Lapszámok

Ahogy az ipari padlók esetében lényeges az alépítményi szerkezet teherbírása, annak folytonos egyenletes alátámasztása a betonlemez szilárdságával együtt, úgy a térbetonok tervezésénél is mindkettőre együtt, azonos figyelemmel kell tekinteni. A betonlemezek merev pályaszerkezetnek minősülnek, méretezésük alapvetően a repedésmentes állapotra (ún. I. feszültségi állapotra) történik. A cél tehát az, hogy a fugákkal elválasztott betontáblák lehetőleg ne repedjenek meg. Már most jelzem, hogy tudom, hogy nyilvánvalóan irreális célról van szó, mert minden betonszerkezet viszonylag könnyen megreped, de a célnak ennek tudatában is szükséges megmaradnia, mert enélkül több repedés lenne, mint amit kezelni lehetne.

A térbetonok leggyakrabban vasalatlan, merev lemezek, könnyen repednek, és ha nem emeljük ki a repedéskialakulás elleni küzdelmet mind a tervezés, mind a kivitelezés, mind az üzemeltetés fázisában, akkor azok száma, gyakorisága olyan nagy lehet, hogy rövid időn belül használhatósági hibák keletkeznének és nagymértékben csökkenne az élettartam. Mit tehetünk tehát annak érdekében, hogy a térbetonon ne keletkezzenek repedések, vagy ha az elkerülhetetlen, akkor minimális legyen azok száma és tágassága?

Először is az alépítményi szerkezetet kell megtervezni úgy, hogy folytonos, egyenletes, minél kisebb süllyedésérzékenységű alátámasztása legyen a térbetonburkolatnak. Az alépítményt célszerű megtervezni az ipari padlókhoz hasonlóan, de érdemes figyelembe venni az útügyi műszaki előírásokat is. Az altalaji rétegek felett az alépítmény megtervezésénél az adott területen meglévő talajokat bizonyos feltételekkel és esetlegesen javítások után fel lehet használni. Példaként az általános osztályozás szerinti M-1 (kiváló) és M-2 (jó) földműanyagok használhatók az alsóbb alépítményi rétegekben, az alacsonyabb osztályba (M-3-tól M-6-ig) tartozó anyagok már nem javasoltak beton térburkolat alá. Az M-1 és M-2 osztályba tartozó földműanyagok durva szemcséjű, folytonos szemeloszlású kavics, homokos kavics, kavicsoshomok-anyagok, az M-2 osztályban megengedett iszapos, agyagos homok, kavicstartalommal és mállásra nem hajlamos kőzettörmelék-tartalommal.

Gyakran előkerül a daráltbeton, törtbeton beépítésének lehetősége. Nagy a kísértés, hogy ez a visszanyert anyag egyszerűen beépíthető, de sajnos ebben az esetben is oda kell figyelni arra, hogy csak bizonyos feltételekkel szabad használni. A törtbeton újrahasznosított adalékanyag szilárdsága általában megfelelő, de mivel porózus, magas a vízfelvételi képessége, ennélfogva nem fagyálló, ezenkívül sokszor szennyezett. Gyakran tartalmaz falazattörmeléket, tégladarabokat, bontott aszfaltot, esetleg szerves anyagokat is. Figyelni kell arra, hogy a zúzott, bontott aszfalttartalom max. 5 tömegszázalék, a bontott falazattörmelék max. 10 tömegszázalék, az egyéb szennyezőanyag-mennyiség max. 1 tömegszázalék, a szervesanyag-tartalom max. 0,1 tömegszázalék legyen. A daráltbeton alkalmazása nem előnyös olyan esetekben, amikor talajvíz jelenlétére lehet számítani.

Amennyiben nem megfelelők a felső talajrétegek tulajdonságai és nincsenek alkalmas ágyazati anyagok, akkor a talajjavítás lehetősége is felmerülhet. Lényeges, hogy a térbetonok altalaji és alépítményi rétegei harmonikusan épüljenek egymásra és a legfelső ágyazati réteget javaslom stabil, teherbíró zúzottkő ágyazattal (zúzalék kiékeléssel) vagy CKt-val megépíteni.

A térbeton alatti talajrétegek tulajdonságait az ún. határmélységig szükséges figyelembe venni a tervezéskor, ez – függően a talajszerkezettől – kb. 3-4 méter a betonlemez alsó síkjától számítva. Ez az a mélység, amin belül általában lényeges hatásuk van a talaj-, ill. alépítményi rétegeknek a betonlemez teherbírására és tartósságára. Ezen mélység alatt általában már csak csekély, elhanyagolható hatása van a talajnak a betonlemezre.

Tehát a talajszerkezet feljavítását főleg erre a zónára kell fókuszálni az alépítmény tervezése és építése során. A talajcserén kívül, ami nyilván a legköltségesebb lenne, a talajrétegek teherbírás-javításánál leginkább az alábbi szempontokat célszerű a figyelembe venni. Gyengébb szemcsés talajok esetében jó megoldás lehet nagy szemcsés, pl. vízépítési kövek bedolgozása a homokos, iszapos rétegbe. Egyébként az M-1 és M-2 földműanyagok használhatók, a helyi anyagok pedig sok esetben feljavíthatók. Van olyan helyzet, amikor meg kell akadályozni a rétegek összekeveredését a talajjal, vagy a különböző alépítményi rétegek összekeveredését. Ezekben az esetekben jó megoldás a geotextília használata.

"A környezeti hatások figyelembevétele nagyobb jelentőséggel bír a kültéri betonszerkezetek esetén"

Lényeges, hogy a geotextília nem növeli közvetlenül a teherbírást, de ha jól alkalmazzuk, jótékony hatással lehet a teljes rétegrend teherbírásának a fokozására. A georács alkalmazása általában vonalas létesítményeknél (pl. út, vasút) hasznos, mert gátolja, adott esetben meg is akadályozza a földmű oldalirányú elcsúszását. Ez a tulajdonság a térbetonlemezeknél csak ritkán jelent előnyt, használata esetén valamelyest növeli azonban annak a rétegnek a stabilitását, melybe beépítik. Gyenge altalaj esetén jó megoldás még a talajjavítás, amivel a felső 20–30 cm-es réteget cementes és/ vagy meszes átforgatásával, stabilizálásával lehet megerősíteni. Az optimális alépítményi rétegrend megtervezése kulcsfontosságú a térbetonok tervezési folyamatában.

Az alépítmény megtervezése után kerülhet sor magának a betonlemeznek a méretezésére. Mint az ipari padlók esetében a térbetonok esetében is a folytonos, rugalmas megtámasztású betonlemezként való modellfelvétel a célszerű. A térbetonok többségében nem vasaltak, nem vasbeton lemezek és nem is szálerősítéses betonok, hanem ún. nullbetonok, vasalás nélküliek, sokszor bazaltbetonok. Éppen ezért a méretezések a repedésmentes állapotban maradást célozzák meg, úgy számolják ki az igénybevételekből a lemezben ébredő effektív nyomatékokat, feszültségeket, hogy annak a betonlemez repedés nélkül ellen tudjon állni.

Tekintettel arra, hogy a beton hajlító-húzószilárdsága a nyomószilárdságához képest egy nagyságrenddel kisebb (nyolcada, tizede), és emellett ha a szerkezet megreped, akkor a repedés helyén jelentős teherbírásvesztés történik. Kvázi képlékeny csukló alakul ki, amíg a repedéstágasság 0,4–0,5 mm-en belül marad, de ha a repedéstágasság eléri az 1,0 mm-t, akkor a repedéssel elválasztott két táblarész teherátadó képessége gyakorlatilag megszűnik, 10–15% alá csökken a teherátadó képesség. Ha van acélszál- vagy statikai műanyagszál-erősítés a betonban, akkor a teherátadási kapacitás még ilyen nagy repedéstágasság esetén is 30–60%-ban megmarad, és ez elég ahhoz, hogy hatékonyan méretezhető legyen hajlításra a szerkezet.

Ezért szoktuk javasolni a szálerősítést kültéri betonlemezek esetén is, tudva azt, hogy az acélszálak használatakor a felületen megjelenő szálak kipereghetnek, illetve megbarnulnak a korróziótól. Sok olyan alkalmazási terület van, ahol ez nem jelent problémát, hátrányt, de pl. az állattartó telepeknél ezért nem alkalmaznak acélszálerősítést. Vannak azonban egyre nagyobb hatékonyságú makroszálas polimer erősítések is. Figyelem: a polimer mikroszálak nem alkalmasak hatékony teherátadásra a repedéseknél, fugáknál. A szálerősítés a teherátadáson felül jótékonyan hat a repedéskorlátozásra, csökkenti a repedéskockázatot és a kialakult repedések tágasságát is, méghozzá jelentősen. Láthattuk feljebb, hogy kulcskérdés, hogy ha már nem tudjuk biztonsággal elkerülni a repedéseket, legalább a tágasságukat szorítsuk le 0,4–0,5 mm alá vagy annak közelébe.

A kültéri betonlemezek statikai méretezéséhez egyaránt figyelembe kell venni a környezeti és a mechanikai igénybevételeket. Az alábbi kiindulási adatok szükségesek ahhoz, hogy ezen terhelésekre méretezni lehessen egy kültéri, vasalatlan betonlemezt:

• Alépítmény, ágyazat ágyazási tényezője: k (N/mm3 ).
• Betonlemez vastagsága: h (cm).
• Beton nyomószilárdsági osztály: pl. C30/37 (a CP 4/2,7 bazaltbeton ebbe az osztályba tartozik).
• Beton egyéb tervezési tulajdonságai, amik általában az Eurocode szerint vannak felvéve a nyomószilárdsági osztálynak megfelelően. Pl. rugalmassági modulus, hajlító-húzószilárdság, harántkontrakció (keresztirányú alakváltozási képesség) stb.
• Várható max. hőmérsékletváltozás: ΔT (˚C).
• Fugatávolság egyik és másik irányban (fugatávolság): L (m).
• Jármű kerékteher- és kontaktfelület: P (kN) és A (mm2 ).

Természetesen kiegészítő adatokra is szükség van, pl. a beton hajlító-húzószilárdságára, hőtágulási együtthatójára, hőtágulási grádiensére. A grádiens azt fejezi ki, hogy a beton felületi hőmérsékletéhez képest hogyan alakul, változik a hőfok a keresztmetszet alsóbb rétege felé, és ebből mekkora mértékű boltozódás, vetemedés keletkezik. A beton hőmérsékleti grádiense 0,09 ˚C/ mm (a közép-európai térségre elfogadott Eisenmann ajánlás), ami a napi hőingadozás hatását számszerűsíti. Ha a betonlemez felső síkja hidegebb, mint az alsó, a táblaszélek felhajlanak, és a szerkezet önsúlyából adódóan felül húzófeszültségek keletkeznek. Ez a húzófeszültség ahol nagyobb, mint a beton hajlító-húzószilárdsága, ott a szerkezet megreped, eltörik.

A vetemedési feszültség nagysága függ az egyenlőtlen hőmérsékletváltozáson túl a táblamérettől (aminek nem szabad nagyobbnak lennie, mint a lemezvastagság 25-szöröse [pl. 20 cm-es vastagság esetén max. 5 m]) és az oldalak arányától (aminek nem szabad nagyobbnak lennie 3:2-nél), az alépítmény, ágyazat teherbírásától (amit az ágyazási tényező jellemez) és az ún. merevségi hossztól (rugalmas hossz, ami az ágyazási tényezőtől, a beton rugalmassági modulusától, a keresztirányú alakváltozási képességtől függ). A cél mindig az, hogy minél kisebb legyen a vetemedési feszültség és magának a felhajlásnak a mértéke. A felhajlás mértékét és a letörésérzékenységet még hézagvasalással lehet csökkenteni.

A hőmérsékletváltozás nemcsak vetemedést, hanem vízszintesen fellépő kényszeralakváltozást, hőmozgást is okoz, illetve mozgásgátlás esetén nyomó-, valamint húzófeszültségeket is kelt. A betonlemez súrlódása annak alsó síkjában gátolja a lemez mozgási képességét. Ezért is szükséges polietilén fóliát, lehetőleg 2 rétegben, az ágyazat felső síkjára fektetni és erre építeni a térbetonburkolatot. Minél kisebb a súrlódási ellenállás, annál kisebb lesz a gátolt alakváltozásból származó feszültség, és annál kisebb lesz a betonszerkezet repedésérzékenysége. A súrlódási feszültségeknek a vékonyabb és hosszabb tábláknál van nagyobb jelentőségük, ezért szükséges terjeszkedési hézagokat is beépíteni, illetve vakhézagokat képezni a fent jelzett távolságokban – lemezvastagság x 25 (25xh). A hőmérsékletváltozást a betonozáskori betonhőmérséklethez képest kell figyelembe venni.

A beton zsugorodásából származó feszültségekre is ügyelni kell, de általában erre az igénybevételre nem méreteznek, hanem a vakhézagok kiosztásával és ennek megfelelő képzésével védekeznek a zsugorodási repedések kialakulásával szemben.

Ezen fenti környezetfizikai hatásokba tartozik még az ún. nedvesség-grádiensből eredő feszültségek kialakulása és figyelembevétele. A betontáblák nedvessége a felső és alsó zónában, főleg az időjárás következtében, különböző. Ebből feszültség keletkezik, aminek a nagysága olyan csekély, hogy azt a tervezéskor nem szükséges figyelembe venni. Természetesen az utókezelés, a nedvesen tartás a száradáskor szükséges, de ez főleg nem ezen igénybevétel miatt.

A környezeti hatások figyelembevétele nagyobb jelentőséggel bír a kültéri betonszerkezetek esetén, ezek sokkal mértékadóbbak, mint pl. a beltéri ipari padlóknál. Ezek mellett, természetesen, a forgalmi és más hasznos terhelésekre kell még elvégezni a méretezést.

A forgalmi terhelés főleg kerékterhelést jelent, ami a táblák szélén és középső zónájában más-más feszültséget gerjeszt. Általában a lemezek széle és sarka az, ami kritikus a teherbírás, a lehajlás szempontjából. A betonlemezek tönkremenetelei is ezeken a helyeken szoktak kezdődni, végbemenni. A mértékadó feszültségek, nyomatékok, lehajlások számításához a kerékterheléseken kívül (beleszámítva a dinamikus hatásokat és a kerékfelfekvést is) az ágyazási tényezőt, a lemezvastagságot, a vetemedési feszültséget, a beton rugalmassági modulusát is figyelembe kell venni. A vakhézagok, dilatációs és egyéb hézagok vasalása esetén a számított szélső feszültség csökkenthető (általában 30%-kal) a szomszéd lemezek felé történő teherátadás miatt. Ha vannak egyéb terhek (pl. küldő polcrendszerek, állványok, rakatok stb.), azokra is el kell végezni a statikai méretezést. Vasalatlan szerkezet estében repedésmentes, ún. I. feszültségi állapotban maradó szerkezetet kell tervezni.

A kültéri betonlemezek statikai méretezése a fenti szempontok alapján általában már elégséges ahhoz, hogy stabil, állékony szerkezet készülhessen. A teljes tervezésbe azonban még beletartozik a hézag- és táblakiosztás, azok kialakításának, csomópontjának, vasalásának meghatározása. Ezen feladatrész jó megoldása a kiváló statikai méretezéssel együtt már biztosítja azt, hogy a szakszerű kivitelezés és a használat során, megfelelő karbantartás esetén, a szerkezet tartósan alkalmas lesz a rendeltetésszerű használatra. A hézagok kiosztásának, megtervezésének szempontjai sokrétűek, az erre vonatkozó tervezési és építési instrukciók az útügyi műszaki előírásokban (e-UT 06.03.15, régi számozás szerint ÚT 2-3.211 és az e-ÚT 06.03.31, régi számozás szerint ÚT 2-3.201) megtalálhatók.

(fotók: Csorba Gábor)