 |
|||||
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|||||
 Alakváltozási jellemzők meghatározása Puha, szerves és kötött talajok vizsgálata |
|
|
 |
||
|
|||||
|
|||||
|
Summary Determination of the deformation characteristics of soft organic and cohesive soils It is an important task in the national economic plans to create good traffic connections between the parts of the country and – with especial regard of the extension of the EU – between Hungary and the neighbouring countries. The well constructed, modern motorways and motor roads have very favourable effect on the operational cost of the vehicles. The precondition of the utility and stabilization of the roads is the bear resistant, non-compressive subsoil; when it is not so, it must be improved accordingly. It is fundamental for the stability of the motorways to determine the shearing strength and compression under load (deformation) of the soft organic and cohesive soils when they are used as subsoil under motorways. A gépjárművek üzemi költségeit kedvezően befolyásolják a jól kiépített, korszerű autópályák, autóutak. Ezek használhatóságának, állékonyságának előfelté-tele a töltések alatti altalaj teherbíró, nem kompresszibilis volta; illetve ha az nem ilyen, akkor annak kellő mértékű javítása. A puha, szerves és kötött altalajra kerülő autópályatöltések állé-konysága szempontjából alapvető jelentőségű e kedvezőtlen talaj nyírószilárdságának és a terhelés hatására bekövetkező összenyomódásának (alakváltozásának) a megítélése. A Mélyépítő Tükörkép Magazin 2009/3. számában a puha, kötött talajok nyírószilárdsági jellemzőinek meghatározásával foglalkoztunk. Jelen cikkünk a puha, kompresszibilis talajon történő magastöltés-építés másik problémájával, az altalaj (jelentős mértékű) összenyomódásával, az alakváltozási jellemzők meghatározási módjával foglalkozik. Az építési tapasztalatok szerint még jóval a talajtörés bekövetkezése előtt a nagy alakváltozások miatt az útpálya alkalmatlanná válhat a rendeltetésszerű használatra. Az altalaj összenyomódásának, a töltéssüllyedés abszolút értékének az „előrejelzéséhez” szükség van az összenyomódási modulus értékére. Ezt meghatározhatjuk: a) laboratóriumban kompressziós kísérlettel anizotróp feszültségállapotban; b) statikus szondázás (CPT) eredményéből; c) a bekövetkezett töltéssüllyedések értékeiből. Közismert, hogy az említett módszerekkel meghatározott összenyomódási modulusok között számottevő eltérést és szórást kapunk. Az agyagok összenyomhatósága a kezdeti víztartalom, a „talajfajta”, az előterhelés nagysága, az adszorpciós komplexum és a terhelés felhordásának sebességfüggvénye. Laboratóriumban a rugalmassági modulusnak megfelelő viszonyszámot – az összenyomódási modulust – az egydimenziós konszolidáció állapotában lévő mintán határozzuk meg. A vizsgálatokhoz általában 8 centiméter átmérőjű és 2 centiméter magasságú mintát felhasználó ödométert alkalmaz a hazai geotechnikai gyakorlat. A terhelést lépcsősen növeljük; minden egyes terhelési lépcsőt addig tartunk a mintán, amíg a mérőóra összenyomódást mutat. Ez az idő agyagoknál rendszerint több mint 5 óra, mert az összenyomódás csak abban a mértékben tud bekövetkezni, ahogyan a víz a mintából kipréselődik. Az eredményeket a terhelés és a minta eredeti magasságára vonatkoztatott fajlagos összenyomódás koordináta-rendszerben történő ábrázolásával kapjuk a kompressziós görbét, amely alapján az összenyomódási modulus (Es) meghatározható. Értéke – tapasztalataink szerint – a hazai puha agyagoknál (Ic 0,5) 2000–5000 kPa, a képlékeny agyagoknál (Ic = 0,5-1,0) 5000–8000 kPa között változik. Kopácsy (1953) szerint összefüggés van az összenyomódási modu-lus és a konzisztenciaállapot között:  A statikus szondázások (CPT) egyre gyakoribb alkalmazásával jó lehetőség nyílik az Es szondázási csúcsellenállásból (qc) történő meghatározására. Az alapösszefüggés:  Sanglerat (1972) szerint puha (különböző plaszticitású) agyagok és iszapok esetén (qc <1,5 MPa): ak = 3-8 Kulhavy és Mayne (1990) az alábbi összefüggést javasolta:  ahol qv0 a helyszíni előterhelés (geosztatikus nyomás) nagysága. Abu–Farsakh (2003) a laboratóriumi vizsgálati eredményekkel való összehasonlítás alapján az:  javaslatot tette. Az M6-os autópálya Érd–Dunaújváros közötti szakaszán statikus szondázásokat (CPT) végeztünk a magastöltések (6–12 méter) alatti puha és képlékeny agyagok qc értékeinek a meghatározására. 17 töltésnél szondáztunk, majd a földművek megépítése után a helyszíni süllyedés-mérési eredményekből visszaszámítottuk (back analysis) – az altalajviszonyok és a töltés-geometria ismeretében – az összenyomódási modulus (Es) értékeket. A számításoknál a GGU szoftvercsalád süllyedésszámítási programját használtuk. A számítással kapott Es értékeket összehasonlítottuk a CPTu szondázások qc csúcsellenállásaival, s az alábbi lineáris összefüggés adódott a 1. ábra alapján (Pusztai, 2008):   1. ábra. Összefüggés a qc és Es között Megemlítjük, hogy hazai méréseink alapján, szerves talajok esetén az alábbi tapasztalati összefüggéssel kaptunk közelítő összenyomódási modulus értékeket (kPa):  ahol:  pd – száraz térfogatsűrűség (g/cm3) h – töltés magassága (m) qz= h x (kPa) A magastöltések süllyedésének előrejelzése nehéz, és csak becslésszerűnek tekinthető. A tapasztalat az, hogy minél nagyobb a süllyedés abszolút értéke, annál jobb az előrejelzés (annál kisebb a relatív hiba). A fő kérdés itt is a talajfizikai jellemzők pontossága. A tapasztalatok és az elméleti ismeretek szerint a töltések süllyedése négy részből tevődik össze: s = sa + sk + sm + st ahol: sa – az azonnali vagy kezdeti süllyedés, amely térfogat-állandóság mellett, vízmozgás nélkül következik be (u= 0,5); sk – a konszolidációs süllyedés, amely a terhelés okozta pórusvíznyomás nullára való csökkenése mellett a pórusvíz eltávozása miatt következik be; sm – a másodlagos kompresszió okozta süllyedés, amelynek oka a vázszerkezet terhe-lés alatti „összeomlása” (lassú, kúszásszerű jelenség, amely a túlterhelt puha agyagoknál és szerves talajoknál jelentkezik); st – az altalaj oldalirányú plasztikus kitérése a töltés okozta nyírófeszültségek miatt. Az első két összetevő az alábbi módon számítható:  vagyis a kezdeti és a konszolidációs süllyedést együtt számoljuk. A módszer önmagában helyes, de ha ezután a konszolidáció számításánál az így kapott süllyedést tekintik konszolidációs süllyedésnek (és az sa-t nem választják le), akkor az hibát eredményezhet. Az sm másodlagos kompressziós süllyedést az ödométeres kísérlet analógiájával számítjuk. Értéke egy, az építés végétől számított „t” időpontban:  ahol ca – a másodlagos kompressziós index t90 – az építés végétől az elsődleges konszolidáció 90 százalékának a lezajlásához szükséges idő, amivel a gyakorlatban általában úgy számolunk, hogy ekkor kezdődik a másodlagos kompresszió, h – az összenyomódó altalaj vastagsága.  A másodlagos kompressziós süllyedésnek tehát nincs végértéke, csak egy adott időponthoz tartozó értéke becsülhető. (A hazai talajoknál általában elhanyagoljuk.) A süllyedés negyedik összetevője elsősorban a puha, szerves talajoknál (tőzegeknél) jelentkezik. Számítására elméletileg levezett módszer nem ismeretes. Az bizonyos, hogy szoros összefüggés van a töréssel szemben meglévő biztonsággal, az altalaj feszültség-alakváltozási viselkedésével és az idővel. Korábbi helyszíni méréseink és vizsgálataink alapján az oldalkitérés okozta süllyedés az  összefüggéssel elfogadhatóan számítható. Az M7-es autópálya építésénél tett megfigyeléseink szerint, ha a talajtöréssel szembeni biztonság v = 2, akkor az oldalkitérés minimális. Az oldalkitérés nagyságának érzékeltetését kívánja szolgálni tőzeges altalaj esetén a 2. ábra, amelyen 3,5 méter vastag, tcs = 25 kPa átlagos nyírószilárdságú tőzeg, és az alatta lévő 2,5 méter vastagságú iszapos agyag vízszintes elmozdulásának a töltésláb vonalában mért értékei láthatók az építés különböző időpontjában. A méréseket két, egymástól 20 méter távolságban elhelyezett inklinométerrel végezték. (2. ábra)  2. ábra. Az oldalkitérés mérése A vízszintes elmozdulások nagysága a tőzegben 15–40 centiméter volt, 15 centiméternél kisebb tőzeg alatti iszapos agyagban. A töltés süllyedését is mérték az 1,3 méter magas töltés alatt. A süllyedés alakulását a 3. ábra mutatja, amelyen feltüntettük az oldalkitérésből az ol-dalkitérésből származó süllyedés nagyságát is (az inklinométeres mérések alapján).(3. ábra)  3. ábra. Az oldalkitérés és a teljes süllyedés aránya Azokon a szakaszokon, ahol 8-10 centiméternél nagyobb süllyedés várható, rendszeresen mérni kell az altalaj összenyomódásának mértékét ± 5 milliméteres pontossággal. A konszoli-dáció lejátszódásának ellenőrzésére is szolgáló süllyedésmérések lehetővé teszik a süllyedés várható végértékeinek és időbeli alakulásának megbízható előrejelzését. A méréseket fix pontokhoz viszonyítva kell végezni, és a mérés szelvényében is el kell helyezni biztosító „ponto-kat”. A mérési metodika igényeit a hidraulikus nyomáskülönbség alapján működő műszerek kielégítik. A mérések lefolytatásához a terület lehumuszolása után – az alkalmazott mérőfej átmérőjétől függően – 40–70 milliméter átmérőjű KPE csöveket kell lefektetni az aktuális terepfelszín alá 30–80 centiméteres mélységben. A lefektetés után a rézsűlábon túlnyúló mérőcső végeit vé-deni kell például 300 milliméteres tokos betoncsővel, és el kell helyezni a biztosító köveket a mérés tengelyében. Az elhelyezés után, a töltésépítés előtt a „zérus állapotot” be kell mérni. Dr. Farkas József egyetemi tanár, tanszékvezető BME Geotechnikai Tanszék Rémai Zsolt adjunktus BME Geotechnikai Tanszék
|
|||||
|
|||||
|
|||||
