része a műtárgy olyan jellemzőire vonatkozik, amelyek ellenőrzése nyilvánvalóan statikai vizsgálatot igényel. Ilyen követelmény pl. az, hogy a műtárgy helyzetileg állékony legyen a destabilizáló hatások legkellemetlenebb kombinációja esetén is, vagy hogy a szerkezeti elemei károsodás nélkül viseljék el mindazokat a terheket és terhelő hatásokat, amelyek a megépítés és a használat során rájuk hárulhatnak. Más követelmények esetén ez egyáltalán nem nyilvánvaló, inkább csak

arról van szó, hogy a követelmény teljesülésének ellenőrzését vissza lehet vezetni olyan vizsgálatra, amelyet formailag a statikai számítások körébe tudható módszerekkel végzünk el. Ilyen pl a szerkezetek tartósságának a követelménye A tervezési előírások többsége az erőtani követelmények I csoportjába sorolva tartalmazza az előbbi, a II. csoportba sorolva az utóbbi típusú követelményeket Az erőtani méretezés "félig valószínűségi" módszere A "félig valószínűségi" módszerek alapelve némileg leegyszerűsítve az, hogy a létesítmény használhatóságára vonatkozó követelmények teljesülését olyan tervezési helyzetek felvételével ellenőrzik, melyekben a követelmények teljesülése irányában, ill. az ezzel szemben ható tényezőket a szerkezet használata során várhatóan előforduló legkedvezőtlenebb csoportosításokban tételezik fel, és megmutatják, hogy a szerkezet ezekben a tervezési

helyzetekben is elegendően nagy ellenállást mutat a tönkremenetellel, ill. használhatatlanná válással fenyegető hatások elviselésére Azokat a valóságban kicsiny valószínűséggel előálló állapotokat, amelyeket a módszer egy-egy követelmény teljesülésének ellenőrzésekor feltételez, határállapotoknak nevezzük, magát a módszert is szokták a határállapotok módszerének nevezni. 11 Az alábbiakban azokkal a fogalmakkal és elvekkel foglalkozunk, amelyek valamilyen formában minden „félig valószínűségi” alapon álló tervezési szabványban – kimondva vagy kimondatlanul – megjelennek, így fontos szerephez jutnak a vízépítési műtárgyak erőtani vizsgálatában is. Az erőtani követelmények A vízépítési műtárgyak erőtani vizsgálatában az alábbi erőtani követelmények teljesülését kell ellenőrizni: - helyzeti állékonyság, - teherbírás (töréssel szemben, ill. esetleg repesztő hatással, rezonanciával

szemben), - tartósság (ismétlődő terhekkel és tartósan működő károsító hatásokkal szemben), - merevség (alakváltozás, lengés, repedezettség), - speciális (a szerkezettől és/vagy a szerkezeti anyagtól függő) követelmények. Bár a követelmények teljesítésével, ill. figyelmen kívül hagyásával kapcsolatban a szabályzatok nem hagynak mérlegelési lehetőséget, a követelmények nem teljesülése miatt bekövetkezhető közvetlen kár, ill. veszélyeztetés nagysága alapján felvehető egy "fontossági sorrend," amely jelen esetben éppen a felsorolás sorrendje Egyes előírások az erőtani követelményeket két csoportba sorolják, aszerint, hogy - a követelmény teljesülésével kapcsolatos hiányosság a vonatkozó szerkezet vagy szerkezeti elem tönkremenetelét okozza-e (1. típusú követelmény,) vagy csak a létesítmény használatát, gazdaságos élettartamát érinti kedvezőtlenül (2 típusú követelmény,) - ill.

aszerint, hogy a követelmény teljesülésével kapcsolatos hiányosság az emberi életet, munkavégző képességet közvetlenül veszélyeztető következménnyel jár-e (1 típusú követelmény,) vagy ilyen közvetlen veszély nem áll fenn (2 típusú követelmény) Mindkét megkülönböztetést nyilvánvalóan a meghibásodással kapcsolatos kárhányad teszi indokolttá, és mindkettő szerint az első típusba tartozik a felsorolásban először említett két követelmény, a másodikba a további követelmények. A vízépítési létesítményekre vonatkozó előírásokban az erőtani követelmények között első helyen, a teherbírási követelményt is megelőzve szerepel a helyzeti állékonyság. A szerkesztők ezzel is hangsúlyozni kívánják, hogy ennek a teljesítése a vízépítési műtárgyak esetén minden más követelményénél fontosabb. Rendeltetési osztályok Az eltérő szerepű műtárgyak erőtani vizsgálatában a valószínűségelméleti

megfontolások eltérő formában érvényesülnek. A rendeltetés szerinti eltéréseket a műtárgy hibás működéséhez rendelhető zavar nagyságrendi eltérései teszik indokolttá. Az eltérések figyelembevételére a legtöbb „félig valószínűségi” elven álló szabályzat rendeltetési osztályokat vezet be Ezek általában a következők (az MSZ 15226 szerinti római számozást inkább csak a későbbi hivatkozás kedvéért használjuk): I. Kiemelkedő szerepű létesítmények, (völgyzáró gátak, „nagy” folyók vízlépcsői, védművei, stb.) amelyek hibás működése regionális hatású következménnyel járhat, 12 II. III. IV. Jelentős szerepű létesítmények (pl. állandó vízfolyások, kommunális és mezőgazdasági létesítmények műtárgyai, ha 10000-nél több lakos lakhelyének belterületét érintik,) Átlagos szerepű létesítmények (pl. kommunális és mezőgazdasági létesítmények, amelyek hibás működése korlátozott

hatású,) Alárendelt szerepű és ideiglenes létesítmények Az I. rendeltetési osztályba sorolt létesítményeket, ill ezek műtárgyait az ún „teljes valószínűségi” méretezési módszer szerint kell méreteznünk, tehát a „félig valószínűségi” módszer elvén álló méretezési szabványok előírásai ezekre a műtárgyakra közvetlenül nem alkalmazhatók. A II. rendeltetési osztályba sorolt létesítmények esetén a szabvány alkalmazásához - részletes vagy tájékoztató vizsgálattal – ellenőrizni kell, hogy az előírások alapjául szolgáló körülmények fennállnak-e. Ez általában a létesítmény megvalósítási (és üzemelési) költségeinek és a létesítmény használata által érintett környezetben esetleg fellépő kedvezőtlen hatásokhoz (ideértve az emberi élet, egészség, munkaképesség veszélyeztetéséhez) kapcsolható költségek összevetését, az ún. kárhányad megállapítását jelenti Azokat a

műtárgyakat, amelyek meghibásodásának következményei az átlagosnál lényegesen magasabb kárhányadra mutatnak, a „teljes valószínűségi” méretezés módszereivel kell vizsgálni, azok a műtárgyak, amelyeknél a kárhányad nem kiugróan magas, a szabvány előírásainak figyelembevételével méretezhetők. Egyes szabványok a magasabb rendeltetési osztályokba sorolt szerkezetek méretezéséhez szigorúbb erőtani követelményekre vezető rendeltetési tényezőket definiálnak A III. és a IV rendeltetési csoportba sorolt létesítmények erőtani tervezése során közvetlenül alkalmazhatók a vonatkozó méretezési szabványok. Az utóbbi csoportnál az ideiglenes, ill. alárendelt szerep esetére megengedett könnyítéseket lehet alkalmazni A tervezési előírások Nem engedhető meg, hogy a követelmények teljesülését mindenki a maga módján ellenőrizze, ill. igazolja Ez a szubjektivitás elfogadhatatlan esetlegességgel terhelné mind az

építő, mind az építtető közreműködését, aminek végső soron az építmény és használói is kárát vallanák. A vállalkozás formájában végzett építési tevékenységben a kezdetek óta megnyilvánuló törekvés az, hogy a követelményeket a közreműködők személyétől független, a mindenkire érvényes törvényekhez hasonló hatályú előírásokban rögzítsék. Ilyen építési előírások már az ókori városállamokban is léteztek Az egységesítés problémáját az építési gyakorlat mára olyan általános hatályú előírás-rendszer kidolgozásával oldotta meg, amelynek az alkalmazásától csak akkor szabad eltérni, ha az építő hitelt érdemlően bizonyítja, hogy azok a követelmények, amelyek teljesülése érdekében az előírásokat megállapították, az előírásoktól való eltérés ellenére teljesülnek. Egyes feladatkörökben elegendő, ha ez az előírásrendszer csak az ellenőrzés alapelveit rögzíti, más

esetekben – így az erőtani követelmények teljesülésének ellenőrzésével kapcsolatban is - célszerűbb volt részletesen megadni azt a vizsgálati módszert is, amellyel a követelmények teljesülését igazolni kell. Ez. az előírás-rendszer a vízépítés feladatkörében is egy tervezési szabványsorozat Alapelveiben és részleteiben is sok hasonlóságot mutat a közismertebb magasépítési tervezési szabványsorozattal, (MSZ 15020, MSZ 15021, stb.,) hiszen itt is, ott is építési fel- 13 adatról van szó, ez is, amaz is az ún. „félig valószínűségi” szabványok közé sorolható, stb. A vízépítési műtárgyak erőtani tervezésének általános előírásait a magyar nemzeti szabványok közül az MSZ 15225 szabvány és az ehhez kapcsolódó szabványsorozat tartalmazza. Erre a szabványra mint alapszabványra épülnek a terhek felvételét és az erőtani tervezés anyagspecifikus vizsgálati elveit és módszereit rögzítő

előírások, ugyanúgy, mint a magasépítési szerkezetek tervezésében használt MSZ 15020 sz. alapszabványra az MSZ 15021 sz. teherszabvány, a vasbetonszerkezetek MSZ 15022 sz szabványának lapjai, stb A vízépítési létesítmények terheit – az alapszabványban megadott korlátozások figyelembevételével – az MSZ 15226 sz. szabvány előírásai szerint kell felvenni A vasbeton vízépítési műtárgyak erőtani tervezésének speciális előírásai az MSZ 15227 sz szabványban találhatók A falazott szerkezetekre vonatkozó előírások az MSZ 15228 sz, az acélszerkezetekre vonatkozó előírások az MSZ 15229 sz. szabványban vannak rögzítve A különböző anyagú szerkezetek erõtani számítása során ezek a szabvány-előírások együtt használandók az MSZ 15225 és az MSZ 15226 általános elõírásaival. A beruházási, építési tevékenységet folytató vállalatok jelentős része országos hatáskörű hatóságok, hivatalok (minisztériumok,

OVH, KF, KBF, stb.) felügyelete alá van rendelve. Ezek a hatóságok a felügyeletük alá tartozó tevékenységi körben a nemzeti szabványokkal azonos szintű, de azoktól többé-kevésbé különböző (a szélesebb érvényességi körű szabványokénál részletesebb és az esetek többségében szigorúbb előírásokat tartalmazó) ún. ágazati szabványokat adhatnak ki Az Országos Vízügyi Hivatal felügyelete alá tartozó beruházások vízépítési műtárgyainak erőtani tervezésére vonatkozó MSZ-10 139/2-7 ágazati szabványsorozat általános előírásai azonosak az MSZ 15225-ben foglaltakkal, a részletező előírások azonban több eltérést tartalmaznak az ehhez kapcsolódó országos szabványokban foglaltaktól. Nemzetközi kooperációban végzett beruházások esetén a résztvevőknek külön megállapodásban kell rögzíteniük, hogy mely szabályzatok mely előírásait tekintik kölcsönösen figyelembe veendőnek. Ennek a megállapodásnak

összhangban kell állnia beruházásban érintett hatóságok, hivatalok előírásaival, ill amennyiben azoktól eltér, ehhez az eltéréshez az említettek jóváhagyását meg kell kérni. Különösen fontos ennek a kérdésnek a tisztázása nemzetközi szabványok vagy idegen nemzeti szabványok hazai alkalmazása esetén Az egyeztetés megkönnyítését célozzák a kidolgozott, ill kidolgozás alatt álló EUROCODE ajánlások, (EC1, EC2, EC3, EC8 stb.), amelyek a folyamatosan korszerűsített és a nemzetközi együttműködés szempontjait jól figyelembe vevő nemzeti szabványok alapját képzik. Magyarországon is folyamatban az EUROCODE alapú, egységes szemléletű szabványsorozat kidolgozása, amely fokozatosan átveheti a fennemlített méretezési szabványok helyét. Ennek az erőtani tervezés alapjaival és a teherhordó szerkezeteket érő hatásokkal foglalkozó kötete az MSZ ENV 1991, a beton és vasbeton szerkezetek tervezésével foglalkozó kötete az

MSZ ENV 1992, a falazott szerkezetekkel foglalkozó kötet az MSZ ENV 1996. A köteteken belül önállóan is használható füzetek tartalmazzák a részletező előírásokat, pl a vasbeton vízépítési létesítményekkel, gátakkal, folyadéktárolókkal stb. kapcsolatos speciális előírások az MSZ ENV 1992 kötet 4:1999 sz füzetében találhatók meg 14 Terhek és terhelő hatások A vízépítési műtárgyak erőtani tervezésével foglalkozó előírásokban megjelenő terhek – természetesen – sok hasonlóságot és számos eltérést mutatnak a magasépítési szerkezetek erőtani vizsgálata során figyelembe veendő terhekhez képest. A vízépítési műtárgyak erőtani vizsgálata során figyelembe veendő terheket és különleges követelményeket a hazai szabványok közül az MSZ 15225, MSZ 15226 sz. országos és az MSZ 10 139/2 sz ágazati szabvány tartalmazza A szabványok általában kétféle tehertípust definiálnak: Állandó terhek: azok a

szerkezetre háruló terhek, amelyek nagysága és elrendezése a tervezett élettartam során változatlannak tekinthető. Minden legalább 50% tartósságú teher állandó teherként (is) mérlegelendő. A legjellemzőbb állandó teher az önsúly, amely a saját súly és az el nem mozdítható módon a szerkezethez kapcsolt részek együttes súlya. Nem minősül állandó tehernek pl. a műtárgy köré kialakított földtöltés súlya és oldalnyomása, mert nem zárható ki az, hogy megbontják a földtöltést. Ugyanakkor a földterhek nagy tartósságú terhek, ezért ezek hatásait állandó teherként is mérlegelni kell. Esetleges terhek: a műtárgy rendeltetés-szerű használata, ill. nem kizárható üzemzavara során a szerkezetre háruló olyan terhek, ill. terhelő hatások, amelyek nagysága időben és/vagy térben változó érték A legjellemzőbb esetleges terhek az álló, ill mozgó víz nyomásából származó terhek, a jégterhek, ill. a gátolt

hőmozgásból és az egyenlőtlen támaszmozgásból származó terhelő hatások Mindkét tehertípus jellemzéséhez az előfordulás gyakoriságának, ill. tartósságának figyelembevételére több eltérő értéket definiálnak a „félvalószínűségi” szabványok. Ezek az értékek a következők: - üzemi (használati) érték, - szélső érték, - rendkívüli érték. - Az üzemi értéket az alábbi három teherintenzitás közül a legnagyobb adja: az a teherintenzitás, amelyet a tervezett élettartam során a maximális teherintenzitás pü valószínűséggel nem lép túl, (az MSZ 15225 szerint pü =60%), az az intenzitás, amelyet a tervezett élettartam során a teher q tartóssággal lép túl, (az MSZ 15225 szerint q=10%), az a legnagyobb intenzitás amely a tervezett élettartam során napi r gyakorisággal fellép, (az MSZ 15225 szerint r = 0.5) A szélső értéket az a teherintenzitás jelenti, amelyet a tervezett élettartam során a maximális

teherintenzitás psz valószínűséggel ér el, (az MSZ 15225 szerint psz =5%). A rendkívüli érték az adott tehernek az az intenzitása, amelynek a túllépési valószínűsége a szerkezet gazdaságos élettartama során pr (az MSZ 15225 szerint pr =1%). Egyes előírásokban külön tehertípusként szerepelnek a rendkívüli terhek, amelyek a használattól függetlenül előálló katasztrófa-állapotokban lépnek fel, ezeknek általában csak rendkívüli a értékét értelmezik. 15 Tehercsoportosítások A különböző vizsgálatok elvégzéséhez az MSZ 15225 három tehercsoportosítást értelmez. Ezek a következők: I. Használati tehercsoportosítás II. Szélső tehercsoportosítás III. Rendkívüli tehercsoportosítás A felsorolt tehercsoportosításokban a terhek használati értékeinek, szélsőértékeinek, ill. rendkívüli értékeinek a vizsgálat szempontjából legkedvezőtlenebb, de fizikailag lehetséges kombinációit kell szerepeltetni. A

szélső tehercsoportosításban részletes vizsgálat alapján megválasztott egyidejűségi tényezőkkel figyelembe lehet venni a kombinációban szereplő szélsőértékű terhek egyidejű fellépésének csökkent valószínűségét, a rendkívüli tehercsoportosításban csak akkor kell egynél több terhet a rendkívüli értékével figyelembe venni, ha a rendkívüli értékek egyidejű fellépését fizikai, meteorológiai, stb. törvények valószínűnek mutatják. A használati tehercsoportosítás figyelembevételével végzett vizsgálatokban a szerkezetek viselkedését a rugalmasság feltételezésével kell modellezni. Ez vasbeton szerkezetek esetén az ún I ill II keresztmetszeti feszültségi állapot feltételezését jelenti (Elnézést, kicsit túltengnek a szabványban és magyarázatában a római számok, de ez ne legyen ok az értelmezésbeli keveredésre!) Berepedetlennek – azaz I. keresztmetszeti feszültségi állapotban lévőnek - csak akkor

tekinthetjük a szerkezetet, ha az adott vizsgálat szempontjából ez a kedvezőtlenebb, ill akkor, ha a megfelelőséget a szélső tehercsoportosítás szerinti vizsgálatoknál is a repedésmentességhez kötjük A szélső tehercsoportosítás figyelembevételével végzett vizsgálatokban a szerkezet igénybevételeinek eloszlását – elfogadható közelítésként – a rugalmas viselkedés feltételezésével lehet meghatározni, a keresztmetszeti teherbírások igazolásánál azonban – a keresztmetszeti nyúlásokra vonatkozó határok figyelembevételével – a III. keresztmetszeti feszültségi állapot feltételezései szerinti feszültségeloszlást lehet figyelembe venni Vízépítési szerkezeteken ún. képlékeny igénybevétel-átrendeződést csak az átrendeződésnek a merevségre, az alakváltozásokra és a repedezettségi állapotra vonatkozó következményeinek részletes vizsgálata alapján szabad figyelembe venni Ezeknek a vizsgálatoknak az

összetett volta miatt az igénybevétel-átrendeződés lehetőségének a figyelembevételétől általában el szoktak tekinteni A rendkívüli tehercsoportosítás figyelembevételével végzett vizsgálatokban megengedett a szerkezet képlékeny viselkedésévből adódó teherbírás-többlet figyelembevétele mind a képlékeny igénybevétel-átrendeződésben, mind a keresztmetszeti feszültségeloszlásban. Ellenőrizni kell viszont, hogy a figyelembe vett igénybevétel-átrendeződéshez tartozó képlékeny alakváltozások nem merítik-e ki a szerkezet képlékeny alakváltozó képességét. Az erőtani vizsgálattal ellenőrzendő legfontosabb követelmények az alábbiak. A helyzeti állékonyság vizsgálata A helyzeti állékonyság elvesztésének alapesetei a felúszás, az elcsúszás és a felborulás. Ezekre vonatkozóan mindhárom tehercsoportosításban vizsgálatot kell végezni. A vizsgálat alapelve az, hogy a szerkezetre ható erőket két csoportba, az

elmozdító erők és az elmozdulást akadályozó erők csoportjába kell sorolni, majd meg kell mutatni, hogy az elmozdulást akadályozó erőknek az elmozdító erőkkel egyidejűleg figyelembe vehető hatá- 16 sa a megkövetelt biztonsággal nagyobb az elmozdító erők hatásánál. Ez a megkövetelt biztonság a három állékonysági alapeset és a három teherkombináció esetén a következő: I. teh csop felúszás elcsúszás felborulás 1.4 1.6 2.2 II. teh csop 1.2 1.4 1.9 III. teh csop 1.1 1.2 1.5 Akadályozó erők csak állandó, ill. fizikai törvények szerint az elmozdító erőkkel egyidejűleg biztosan figyelembe vehető erők lehetnek, ezek komponensei nem szorozhatók függetlenül Az erők iránya és támadáspontja nem változtatható meg, ezek bizonytalanságának figyelembevételére szolgál a három alapesetben eltérő biztonsági tényező A szilárdsági teherbírás vizsgálata A szilárdsági teherbírás vizsgálata voltaképpen a

magasépítési szerkezeteknél megismert eljárások alkalmazását igényli. Részletes vizsgálattal vagy szemlélet alapján meg kell tehát keresni azokat a keresztmetszeteket és igénybevétel-kombinációkat, amelyek az egész szerkezet szempontjából meghatározó szerepűek, és a terhek mértékadó teherelrendezései alapján meghatározott mértékadó igénybevétel-kombinációkról meg kell mutatni, hogy biztonsággal kisebbek a keresztmetszetek geometriai és szilárdsági adatai által meghatározott kombinációknál. A szilárdsági teherbírást általában elegendő a II. és a III tehercsoportosítás figyelembevételével, az ezek alkalmazásakor megengedett számítási modell alapján ellenőrizni A szilárdsági teherbírás vizsgálata során a mértékadó igénybevételek számítását a karcsú szerkezeteknél a másodrendű hatás, időben változó intenzitású terheknél a dinamikus hatás figyelembevételével kell elvégezni. Formálisan a

statikai számításra visszavezetett módszerekkel ellenőrizzük a szerkezet tartósságát, amikor a használati tehercsoportosítás szerinti terhek alapján mértékadó repedéstágasságot számítunk, amelyet a szerkezettípusra előírt határ-repedéstágassággal vetünk össze. Ez a határ-repedéstágasság feszített szerkezetek esetén általában 0, nem feszített vasbeton szerkezetek esetén 0.1 – 03 mm A vízépítési létesítmények terhei A vízépítési és mélyépítési létesítmények legjellemzőbb terhei és terhelő hatásai a következők. A vízterhek A vízteher a hidraulikai számítások szerinti, az adott méretezési helyzetnek megfelelő valószínűséggel fellépő vízszint, ill. nyomáseloszlás alapján számított, a felületre merőleges teher A műtárgyak jelentős részénél el lehet tekinteni attól, hogy a víznyomásból adódó terheket áramló víz nyomásaként vizsgáljuk Ezeknél a vízterhek eloszlását egy tényleges vagy

feltételezett víztükörtől mért mélységgel arányos hidrosztatikus nyomás alapján vesszük fel. A feltételezett víztükör magasságát egyes esetekben a műtárgy-lánchoz kap- 17 csolódó technológia közvetlenül meghatározza, más esetekben ugyanezt nagy területre és időszakra kiterjedő hidrológiai adatsor analízisével kell felvenni. Hasonló analízissel vesszük fel a nyomáseloszlást a talajvíz hatásának a figyelembevételekor. Vannak azonban olyan műtárgyak, (elsősorban a vízszint-különbség létrehozására, ill. fenntartására szolgáló nagyműtárgyak,) amelyeknél ez az egyszerűsítés nem tehető meg. Az áramló talajvíz nyomása egy adott helyen nem hozható közvetlen összefüggésbe a nyugvó talajvíz víztükrétől mért mélységgel, a víz mozgása lényegesen befolyásolhatja a víznyomásból származó terheket. Ilyen körülmények közt a vízterheket részletes hidraulikai analízis (szivárgás-vizsgálat) alapján

kell felvennünk Természetesen ezeknek a terheknek is van várható értéke, ill. különböző gyakoriságokhoz tartozó szélső értékei és rendkívüli értékei, amelyek felvételéhez nem adhatnak minden feladatra vonatkozóan elegendő támpontot a szabályzatok. Megfelelően részletes ágazati szabályzás hiányában ezeket a terheket valószínűségelméleti módszerrel, a tehertípus definíciója alapján kell felvennünk. A műtárgyak jelentős részére a talajban áramló víz terhe felhajtóerő formájában hat, a felhajtó erővel a szerkezet súlyának kell ellent tartania. Speciális alakú műtárgyak esetén komoly gond származhat abból, hogy a felhajtóerő eredője és a műtárgy súlypontja között nagy a távolság. Ilyen esetekben a műtárgy feneke alatt megfelelő helyen létesített vízzáró szádfallal úgy kell módosítani az áramlási viszonyokat, hogy a víznyomás eloszlása pontosabban kövesse a műtárgy tömegeloszlását. Vannak

olyan műtárgyak, amelyekben a víz nagy sebességgel áramlik. Ezek vízterheit is részletes hidraulikai vizsgálat alapján kell meghatároznunk Fontos tudnunk, hogy az egyenes csövekben egyenletes sebességgel áramló víz impulzusának változása miatt az iránytörések helyén jelentős nagyságú oldalirányú erők lépnek fel. - - - Hidrosztatikus teher: A szerkezetet körülvevő, ill. a szerkezetben tárolt víz nyomása a szabad vízszinttől mért mélységgel arányos nyomáseloszlás szerint. A víz sűrűségét indokolt esetben – zagy, sodort hordalék, ülepítetlen szennyvíz – 1 t/m3-nél nagyobb értékre lehet felvenni. Az altalajban áramló víz nyomása: az egyidejűleg lehetséges felső és alsó vízszintek legkedvezőtlenebb párosításai alapján számított nyomáseloszlással. A talajban áramló víz nyomáseloszlását – a kicsiny sebességek miatt – a tehetetlenségi erők figyelmen kívül hagyásával számítják A műtárgyban

áramló víz nyomása: hidrodinamikai számítások figyelembevételével határozható meg. A műtárgyakban áramló víz sebessége sokszorosa a talajban áramló víz sebességénél, ezért a tehetetlenségi erőket semmiképp nem hagyhatjuk figyelmen kívül. Különösen nem, ha a vízáramlás sebességének (nagyságának és/vagy irányának) jelentős megváltozásáról van szó A vízáramlás megszakításakor a vezetékekben fellépő nyomásugrást („kosütés”) ritkán fellépő teherként kell számításba venni. A földteher és földnyomás A földteher a földnek mint terhelő anyagnak a súlya, ill. – ettől megkülönböztetve – a szerkezet által megtámasztott földtömegek földnyomása. A talaj és a szerkezet kölcsönhatása egyes esetekben olyan, hogy a szerkezetre ható talajfeszültségeket a szokásos módon teherként vagy reakcióként értelmezhetjük, más 18 esetekben az aktív és a reaktív terhekre vonatkozóan önkényes

feltételezésekkel kell élnünk. Jellemző példa erre a csővezetékek keresztirányú méretezése, ill a talajra fektetett lemezes szerkezetek vizsgálata. A szerkezetre jutó földterhelés felvételénél mérlegelnünk kell a környező földtömegnek az ún. zavartalan állapottól való eltérését (töltésállapot, árokállapot) és a térszíni terhek hatását is. (Ezekkel a kérdésekkel részletesebben az említett szerkezettípusokkal kapcsolatban foglalkozunk) Az aktív és reaktív terhek felvételénél mindig szem előtt kell tartani, hogy lehetnek olyan vizsgálatok, amelyekben a korábban használt feltételezéseket módosítanunk kell ahhoz, hogy elkerüljük a valóságosnál kedvezőbb állapot figyelembevételét a statikai számításban. Nem zárható pl ki az altalaj kiüregelődése vagy az átlagosnál nagyobb tömörsége, amely ugyanúgy az igénybevételek helyi növekedését okozhatja, mint a kiüregelődés A víz alatti föld

térfogatsúlyának számításakor a felhajtóerőt figyelembe kell venni a γ’=(s-1)(1-n) t/m3 összefüggés szerint, ahol s a tömör szemcse-térfogatsúly (t/m3) és n a fajlagos hézagtérfogat. Jégteher Olyan klimatikus viszonyok közt, ahol a műtárggyal kapcsolatba kerülő víz megfagyhat, számításba kell venni a jég által kifejtett terheket. Ennek megfelelően egyes szerkezeteknél figyelemmel kell lennünk - a víz fagyáskori térfogatváltozásából, - a jég hőmérsékletváltozásából, ill. - az úszó jégtáblák ütközéséből keletkező terhekre és terhelő mozgásokra. Ezek a terhek általában rendkívül nagyok, így célszerű a műtárgy szerkezeti kialakítását olyanra választani, amellyel elejét vehetjük a fellépésüknek. Pl - olyan műtárgyakat, amelyek érzékenyek a talajban megfagyó víz hatására bekövetkező támaszmozgásokra, (a műtárgyak többsége ilyen szerkezet,) a talajra olyan mélységben támaszkodó

alátámasztásra helyezünk, ahol már nem kell számítani a pórusvíz megfagyására, - azoknak a műtárgyaknak, amelyekben a víz megfagyhat, a fagyáskori vízfelszín magasságában lévő profilját úgy alakítjuk ki, hogy azon az álló jég befeszülés helyett el tudjon csúszni, - azok elé a műtárgyak elé, amelyekben a zajló jég kárt tehet, célszerű terelő-védő cölöpcsoportot telepíteni, stb. Hatalmas károk előzhetők meg kikötőműveken a szakszerű jégtöréssel, a partvédő műtárgyakon a partközeli jégvágással. A szerkezet megfelelő kialakításával, ill. terelő-védő elemek alkalmazásával kell elejét venni azoknak a roncsoló hatású ütközéseknek is, amelyeket egymásra torlódott jégtáblák, kormányozhatatlanná vált hajók vagy elszabadult uszályok, pontonok okozhatnak a vízi közlekedéshez kapcsolódó műtárgyakon. Hőmérsékleti teher 19 A műtárgyak betonját legerősebben próbára tevő hőmérsékleti teher

a bedolgozást követő hidratáció által keltett fölmelegedés, mert ekkor a beton szilárdsága még alacsony. Ennek a hőmérsékleti terhelésnek az elkerülésével, ill. figyelembevételével külön előadás keretében foglalkozunk. A földbe kerülő szerkezetek számára a földtakarás hatékony hőszigetelésként működik. Kb 03 m vastagságú földréteg a magasépítési szerkezetekben alkalmazott hőszigetelő rétegek szerepét megfelelően ellátja Az 1 m-nél mélyebben fekvő, a talajjal érintkező szerkezetekben az évi középhőmérséklettől való eltérést, ill hőmérsékleti terhet csak akkor kell feltételezni, ha a szerkezet egyes részei a műtárgy rendeltetéséből következően az átlagostól lényegesen eltérő hőmérsékletű közeggel érintkeznek. Ilyen szerkezetek pl az úszómedencék, amelyek hőmozgásai az egész szerkezeten átmenő tágulási hézag (50 m-es sportmedencéknél általában két hézag) alkalmazását igénylik.

Jelentős hőfeszültségek léphetnek fel azokban a szerkezetekben is, amelyek részben a terepszint alatt, részben fölötte fekszenek. Az ebből adódó károsodások elkerülésére a víztároló medencéket földkúppal szokták körülvenni vagy a medence falát és lefedését külső hőszigeteléssel látják el. Egyenetlen támaszmozgások A külső statikai határozatlanság együtt jár azzal, hogy az egyenetlen támaszmozgások az egész támaszerő-rendszert érintő átrendeződést keltenek. Mivel a vízépítési műtárgyak jellemzően nagy merevségű szerkezetek, viszonylag kicsiny mozgáskülönbségek nagy átrendeződéseket okozhatnak. A korrekt vizsgálat általában több, eltérő feltételezéseknek megfelelő támaszmozgás vizsgálatát igényli Ezek hatását sohasem szabad kizárólag a szerkezet alakváltozó képessége alapján vizsgálni, mert mindig jelentős a környezet alakváltozó képességének a szerepe is. A hőmérsékleti terhek

mérséklésével kapcsolatban említést tettünk a tágulási hézag alkalmazásáról. Az ilyen hézagokat - nem pontos, de a szaknyelvben egyértelmű jelentéssel bíró szóval – dilatációknak (pontosabban: dilatációs hézagoknak) szoktuk nevezni. Hasonló „dilatációk” (pontosabban: mozgási hézagok) alkalmazásával lehet elejét venni annak is, hogy az egyenetlen támaszmozgásokból nem kívánt nagyságú igénybevételek keletkezzenek. Minden mozgási hézag alkalmazásának az alapelve végső soron az, hogy segítségével csökkentsük a szerkezet statikai határozatlanságának a fokszámát, ezáltal az erőjátékot a statikai határozottság irányában módosítsuk. A mozgási hézagoknak számos eltérő kialakítása képzelhető el attól függően, hogy ennek érdekében a hézagban milyen mozgáselemek létrejöttét kívánjuk megengedni, ill. megakadályozni. 20