A híd a leglátványosabb, legizgalmasabb mérnöki szerkezetek egyike. A hídszerkezetek szépségét a laikusok is megcsodálják, tervezőik büszkék rájuk, és nemcsak a konstrukcióra, hanem szakmai körökben a méretezésükre is. A hidak méretezése régóta a statika fejlődésének hajtóereje. A csak részben látható alépítmények érthetően kevesebb figyelmet kapnak.
A talajkörnyezet megismerésével, modellezhetőségével kapcsolatos kétségek sokáig arra késztették a tervezőket, hogy robusztus alaptestekkel, hídfőfalazatokkal előzzék meg a későbbi hibákat. Ez a bizonyos körökben még manapság is uralkodó „konzervatív” megközelítés azonban mindinkább tarthatatlanná vált, mert:

• az alapozás, a hídfők költségaránya túlzottan megnövekedett a felszerkezethez képest;
• gyakran e szerkezetek építésének bizonytalan időigénye határozza meg az építésütemezést, miközben a határidők mind szigorúbbak;
• megoldást kellett keresni a folyópálya és a híd csatlakozásánál levő határterületen fellépő utazáskényelmi és -biztonsági elvárásokra, amelyek jelentősége a sebességnövekedéssel fokozódik.

E jelenségek kezelésére sokféle megoldással próbálkozunk, bevetve a geotechnikai szerkezetek és technológiák egyre bővülő eszköztárát.
Geotechnikusi szemszögből tekintve alighanem a hídfő lett a legizgalmasabb szerkezet, mert itt találkozik bonyolult kölcsönhatásban:

• az altalaj, részben gyakran előzetesen javítva;
• az alapozás, jobbára cölöpök, csoportban egymásra is hatva;
• a hídfőfal vagy -oszlopok a szárnyfalakkal együtt;
• a háttöltés, részben esetleg erősítve;
• a felszerkezet, önsúlyával és a hő­tá­gu­lá­sá­val;
• a vasúti felépítmény (vagy útpálya);
• a járművek, dinamikus súlyterhükkel és fékező- vagy indítóerővel.

Ez talán a legkomplexebb megjelenése a talaj/szerkezet kölcsönhatásnak, amelynek korrekt, a tényleges merevségeket figyelembe vevő számbavétele napjainkban válik a mérnöki gondolkodás alapelvévé. Ez a megközelítés megjelenik a 2010-ben bevezetett európai geotechnikai alapszabványban, az Eurocode 7-ben is [1].
A győri Széchenyi István Egyetem Szerkezetépítési és Geotechnikai Tanszékén (az egykori, Klatsmányi Tibor által vezetett Hídépítési Tanszék és a Varga László vezette Geotechnikai Tanszék közös utódján) ~2005 óta folynak kutatások a hídalépítmények tárgykörében. Ezek előbb a Kooperációs Kutató Központ égisze alatt a HBM Kft.-vel, a Hídépítő Vállalattal és más, azóta megszűnt cégekkel való együttműködésben folytak, és alapvetően a cölöpalapozások fejlesztésére irányultak. Idővel mindinkább kibővültek, és a hídfők, sőt a hidak és más szerkezetek (például cölöppel gyámolított lemezalap, töltés, áteresz) egészének tervezésére fókuszáltak. A cél az lett, hogy a talaj/szerkezet kölcsönhatás geotechnikai végeselemes modellezését a gyakorlatba bevezessük, eredményeit hasznosítsuk. Ennek keretében több PhD-értekezés született és van készülőben jelenleg is. Kapcsolódott ez a munka a Közlekedésépítési Tanszéken Horvát Ferenc által vezetett, a folyópálya és a híd közötti átmeneti szakasz fejlesztésére irányuló kutatásokhoz [2].
2017 óta a munka az A-Híd Zrt.-vel konzorciumban egy GINOP (Gazdaságfejlesztési és innovációs operatív program) keretében folytatódott és záródik ebben az évben. Ennek esszenciája a [3] irodalomban olvasható, az ott megjelent nyolc dolgozatra a következőkben e szám alatt hivatkozunk. A vasúti hidak vonatkozásában fontos állomás volt, hogy 2017-2018-ban csoportunk készítette el a MÁV Zrt. megbízásából a Vasúti hídszabályzat geotechnikai kötetét [4], és ebben megjelenítettük az addigi kutatások eredményeit.
A jelen dolgozat a másfél évtizedes kutatást tekinti át. Értelemszerűen nem térhet ki a részletekre, azok tanulmányozhatók a megnevezett publikációkban. A közölt ábrák is inkább csak illusztrációul, munkánk érzékeltetésére szolgálnak. Lehetőségeket mutatunk be, ajánlásokat fogalmazunk meg, amelyek javíthatják a hidak geotechnikai tervezését, de jelezzük a nehézségeket is, amelyekkel szembesülnünk kell a módszerek alkalmazásakor.

Feladatmeghatározás, célkijelölés

Az előbbiekben vázoltuk a hídalépítmények, főleg a hídfők fejlesztésével kapcsolatos nehézségeket. Az ezredforduló táján megindult nagyszabású hídépítési program megvalósításakor ezek sokféleképen jelentek meg [3, 5]. Tekintsük át ezeket!
A hidak alapozásában dominánssá vált a cölöpalapozás, ám a hosszú cölöpök teherbírásának megállapítására a korábban használt, földstatikai megfontolásokon alapuló képletek alkalmazhatósága, megbízhatósága a próbaterhelések tanúsága szerint elégtelen volt.
Elterjedtek a nagyobb teherbírású fúrt és CFA-cölöpök, amelyekből a hídfőkben a függőleges teherviselésre általában egy sor is elegendőnek bizonyul, ám így nagy jelentőséget kap a vízszintes terhek felvétele, aminek igazolására nincs igazán bevált analitikus számítás.
A cölöpök vízszintes teherviselésének modellezési bizonytalansága megnehezíti a függőleges teherviselés szempontjából egyértelműen hatékonyabb csavart, talajkiszorításos cölöpök alkalmazását, mert azok nyomatékbírása a kisebb átmérő miatt gyengébb.
Kétségek ébredhetnek a furatba betonozott és a visszavéséskor esetleg megrepedő CFA-cölöpök hajlítási merevségét és nyomatékbírását illetően.
A vízszintes teherviselés vázolt ellentmondásait gyakran túlvasalással igyekeznek kompenzálni, ami nemcsak gazdaságtalan, de kivitelezési nehézségeket is okoz.
A hídfőkre ható vízszintes erők számításba veendő értéke ugyanakkor növekszik a földrengésnek az Eurocode-ok szerinti szigorúbb kezelése, a dilatációs szerkezetek elhagyásának szándéka és a fékező- és indítóerők növekedése okán.
A hídfők cölöpjei a földmű okozta altalaj-összenyomódás következtében a negatív köpenysúrlódás révén többletterhelést kapnak, amelynek a konszolidációval változó nagyságát analitikus eljárásokkal nehéz követni.
Már a hídfők abszolút süllyedéseit sem lehet a hagyományos „kézi” számításokkal megbízhatóan prognosztizálni, minthogy a hídfő földtestjének alakzata sajátos térbeli feszültségi és alakváltozási állapotot idéz elő az altalajban, amelyet még az alépítmény és a mélyre lenyúló alapok is befolyásolnak.
Az előbbiek miatt az a nagyon óvatos gyakorlat alakult ki a konszolidáció kezelésére, hogy a hídfő felmenő szerkezeteinek építését csak egy alacsony süllyedési sebességnél szabad megkezdeni. Ennek bizonytalansága viszont súlyosan megnehezíti az építésütemezést, és szerződéses konfliktusokhoz is vezethet.
A gyenge altalaj esetében kézenfekvő töltésalapozási mód az előzetes talajjavítás lehetne, ám ezeket – beleértve a méretezési eljárásaikat – inkább csak a speciális mélyépítő cégek szakemberei ismerik, így ezek az eljárások nehezen kerülhetnek be egy projektbe.  
A gazdaságossága folytán világszerte előtérbe kerülő erősített talajtámfalas hídfők magyarországi alkalmazását a hídtervezők, a 2000 előtti évtizedben épült néhány ilyen szerkezet károsodása után, gyakorlatilag leállították, holott azt olyan hibák okozták, amelyek egyáltalán nem a szerkezettípus lényegéből fakadtak.
A felszerkezet és a hídfők egybeépítésével létrejövő integrált hidat hazánkban – szemben a világ számos országával – csak a legutóbbi időkben építettek, pedig az számos előnye miatt sokkal gazdaságosabb lehet.
A hazai hídtervezésben a tartószerkezeti szoftvereket úgy alkalmazzák, hogy a talajok (illetve az alépítmények vagy az alapok a talajok által determinált) reakcióját tapasztalati alapon felvett állandójú lineáris rugóval szimulálják, amit a talajok komplex viselkedésének leírására nyilvánvalóan durva közelítésnek kell minősítenünk. Ezek a szoftverek is felkínálják a nemlineáris rugók alkalmazását, de a hazai gyakorlat e lehetőséggel nemigen él.
A felsorolt problémák egy részének kezelése konstrukciós és technológiai fejlesztéseket kíván, de értelemszerűen ezekhez is kapcsolódnia kell a modellezés fejlesztésének, a problémák többségének megoldásában pedig ez lehet a kulcs.
Általánosságban: fel kell(ett) ismernünk, hogy a konvencionális analitikus és a lineáris végeselemes számítási módszerekkel korlátozott az előrelépés lehetősége, olyan fejlett modellezésre van szükség, amely képes leírni:

• a szerkezetek és a talajkörnyezet térbeli jellegét;
• az építési, a terhelési és a deformációs folyamatok időbeliségét;
• a talajok nemlineáris viselkedését;
• a talajok és a szerkezetek kölcsönhatását.

2010 táján azt lehetett látni, hogy a geotechnikai szoftverek, jelesül az Európában terjedő Plaxis 3D geotechnikai végeselemes szoftver ezekre alapvetően alkalmas, amint azt az 1. ábra érzékelteti, bár benne a tartószerkezetek és a terhelések modellezése még nem igazán felhasználóbarát [3, 6].

A tartószerkezeti szoftverek, így a Magyarországon legnépszerűbb AxisVM a talajviselkedés modellezésének említett leegyszerűsítésével önmagukban nyilvánvalóan nem jelenthetnek megoldást, miközben a tartószerkezetek és a terhelések vonatkozásában nagyban segítik a tervezőket. Ezért azt az aktuális (minimális) célt fogalmaztuk meg, hogy a Plaxis 3D szoftverrel végzett számítások eredményei alapján állapítsuk meg az AxisVM-ben használandó rugóparamétereket, amelyek így valamennyire tartalmazhatják a felsorolt jelenségeket. A Plaxis 3D-vel végzett modellezés természetesen nemcsak ezt a célt szolgálhatja, hanem alapeszköze lehet a hídfőknél felmerülő összes geotechnikai kérdés elemzésének, az optimális megoldások feltárásának.