Hidrológiai Közlöny, 2020 (100. évfolyam)
2020 / 2. szám
28 Hidrológiai Közlöny 2020. 100. évf. 2. sz. Völgyzárógátak földrengésbiztos tervezésének fejlődése Dr. Nagy László*, Illés Zsombor* *Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Építőmérnöki Kar, Geotechnika és Mérnökgeológiai Tanszék (E-mail: nagy.laszlo@epito.bme.hu, zsombor.illes@epito.bme.hu) Kivonat Szerencsére nagyon ritka, de nem elképzelhetetlen, hogy völgyzárógátak földrengés következtében tönkremenjenek. A rézsűk földrengéssel szembeni ellenállásának a meghatározására több módszert is kidolgoztak a mérnökök. Ezek közül kerül bemutatásra a koordináta-transzformáció, a pszeudo-statikus eljárás, a Newmark-módszer alkalmazása és egyéb numerikus módszerek. A számítási eljárások sokat finomodtak, egyre több részletet vesznek figyelembe, ezáltal megbízhatóságuk sokat javult, és a szabványokba is beépültek. A gátak földrengés biztos tervezése a kivitelezési kérdéseken át a szerkezeti kialakításon keresztül, a komplex méretezési kérdéseket is magába foglalja. Kulcsszavak Nagygátak, koordináta-transzformáció, pszeudo-statikus vizsgálat, Newmark-módszer. Evolution of the earthquake resistant design of embankment dams Abstract It is very rare, but not inconceivable that embankment dams would fail due to earthquake. For the earthquake-resistant design of slopes a few different design methods are developed by engineers. From these methods the infinite slope’s limit equilibrium the pseudo-static and the Newmark sliding block analysis as well as other numerical procedures are presented. The calculation methods attenuated, more and more phenomena are taken into account, hereby the reliability of these methods improved a lot by overcoming initial shortcomings. Some of these methods are implemented in design codes. Safe earthquake design of dams includes a lot of components, through construction and structural design issues, including complex dimensioning problems. Keywords Dams, infinite slope’s limit equilibrium, pseudo-static analysis, Newmark-method BEVEZETÉS A gátak földrengés állóságáról egyre többet tudunk. Ha csak az utóbbi harminc év fejlődését nézzük az ICOLD szerinti tartósan vizet tartó nagygátak esetében az ICOLD 52 Bulletinje 1986 óta, megállapítható, hogy a földrengésnek ellenálló gátak építése korszakalkotó fejlődésen ment keresztül. Kétségtelen, hogy a gátak, különösen a nagygátak tervezésénél nem csak a tervezési földrengés nagysága, a várható gyorsulások meghatározása, az altalaj és a gát válasza adja a legnagyobb tervezési kihívást jelenleg. Kevés ismeretünk van a gátak földrengés állékonyságával kapcsolatban, mert szerencsére kevés gát ment tönkre földrengés hatására. így még a „back analysis” kínálta lehetőség is kevésbé alkalmazható, nem tudjuk, mekkora teherbírási tartalékkal rendelkeznek a nagygátak. Fontos különbséget tenni a károsodott és a tönkrement (vagy átszakadt) gátak között. A károsodott gátaknál a gát egy vagy több eleme tönkre is mehetett, de átszakadása, a tározó leürülése és az alvízi oldal elöntése nem következett be. Ilyen gátak voltak például az alsó San Fernando gát, a Sheffield (Santa Barbara) gát, a Zipingpu gát stb. Földrengés hatására bekövetkezett gátszakadás a kézirat leadásáig az utóbbi néhány évtizedben csak a Fujinuma gát szakadása a nagy Tohuku földrengés következtében 2011. március 11.-én volt (Ono és társai, 2011). Azonban ezen gátszakadás irányította rá a nemzetközi figyelmet arra, hogy az i.sz. 701-ben épült többször magasított, erősített Japán Mannou-tó gátja az 1854. évi Ansei Nankai (M8,4) földrengés hatására átszakadt. Bár az esemény feljegyzésén kívül nem sok információ maradt fenn, erősen szeizmikus területen ez ismert jelenség. A gátat újjá építették, hiszen a rizsföldek öntözéséhez vízre volt szükség (Ono és társai 2011). A zagygátaknál jelentős számban jelentkezett a földrengés, mint kiváltó ok, a különböző tönkremeneteli mechanizmusokon keresztül. Az a sajátos helyzet alakult ki, hogy annak ellenére, hogy a zagygátaknál alkalmazott előírások kialakításánál, azok tervezésével kapcsolatos ismeretekhez mindig a nagygátaknál szerzett tudást alkalmazták. A földrengés szempontjából való tervezéshez viszont a zagygátak tönkremenetelei jelentenek szélesebb körű ismeretet, ugyanis legalább 11 zagygát ment tönkre földrengés hatására a múltban. Ezek közül legalább hat a 1965. március 28-i chilei földrengéskor (Nagy 2012). A Japánhoz tartozó Izu-Oshima szigetének közelében 1978. január 14-én bekövetkezett 6,8-as magnitúdójú földrengés megrongálta egy zagytározó gátját (Shimazaki és Somerville 1979). A gát tönkremenetele következtében 76 000 m3 nátrium-cianidot tartalmazó zagy szabadult el, komoly természeti katasztrófát okozva. A tározó gátját korábban megvizsgálták pszeudo-statikus módszerrel 0,2-es szeizmikus együttható mellett 1,3-as biztonsági tényezőt kaptak a mérnökök, ez mégsem bizonyult elégségesnek a mért 0,3g-s talaj gyorsulás esetén. Az esetet az 1. táblázatban is feltüntettük. GÁTAK FÖLDRENGÉSBIZTOS TERVEZÉSEKOR FIGYELEMBE VEENDŐ TÉNYEZŐK Az ICOLD (Bulletin 52 1986) az alábbiak szerint csoportosítja a lehetséges a földrengések hatására bekövetkező tönkremeneteli mechanizmusokat: