HELYSZÍNI VIZSGÁLATOK

Átírás

1 HELYSZÍNI VIZSGÁLATOK Dr. Nagy László BME Geotechnikai Tanszék

2 Helyszíni vizsgálat vs. laboratóriumi vizsgálat Előnyök: folyamatos képet kaphatunk a vizsgált talajrétegek állapotáról, nincs fúrás, mintavétel a talajt természetes állapotában lehet vizsgálni. hasznos kiegészítő információ a talajállapotról Hátrányok: nem helyettesíti a közvetlen mintavételt és laboratóriumi vizsgálatot, csak az adott feszültségállapot mellet lehet vizsgálni a talajt.

3 Döntés előkészítő tanulmány Megvalósíthatósági tanulmány Engedélyes terv Tender terv Kiviteli terv Megvalósulási terv Tervfokozatok Geotechnika Geológia

4 Légi felderítés

5

6 Törésvonalak

7 Közvetlen feltárások Fúrás Kutató gödör Helyszíni mérések Közvetett feltárások Geofizikai mérések szondázások

8 A geotechnikai fúrógéppel, szondázó berendezéssel szemben támasztott követelmények - Biztonság a természetes és épített környezet védelme (önsúly, bio olaj, adalékszer, humán erőforrás védelme, biztonság technikai felülvizsgálat) - Alkalmasság a mintavételre ( a fúrás elakadt ) forgatónyomaték, forgatási sebesség, emelő képesség, mintavételezési módszer - Terepjáró képesség, helyszíni nehéz terepviszonyok, építési területek, országúti közlekedés - Gyorsaság, összsúly, felvonulás, súlykorlátozások - Megbízhatóság, gazdaságosság határidő

9 Közvetlen feltárás

10 Közvetlen feltárás célja 1. olyan minőségű talaj- és kőzetminták vétele, amelyek alapján megítélhető a helyszín általános geotechnikai alkalmassága, lehetővé teszik a szükséges talaj- és kőzetfizikai jellemzők laboratóriumi meghatározását; 2. információszerzés az egyes rétegek, tagoltsági rendszerek és vetők szerkezetéről, vastagságáról és irányáról; 3. a rétegek típusának, összetételének és állapotának megállapítása; 4. információszerzés a talajvízviszonyokról, vízmintavétel a talajvíz, talaj, kőzet és szerkezeti anyagok közötti kölcsönhatás megítéléséhez;

11 Fúrógépek széles választéka Fúrógép sekély mélységű (10-15 m) spirálfúráshoz nyomaték: Nm Fúrógép közepes mély fúráshoz (50 m), Hollow Stem Auger fúrógép, száraz szakaszos mintavételhez nyomaték: Nm

12 Rotary Wire Line magfúráshoz (500 m) fúrógép nyomaték Nm

13 Feladatok változatossága

14 Geotechnikai mintavételi módok és eszközök,fúrással Fúrási- mintavételi módok Talaj és Kőzet függő * Száraz fúrás szerszámai és mintavétel - spirál fúrás, zavart minta, folyamatos spirál és szakaszos száraz magmintavétel - Holow Stem Auger (belső üreges spirál fúrás), zavart minta és száraz magmintavétel ( szakaszos és folyamatos) - egyfalú magcső, szakaszos magminta, se nem zavart se nem zavartalan * Rotary folyamatos magfúrás, iszapöblítéssel - dupla falú magcsővel, általában geológiai kutatásra, a magminta, ásványi összetétele a lényeges, kevésbé alkalmas geotechnikai laboratóriumi vizsgálatra - Wire Line, tripla falú magcsővel, geotechnikai kutatásra, 1980 óta, bagdadi metrónál először, előnye, legkevésbé roncsolja a mintát, alakváltozást korlátozza, min 95 % magkihozatal, magvédelem, tárolhatóság

15 Laboratóriumi vizsgálathoz vett talajminták minőségi osztályai MSZ ENV :2000 Talajtulajdonságok / Minőségi osztály A változatlan talajtulajdonságok szemcseméret víztartalom tömörség, tömörségi mutatószám, áteresztőképesség összenyomhatóság, nyírószilárdság A meghatározható tulajdonságok rétegsor réteghatárok hozzávetőlegesen réteghatárok pontosan konzisztenciahatárok, szemcsesűrűség, szervesanyag-tartalom víztartalom tömörség, tömörségi mutatószám, áteresztőképesség összenyomhatóság, nyírószilárdság Alkalmazható mintavételi kategória * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * A B C

16 Minták minőségi osztályai és a mintavételi kategóriák MSZ EN Laboratóriumi vizsgálat céljára vett talajminták minőségi osztályai Mintavételi kategóriák - A kategóriájú mintavétellel 1-5 minőségi osztályú minták nyerhetőek - B kategóriájú mintavétellel 3-5 minőségi osztályú minták nyerhetőek - C kategóriájú mintavétellel 5 minőségi osztályú minták nyerhetőek Minta minőségi osztályai : - 1 és 2 minőségű minta: a talajszerkezet semmilyen vagy min. mértékben változik az eredeti állapothoz képest ( talaj összetevők, kémiai összetevői ), víztartalom és hézagtényező nyírószilárdsági jellemzői in situ állapotúak - 3 típusú minta: a talaj összes alkotóelemét eredeti arányban tartalmazza és megtartja az eredeti víztartalmát. Az in situ állapot zavart. - 5 típusú minta: a talaj szerkezete teljesen megváltozik, a rétegek nem azonosíthatóak, víztartalom hamis A B C

17 Folyamatos spirál fúrás Max. fúrási mélység : forgatónyomaték/ 3 x spirál átmérő coll ban HSA, Holow Stem Auger Folyamatos spirál fúrás Példa: Fúrógép nyomatéke : 400 kpm Spirál átm : 160 mm = 6.4 coll Max. fúrási mélység :20.8 m Spirál fúrófejek

18 Hollow Stem Auger, belső üreges spirál alkalmazható 30 m-ig

19 Száraz magminta vevők max: 150 mm-ig - bevert mintavevő, keményebb talajokhoz (split tube barell), hidraulikuskalapáccsal - vékony falú mintavevő, puha talajok esetén statikus nyomással (thin wall sampler) 1 Béléscső 2 A magmintavétel kezdete 3 A magmintavétel vége 4 Az előfúrás talpmélysége 5 Légtelenítő nyílás 6 Minta D 3 A magcső vagy betétcső belső átmérője H Egyszeri magmintavételi hossz

20 Egyfalú mintavevővel szembeni Területi arányszám, kiszorított talaj terület aránya a minta területéhez, a minta zavartsága utal, legyen nagyobb 15 %-nál D2 D4 C o = 100 D Belső bővülési arány, a falsúrlódás, mintavonszolás, legyen nagyobb, ne legyen nagyobb mint 0,5 % D3 D1 Ci = 100 D Külső bővülési arány D2 D C o = D Vágóél kúpszöge max. 5 fok követelmény

21 Folyamatos magfúrás, A nagyátmérőjű (101 mm) magminta egyszeri magkiépítési hossza: 1,5 m 4,5 m. Elsősorban földtani, nyersanyag kutatási feladatoknál alkalmazzuk, pontos rétegsor megállapítást és kőzettani vizsgálatok. T6 dupla falú magcső alkalmazhatóság korlátlan

22 Wire Line triplafalú magcső alkalmazhatóság ELŐNYEI: * gyors mintavétel * biztosítja a lyukfal állékonyságát, (?) * TCR (?) min. 100 %, homokban 70 % * RQD (?) pontos felvétele, * legkevésbé roncsolja a mintát (?) * nem növeli a minta víztartalmát * liner védi a magmintát, (?) * megőrzi részben a konszolidáltságot (?) * egyaránt alkalmas ásványi és geotechnikai célú magminta vételre

23 Kőzetmagok töredezettségének jellemzése: TCR teljesmag-kihozatal (Total Core Recovery): A kiemelt magminta teljes (ép és nem roncsolódott részének) hossza az egyszeri magfúrási hossz százalékában kifejezve SCR épmagkihozatal (Solid Core Recovery): Az ép hengerekként kiemelt magdarabok hossza az egyszeri magfúrási hossz százalékában kifejezve RQD tagoltság (rock quality designation): Azon magdarabok összegzett hossza az egyszeri magfúrási hossz százalékában kifejezve, melyeknek mindegyik keresztmetszetében legalább egy teljes átmérő kijelölhető, és amelyeknek a természetes törési felületek között a mag középvonala mentén mért hossza 100 mm vagy annál nagyobb

24 Kőzetmagok töredezettségének jellemzése: RQD tagoltság, SCR épmagkihozatal, TCR teljesmagkihozatal 1 Fúrás okozta törések 2 Van legalább egy teljes átmérő RQD tagoltság 3 Nincs teljes átmérő SCR épmagkihozatal 4 Roncsolódott TCR teljesmagkihozatal 5 Nincs magkihozatal 6 Egyszeri magfúrási hossz

25 Liner magkivétel Geobor S

26 Szondázások

27 Geotechnikai paraméterek meghatározása szondázási eredmények alapján Jórészt empirikus összefüggések Helyszín- és geológia függő Óvatos használat, kalibráció

28 SZONDÁZÁSI MÓDSZEREK

29 Statikus szondázás - nyomószondázás CPT(u)

30 CPT(u) szondázás Szonda jellemzők: állandó sebesség (v=2 cm/s) kúpos szondacsúcs szondacsúcs szöge: 60 átmérő: 3.57 mm szondacsúcs területe (vízszintes vetület) : 10 cm 2 Mért adatok: csúcsellenállás (q c ) köpenysúrlódás (f s ) pórusvíznyomás (u)

31 Statikus szondázás

32 CPT(u) szondázás Statikus szondázás végrehajtása

33

34 Mozgó laboratórium

35

36

37

38 Statikus talajszondázás CPT(u)

39 Statikus talajszondázás CPT(u)

40 Célja : CPTU szondázás célja- előnye - hátránya - talajréteződés és talaj fajta ( kötött- kötetlen )meghatározása - talajfizikai paraméterek meghatározása ( Φ, C, rug. modulus ) - geotechnikai tervezési paraméterek megadása ( in situ víztartalom, Előnye : pórusvíznyomás, nyírási modulus és nyíró szilárdság, konszolidációs tényező, disszipációs test) - mérési pont 2 cm-ként - minimális megbontása az eredeti talajállapotnak - a geotechnikai tervezésben jól használható digitális adatsorok - valós idejű digitális adatkezelés és rögzítés - gyors vizsgálati módszer, napi fm

41 Homok Agyag Törmelékes betelepülés Agyag CPT(u) szondázás Mérési eredmények

42

43 Megbízhatóan meghatározható a: talajtípus, talajrétegződés, pórusvíznyomás, cölöpteherbírás; Közepes megbízhatósággal számítható az: (ideálisan) szemcsés talajok belső súrlódási szöge, kötött talajok drénezetlen nyírószilárdsága, a talajok (relatív) tömörsége, Statikus szondázás felhasználási területe A szondázás jól alkalmazható: homokban iszapban agyagban tőzegben A szondázás nem alkalmazható: kavicsban összenyomódási modulus, konszolidációs együttható, áteresztőképességi együttható, előterheltség (OCR) mértéke, cölöpsüllyedés. Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M Cone penetration testing in geotechnical practice

44 Dinamikus talajszondázás (DP)

45 Szonda jellemzők: dinamikus hatás (ejtősúly) kúpos szondacsúcs szondacsúcs szöge: 90 átmérő: 4.37 mm szondacsúcs területe (vízszintes vetület): 15 cm 2 Mért adatok: 10 vagy 20 cm behatoláshoz tartózó ütésszám (N 10, N 20 )

46 Nehéz verőszondázás (DP)

47 Verőszondázás típusa Könnyű verőszondázás DPL (Dynamic probe, light) Közepes verőszondázás Verőszondázás típusai DPM (Dynamic probe, medium) Nehéz verőszondázás DPH (Dynamic probe, heavy) Nagyon nehéz verőszondázás DPSH (Dynamic probe, super heavy) Ejtősúly tömege (kg) Ejtési magasság (mm)

48

49

50

51

52

53

54 Nehéz verőszondázás szemcsés talajok tömörsége Jól graduált szemcsés alajok tömörségének minősítése az FTV segédlete szerint: Minősítés N 20 laza 1-14 közepesen tömör tömör 51- Talajok relatív tömörségi indexe a DIN szabvány alapján: (Smoltczyk: Geotechnical Engineering Handbook 2002) Rosszul graduált homok (U<3) esetén: I D = logn 10 Jól graduált homok, homokos kavics (U>6) esetén: I D = logn 10

55 A szondázási eredményekből közepes megbízhatósággal határozható meg a: talajrétegződés, a szemcsés talajok (relatív) tömörsége Verőszondázás (DP) felhasználási terület A szondázás jól alkalmazható: homokban A szondázás közepes megbízhatósággal alkalmazható: kavicsban iszapban agyagban tőzegben Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M Cone penetration testing in geotechnical practice

56 SPT szondázás (Standard Penetration Test)

57 Mélység SPT szondázás Ütésszám 30 cm behatoláshoz (N)

58

59 SPT - Standard Penetrometer Test Az SPT vizsgálatot eredetileg kohézió nélküli talajok vizsgálatára fejlesztették ki, cölöpalapozásokhoz. - egyszerű és gyors talajvizsgálati módszer, világszerte alkalmazzák kötött talajokban is, tetszőleges alapozási mód esetében. - a vizsgálatok nagy száma, elterjedése korrelációs lehetőséget biztosít az eredmények kiértékelésére. - Az SPT vizsgálatok során egyúttal talajmintavétel is történik.

60 SPT talajvizsgálat, példa a feldolgozásra

61 A szondázási eredményekből jó megbízhatósággal határozható meg a: talajtípus (mintavétellel), közepes megbízhatósággal határozható meg a: talajrétegződés, a szemcsés talajok (relatív) tömörsége SPT szondázás felhasználási terület A szondázás jól alkalmazható: homokban iszapban agyagban tőzegben A szondázás közepes megbízhatósággal alkalmazható: kavicsban Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M Cone penetration testing in geotechnical practice

62 Mérés cm-enként Lapdilatométeres vizsgálat (DMT, Flat dilatometer test)

63 Lapdilatométer (DMT, Flat dilatometer test)

64 DMT Test Layout Dilatometer Blade 2. Push Rods (i.e. CPT) Independant from insertion method 3. Push Force or dynamic penetration 4. Pneumatic electric cable 5. Control Box 6. Pneumatic cable 7. Gas Tank P0 (A) Lift-off pressure P1 (B) Pressure for 1.1 mm expansion

65 Ways of Inserting the blade (1/2) Most efficient method: pushing from truck Cable coming out of the rods

66 Ways of Inserting the blade (2/2) Driven by Spt tripod Pushed by drill rig Driven or pushed by light penetrometer Pushed by a fixed platform Driven from a barge Driven by drill rig

67 Torpedo Method TORPEDO L 3 m To 76mm rods TORPEDO pre-assembled before test and joined to 76 mm rods Cable exits from slot, runs through channel in collar and is taped to rods Rods + torpedo are inserted at bottom of borehole

68 Upper Slotted Adaptors

69 DMT Test Connections

70 Ground Cable Connection Ground cable must provide good contact with rods (blade)

71 DMT Complete Equipment tank rods p/e cable to DMT

72 Control box P 0 P 1 DMT Readings Lift-off pressure Pressure for 1.1 mm expansion

73 DMT Working Principle Works like electric switch (On/Off) System must be clean (no dirt on contacts!) gas must be non-conductive (generally air or nytrogen)

74 Soils testable by DMT Suitable for SANDS, SILTS, CLAY (grains small vs membrane D=60 mm). But can cross through GRAVEL layers 0.5 m Very robust, can penetrate soft rocks (safe push on blade 25 ton) Clays: Cu = 2-4 kpa to 1 MPa (marls) Moduli: M = 0.5 to 400 MPa Penetrates fast and easily in hard soils, PROVIDED sufficient pushing capacity (e.g. 20 ton trucks)

75 Lapdilatométer (DMT) eredmények Anyagindex Agyag I DMT Iszap Homok Flat dilatometer test Összenyom. Drénezetlen modulus nyírószilárdság Vízszintes feszültségi index K DMT

76 A szondázási eredményekből jó megbízhatósággal határozható meg a: talajrétegződés közepes megbízhatósággal határozható meg a: talajtípus, nyírószilárdsági paraméterek összenyomódási modulus vízszintes feszültség nyírási modulus OCR Lapdilatométer (DMT) felhasználási terület A szondázás jól alkalmazható: homokban, iszapban, agyagban tőzegben A szondázás nem alkalmazható: kavicsban Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M Cone penetration testing in geotechnical practice

77 EC 7 A CPT(u) eredményei a a rétegződés meghatározására a talajosztályozásra talaj és kőzet mechanikai tulajdonságainak meghatározására alapozás teherbírás számítására szolgálnak.

78 Mélység - z [m] Verőszondázás és CPTu szondázás eredményei CPT csúcsellenállás - q c [kpa] sov. agyag finomhomok köz. agyag Mélység - z [m] Din. szonda - ütésszám (N20)

79 CPTu szondázás Szondaeredmények feldolgozása Korrigált csúcsellenállás: q t =q c +u 2 (1-a) ahol: a=a n /A c a belső tengely (erőmérő) és a szondacsúcs keresztmetszeti területének hányadosa Korrigált köpenymenti ellenállás: f t =f s -(u 2 -u 3 ) Súrlódási arányszám: R f =(f s /q c ) 100% A c

80 CPTu szondázás Talajrétegek szétválasztása Csúcsellenállás Pórusvíznyomás Köpenysúrlódás Súrlódási arányszám q c [MPa] u [kpa] f s [kpa] R f [%] KÖTÖTT SZEMCSÉS KÖTÖTT SZEMCSÉS

81 Terepi nyírószondázás (VST, Vane shear test)

82 Szárnyas nyírószondázás eszközei

83 Szárnyas nyírószondázás végrehajtása

84 Szárnyas nyírószondázás (VST, Vane shear test) Eredmények

85

86 Bjerrum korrekciós tényezője agyag talajoknál

87 Lesarkított szélű szárnyas nyírószonda

88 Kis-Balaton védőrendszer

89 Mérési eredmények értékelése

90 Víztartalom és nyírószilárdság változása a terheléssel

91 Nyírószilárdság építési fázisokban

92 Hézagtényező változása terhelés hatására

93 Terepi nyírószondázás (VST) A szondázási eredményekből jó megbízhatósággal határozható meg a: puha talajok drénezetlen nyírószilárdsága, közepes megbízhatósággal határozható meg a: talajtípus, terhelés-alakváltozás összefüggés felhasználási terület A szondázás jól alkalmazható: agyagban (különösen puha agyag) tőzegben Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M Cone penetration testing in geotechnical practice

94 Terepi nyírószondázás (VST) A szondázási eredményekből jó megbízhatósággal határozható meg a: puha talajok drénezetlen nyírószilárdsága, Gyenge megbízhatósággal határozható meg a: talajtípus, terhelés-alakváltozás összefüggés felhasználási terület A szondázás jól alkalmazható: agyagban (különösen puha agyag) tőzegben szerves talajokban Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M Cone penetration testing in geotechnical practice

95 Presszióméter és típusai Ménard típusú presszióméter, PBP, Önbefúró, Self Boring Presszióméter, SBP Benyomott Presszióméter, PIP

96 Presszióméteres vizsgálat

97 Presszióméter

98 Térfogat növekedés Presszióméteres vizsgálat - eredmény Rugalmas tartomány E M = (1+ν) 2 V (Δ P /Δ V) Kúszási nyomás Plasztikus tartomány Határnyomás NYOMÁS

99 Ménárd presszióméter, 3 cellás

100 Presszióméter beépítése

101 Digitális Ménárd presszióméter

102 Menárd presszióméter munkahelyen

103 Önbefúró presszióméter (Self Boring Pressuremeter, SBP)

104 Önbefúró presszióméter, SBP GEOVIL KFT.

105 Self Boring Pressziométer beépítés (Bp. 4,metróvonal, Kelenföld állomás )

106 SBP Pressióméter általános görbe Mérési pontok Konvencionális meghatározása a nyírási modulusnak

107 Önbefúró presszióméter (SBP) mérési Teljes nyomás a furatfalon (kpa) görbe KE-F1 Test Metres KE-F3 Test metres -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Sugárirányú elmozdulás (mm) Kelenfold SBP Tests Metres

108 Önbefúró presszióméteres talajvizsgálat Self Boring Pressuremeter

109 Presszióméter

110

111 Presszióméteres vizsgálat felhasználási terület A szondázási eredményekből jó megbízhatósággal határozható meg a: vízszintes földnyomás terhelés-alakváltozás összefüggés közepes megbízhatósággal határozható meg a: talajtípus, talajrétegződés nyírószilárdsági paraméterek tömörség OCR, nyírási modulus A szondázás jól alkalmazható: agyagban A szondázás közepesen alkalmazható: homokban, iszapban, tőzegben A szondázás nem alkalmazható: kavicsban Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M. 1997

112 Presszió permeabilitás meghatározása

113 Szívott kút (Dupuit)

114 Kafaghi szonda

115 Izotóp hígítás, sózás

116 Összehasonlító vizsgálatok

117 Áteresztőképesség összehasonlítása Nem vízteleníthető Rosszul vízteleníthető Jól vízteleníthető Gátak vízzáró magja Ödométeres kísérletből Vízzárósági határ (Kézdi 1976) Triaxiális cella Vízzárósági határ (MSZ 15221) Khafagi szonda Menard szonda Változó víznyomású készülék Alapozási kézikönyv Állandó víznyomású készülék Beyer táblázat Zamarin képlet Gátak támsztótestje Szemeloszlási görbéből Jó vízzáró Rossz vízzáró Rossz vízvezető Jó vízvezető Kíváló vízvezető 1,0E-08 1,0E-07 1,0E-06 1,0E-05 1,0E-04 1,0E-03 1,0E-02 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01 1,0E+02 1,00E-08 cm/s

118 Lugeon vizsgálat

119 A feltárások mélysége sávalapozásnál z a 6 m z a 3*b F 119

120 A feltárások szükséges mélysége lemezalapnál z a 1,5*b B 120

121 z a 0,8*h z a 6 m A feltárások mélysége töltésépítésnél 121

122 A feltárások mélysége bevágásban z a 0,4*h z a 2 m 122

123 A feltárások mélysége úttervezésnél z a 2 m 123

124 z a 1,5*b Ah z a 2 m 124

125 z a b Ab 125

126 z a 0,4*h z a t+2 m 126

127 z a H+2 m z a t+2 m (z a t+5 m, ha nincs vízzáró réteg) 127

128 A feltárások mélysége cölöpalapnál z a b g z a 5 m z a 3*D F 128

129 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!