Új módszer a tömörségmérésre dinamikus könnyű-ejtősúlyos berendezéssel Előzmények

Átírás

1 Új módszer a tömörségmérésre dinamikus könnyű-ejtősúlyos berendezéssel SUBERT István Okl.építőmérnök, okl.közlekedés-gazdasági mérnök, Andreas Kft ügyvezető, kutatómérnök ANDREAS Kft Budapest Magyarország Magyarországon 2003-ban új, dinamikus módszerrel mérő berendezés kifejlesztése kezdődött, mely két mérés egyidejű elvégzésére alkalmas. A kialakított könnyű ejtősúlyos berendezés egyrészt méri a hagyományos dinamikus modulust, mint teherbírást, másrészt az ejtések hatására létrejött tömörödési görbéből képes számítani a tömörségi fokot is. A 2005-ben épült M7 autópályákon lehetőség nyílt az új, EU-szabadalmat kapott tömörségmérési módszer kipróbálása. A hagyományos izotópos mérési módszerrel való összehasonlítást több alkalommal, nagyszámú összehasonlító mérésekkel végeztük el. Ezekből a legnagyobbat melyet itt is ismertetünk őszén, az M7 autópálya Zamárdi Balatonszárszó szakaszán 23 próbaszakaszon, öt különböző anyagon, szakaszonként 3-3 szelvényben, szelvényenként 3-3 mérési ponton, statikus teherbírás és víztartalom-méréssel párosítottuk. Az összehasonlító tömörségmérések tapasztalatai szerint a két fajta tömörségmérés várható értéke valóban azonos, egyezően az elmélettel. A kis mértékben módosított könnyű-ejtősúlyos berendezéssel, 163mm-es kistárcsával végzett dinamikus tömörség-mérés új módszerének kidolgozása mellett a dinamikus modulus meghatározásának feltételei is tovább javultak. Az új B&C mérőeszköznél megválasztható az alkalmazandó Boussinesq-féle tárcsaszorzó (merev, hajlékony), a Poisson-tényező (0,3-0,4-0,5) is. A mért modulusok és a tárcsa alatti dinamikus terhelés a statikus teherbírás mérésnél megszokotthoz nagyon hasonlók. Az eddigi LFWD (Light Falling Weigt Deflectometer) berendezések 300 mm-es tárcsával és p=0,1 MPa tárcsa alatti terheléssel igen messze álltak a statikus teherbírásnál alkalmazott 0,3 Mpa terhelés szintjétől és az átszámítási kísérletek egyike sem vezetett korrekt eredményre. Az új dinamikus könnyűejtősúlyos tömörség- és teherbírás mérő berendezés és a most kidolgozott dinamikus tömörségi fok számításának elmélete lehetővé teszi, hogy a tömörödési görbe meghatározásával a tömörséget végre a süllyedéssel jellemzett tömörödéssel mérjük, másrészt a dinamikus modulust a statikus teherbíráshoz hasonló tárcsa alatti terheléssel mérjük. Kiemelkedő, hogy egyetlen méréssel meghatározható mind a teherbírási modulus, mind a tömörségi fok. A forradalmi újítás jelentős idő és költségmegtakarítással jár, és megbízhatóbb, pontosabb mérési eredményt biztosít. Előzmények A tömörség a legfontosabb minőségi jellemző a teherbírás mellett a mélyépítésben. Az eddig alkalmazott tömörségmérések a sűrűség mérésén alapultak, mint a homok-kiöntéses, a víztérfogat-méréses, vagy az izotópos mérés. A mért helyi sűrűséget a víztartalom ismeretében először száraz sűrűségre átszámítottuk, majd egy viszonyítási sűrűséghez hasonlítottuk, százalékban megadva. A viszonyítási sűrűség Magyarországon a módosított-proctor vizsgálattal meghatározott sűrűség ( dmax ). Ma már erre az EN uniós szabvány érvényes. Újabban más viszonyítási sűrűségek is ismeretesek, mint a vibrosajtolásos, vibrokalapácsos, vagy 1

2 vibroasztalos vizsgálati módszerek. Ezek összehasonlítása, átszámíthatósága még nem ismeretes, de vélhetően más-más anyagviselkedés várható. Az EN-ISO szabványok érvénybe lépése felveti a kérdés, hogy az egyszerűsített Proctor-vizsgálatot, vagy a módosított Proctor vizsgálatot használjuk-e viszonyítási sűrűségként. Német területen elterjedt a kisebb sűrűségű egyszerűsített Proctor-vizsgálat ( dmax ) alkalmazása. A viszonyítási sűrűségek körül tehát sok kérdés felmerülése várható, melyek a jelenlegi bizonytalanságot csak fokozni fogják. Minőségellenőrzési szempontból fontos lenne a pontos tömörség-mérés. Az izotópos tömörségmérés azonban ma legföljebb +/-5-6%-os pontosságú, mely a szigorú követelményeknek nem felel meg. A mérés véletlenszerű ingadozása igen magas. Az izotópos mérési módszer várhatóan a jövőben sem lesz pontosabb. A mérés sem egészségügyi, sem környezetvédelmi okokból nem előnyös. Alkalmazását szigorú jogszabályok rögzítik, ezért kiváltása hatalmas adminisztrális és költségcsökkentést eredményez. A német FGSV-561 nem is javasolja már e módszert, helyette az homokkitöltéses, térfogatos, azaz a régi négykézlábas módszereket alkalmazza, vagy a tömörséget a LFWD dinamikus teherbírás-mérés egyenletességéből következtetve próbálja meg helyettesíteni. Újabb lehetőség a CCC-módszer, mely a tömörítő hengerekre szerelt gyorsulásmérővel állapít meg több, a tömörödéssel kapcsolatban állónak vélt újabb jellemzőt. Fentiek miatt a dinamikus ejtősúlyos tömörségmérés gyakorlati előnye kiemelkedő. A magyar alkalmazási tapasztalatok igen kedvezőek. Alkalmazása az építést jelentősen megkönnyíti, rutinszerű döntéseket tesz lehetővé. A mért paraméterek alapján egyértelműen eldönthető, hogy kell-e (lehetséges-e) még további tömörítés, vagy nem. Magyarországon 2003 óta folyik kutatás a kistárcsás dinamikus tömörség- és teherbírásmérés berendezésének és mérési módszerének kialakítására és a rendszeres mérésre eddig már 14 laboratórium szerzett jogosultságot. Dinamikus tömörségmérés elmélete A tömörített rétegen egy súlyt ejtegetve a laboratóriumi Proctor-géppel egyező mértékű munkát végzünk a helyszínen, az adott víztartalmú rétegen. Az így meghatározott tömörséget helyi, relatív tömörségi foknak (CrE%) nevezzük. A B&C (Bearing Capacity & Compactnessrate Tester) egy olyan könnyű-ejtősúlyos mérőberendezés, melynek tárcsa átmérője 163 mm, a cm magasságból ejtett 10 kg tömegű ejtősúly a tárcsa alatt 0,35 MPa dinamikus terhelést hoz létre. Ez szükséges ahhoz, hogy a szükséges tömörítési munka az ejtések során létrejöjjön, egyben pedig lehetőség arra, hogy a dinamikus modulust a szokásos 0,3 Mpa statikus terhelési tartomány közelében határozzuk meg (ne 0,1Mpa terheléssel, mint a jelenlegi LFWD). Az így meghatározott relatív (adott víztartalom mellett elért) tömörséget még az optimális víztartalomhoz, a wopt-hoz kell igazítani, hogy a hagyományos, száraz sűrűségek arányából számított tömörségi fokkal (Crd%) egyező legyen. A nedvességkorrekciós tényező Crw= ( di/ dmax)/100, melyet az alkalmassági vizsgálat során táblázatosan határozunk meg és a helyszínen mért víztartalomhoz tartozó értéket kiolvashatjuk. A nedvességkorrekciós tényező tehát a Proctor-görbe normalizált alakja. Mivel minden anyag Crw görbéjének maximuma =1,0 csak görbületük lesz változó. A dinamikus tömörségi fok Crd%= CrE%*Crw azaz a helyszíni relatív tömörség és a nedvességkorrekciós tényező szorzata. A természetes víztartalom mellett elért helyszíni 2

3 relatív tömörségi fok kizárólag a hengerlési munkától függ. A laboratóriumban betömörített minden Proctor-pont relatív tömörsége ezért 100%. A helyszínen a tömörítést az adott műszaki jellemzők mellett számított egyenértékű Proctor-munka eléréséhez 18 ejtéssel hozzuk létre. Fontos a nedvességkorrekciós tényező görbéjének (Proctor-görbe alakjának) minél pontosabb meghatározása, ezért a talajmintából az eddiginél több, 8-15 Proctor-pontot készítünk, melyből regressziós analízissel (!) másodfokú közelítéssel határozzuk meg a Proctor-görbe görbe, valamint a nedvességkorrekciós együttható egyenletét. Ilyet mutatunk be az alábbi ábrán. 1.sz. ábra Nedvességkorrekciós együttható görbéje egy iszapos homokra Trw-görbe (földmű, hom okliszt M7) y = -0,0016x 2 + 0,0292x + 0,8666 R 2 = 0,9586 1,00 0,95 Trw 0,90 0,85 0, w% A dinamikus tömörségmérési módszer lényeges eleme, hogy a Proctor-vizsgálattal azonos munkával a tömörítést mindig a helyszínen, az adott anyagon, újra és újra elvégezzük minden egyes mérésnél. Emiatt az inhomogén sűrűség jelentősége, az ez által okozott hiba eltűnik. Ez a dinamikus tömörségméréseket rendkívül biztonságossá és megbízhatóvá teszi. A relatív helyszíni tömörségi fokot az ejtésenként mért süllyedésekből határozzuk meg. Nyolc különböző elméleti módszert vizsgáltunk meg, mire a legalkalmasabbat kiválasztottuk. Ez egy Proctor-féle vizsgálat elméletéből levezethető összefüggés, melynek lényege, hogy azonos száraz tömegű minták, különböző víztartalommal nedvesítve, különböző hengermagasságra tömöríthetők be azonos munkával. Ezt Md=constans modellnek nevezzük. (Jelenleg a különböző nedvesített mintáknál az egyforma nedves térfogatot alkalmazzuk a Proctorvizsgálatban, azaz Vw=constans.) Az optimális víztartalomnál a legkisebb a henger magassága, azaz a legnagyobb az elért tömörség. A hengerek közötti magasságkülönbség süllyedésnek is tekinthető, ha az a tömörítési munka hatására jön létre a helyszínen. Mivel a süllyedés (magasság különbség) és a hengerek tömörségi foka szorosan összefügg, az azonos munkával létrehozott alakváltozásból a (kiinduló) tömörségi fok azonos módon számolható. A különbség a helyszíni mérés és a laboratóriumi Proctor vizsgálat hengerei között csak annyi, hogy a helyszínen nem a víztartalom miatt változik a henger magassága, hanem a tömörítési munka miatt. Ez azonban indifferens, mert a sűrűség a száraz sűrűség és térfogat aránya, azaz csak a tömörítési munka során létrejött magasságkülönbség függ a tömörséggel össze. A Proctor-vizsgálat ilyen felfogása bármelyik hagyományos mérésből számítható, egy példát az 2.sz ábrán mutatunk be (a piros oszlopok a Proctor-hengerek magasságainak különbségét, a kék oszlopok azok víztartalmát mutatják). 3

4 2.sz ábra Proctor hengerek magasságkülönbsége Md=contans esetén Gsz=const Dh-w% összefüggés w % / mm víztartalom w % 10,1 8,1 6,4 4,4 3,7 1,9 magasságkülönbség (mm) ,732 4,727 0,000 1,165 1,165 3,529 A magasság különbségek (süllyedés) és a tömörségi fok lineárisnak vehető összefüggését minden Proctor-vizsgálatból egyedileg is meg lehet határozni. Több száz vizsgálatból a magyar előírás ezt =0,365+/-0,02 meredekséggel veszi figyelembe és jellemzőnek vehető. ELŐNYÖK Dinamikus tömörség független a sűrűségtől és inhomogenitásától A tömöségi fok és a süllyedés egyesített összefüggését megvizsgáltuk mintán öt lényegesen különböző sűrűségű anyagnál, összesen 150 Proctor-mérési pont egyesített feldolgozásával (3. sz ábra). A lényeges anyagi és sűrűségi különbségek ellenére a alakváltozás-tömörségi fok összefüggés lineáris együtthatója Φ=0,3642-nek adódott R 2 =0,9967 regressziós együttható mellett (3. ábra). A relatív tömörség számítására kapott összefüggés CrE%=100- Φ*Dm ahol Dm deformációs mutató egy súlyozott átlag, a szomszédos ejtések süllyedéseinek különbsége az ejtések számával súlyozva és átlagolva. Az Md=constans Proctor-modell szerint feldolgozva a süllyedési adatokat és másodfokú összefüggéssel közelítve az összefüggés CrE%=70,8%-nál minimumot mutat R=1 regressziós együttható mellett, mely bármilyen víztartalomnál az elméletileg lehetséges legkisebb tömörségi fok, melyet a világon először van lehetőségünk egy elmélet alapján megadni. Ennél kisebb tömörség létrehozása tehát elméletünk szerint nem lehetséges. Professzor Kézdi szerint a relatív tömörség legkisebb értéke kísérleti úton többszöri próbálkozás ellenére eddig laboratóriumban nem volt meghatározható. 4

5 3.sz ábra Öt különböző sűrűségű anyag 150 proctor pontjának összefüggése Tömörségi fok és alakváltozás mm összefüggése n=150 db Tömörségi fok Trd% y = -0,3642x R 2 = 0,9967 y = 0,0013x 2-0,3934x R 2 = Dm alakváltozás mm A dinamikus tömörségmérés magyar vizsgálati specifikációja (ÚT ) 2005-ben bevezette az egyszerűsített dinamikus tömörségmérés fogalmát. Korábban 18 ejtés kellett a dinamikus tömörség méréséhez, mely nem aratott osztatlan sikert a laboránsoknál. Az új módszer egyszerűsített üzemmódban a tömörödési görbe alakjától teszi függővé a még szükséges ejtések számát, a süllyedési görbe végérintőjének meredeksége figyelésével. Az első kilenc ejtés után kezdi figyelni a program a feltétel fennállását, teljesülésekor pedig az utolsó két pontból képzett meredekséggel képezi a hiányzó adatsort. Mivel a helyettesítéssel számított tömörségi fok kissé rosszabb, mint a teljes sorozattal számított, így az elhanyagolás a biztonság javára történik. A relatív tömörség alkalmazása az izotópos mérések ellenőrzésére A radiometriás tömörségmérés a mért nedves sűrűségből és a mért víztartalomból számítja a száraz sűrűséget, és ezt a Proctor-vizsgálattal meghatározott dmax viszonyítási sűrűséghez viszonyítja. Így határozzuk meg viszonyítási sűrűséggel és mért helyszíni sűrűségből a Cr % izotópos tömörségi fokot. Mivel Cr %=Crd% a CrE% és egyenlő a helyszíni relatív tömörség a Crw nedvességkorrekciós tényező szorzatával, ezért az izotópos sűrűségmérési eredményből is számítható a hengerlés hatékonyságát jellemző izotópos relatív tömörségi fok a CrEiz% = Cr % / Crw kifejezéssel. Ha az izotópos tömörségi fok mérések eredményeiből az osztással számítva 100%-nál nagyobb relatív tömörséget kapnánk, az csak hibás mérés lehetett. Ezért az izotópos mérési módszer amúgy is gyenge megbízhatóságának ellenőrzésére is kiválóan alkalmas e módszer. A mérési eredmények információtartalma Az új dinamikus tömörség mérési módszer nagy előnye, hogy a mért paraméterekből azonnal lehet tudni a helyszínen, hogy megfelelő-e a tömörség, vagy ha nem, akkor mit kell tenni. Kizárólag a hengerlés hatékonyságát mutatja az adott nedvességtartalom mellett jellemző relatív tömörség, ezért CrE%<97 esetén még érdemes néhány járattal rátömöríteni. Ehhez ráadásul nem kell ismerni az anyag Proctor jellemzőit sem. Ha tehát a tömörített réteg az optimális víztartalom környékén van, vagy csak gyártásközi jellegű vizsgálatot akarunk 5

6 végezni, úgy ez is elegendő információ a tömörítés hatékonyságára. A relatív tömörségi fokból a helyszínen minden más információ nélkül is meg lehet mondani, hogy a hengerlés hatékonysága milyen, tömöríthető-e még a réteg tovább, vagy sem. Kizárólag csak az anyag nedvességtartalmától függ a nedvességkorrekciós tényező, ezért már az alkalmassági vizsgálatkor megmutatja, hogy az adott wt természetes nedvességtartalom mellett legföljebb hány %-os tömörséget lehet elérni tökéletes hengerlés esetén is. Ha a Crw értéke mondjuk a mért wt% helyszíni víztartalomnál 0,922 akkor a Cr %=Crd% = CrE%*Crw miatt a hengerléssel elérhető legnagyobb CrE%=100% relatív tömörségi fok esetén is csak 92,2% tömörségi fok lehet, tehát például 95% semmiképpen sem teljesíthető. A nedvességkorrekciós tényezőből meg lehet mondani előre, hogy a bányászott, vagy beszállított, ismert víztartalmú anyag egyáltalán alkalmas lesz-e az adott tömörségi fok elérésére, vagy azt nedvesíteni, esetleg szárítani kell. Emiatt a nedvességkorrekciós tényező megadása az alkalmassági vizsgálat része kell legyen. A dinamikus tömörségmérésnél alkalmazott nedvességkorrekciós együttható görbéjének meghatározása rávilágított a Proctor vizsgálat jelenlegi gyengeségeire is. Nem 4-5, hanem több, 8-15 pontból kellene a Proctor-görbét meghatározni, továbbá a telítési vonalak meghatározása is mindig szükséges lenne. Az optimális víztartalomra a görbe nem feltétlenül szimmetrikus, mert a nedves ágon a beépítési víztartalmat a wp sodrási határ alá kell választani. A Proctor-görbét célszerű lenne regressziós analízissel meghatározni, másodfokú közelítéssel. A számításban (főleg kevés Proctor-pontnál) érdemes felvenni egy-két virtuális Proctor-pontot is az S=0,85 vagy 0,9 telítési vonalon, a mért legfölső víztartalom fölött. Ezek ugyanis jóval pontosabban számíthatók a hézag nélküli sűrűség ismeretében, mint ahogyan mérhetők, mert a mintából a víz hamar kifolyik. Viszonyítási sűrűség alternatívái Az új MSZ EN európai szabványok megjelenésével az eddig használt ρdmax viszonyítási térfogatsűrűség nem csak az EN szerint, egyszerűsített-, vagy módosított Proctorvizsgálattal adható meg. Más modellhatású módszerek alkalmazása is lehetséges, mint például a vibrosajtolásos (EN ), a vibrokalapácsos (EN ), vagy a vibroasztalos (EN ) viszonyítási térfogatsűrűség. Ezek összehasonlítása eddig még nem volt lehetséges, de bizonyosan elkerülhetetlen. Az amúgy is nagy pontatlanságú izotópos mérési módszer ezzel igen nagy dilemma elé kerül és várható, hogy a sűrűségi inhomogenitásra amúgy is érzékeny mérésben a több viszonyítási sűrűség miatt a káosz véglegessé válik. A kérdés fontos és abszolút gyakorlati, mert a fokozottan szigorodó minőségi elvárások miatt a tömörségben - és a teherbírásban egyre gazdaságtalanabbul kivitelezhető az előírt szigorú minőség. Jellemző a mai magyar autópálya építésekre (autópályák tenderelőírására), hogy a földmű felső 1m-es rétegére például Crd%>97% a tömörségi követelmény, módosított Proctor-vizsgálattal meghatározott viszonyítási sűrűség mellett. Számos kivitelező és laboratórium küzd hallatlan nehézségekkel a szigorú előírások teljesítésére. Tömörségmérési módszerek összehasonlítása Az M7 Zamárdi Balatonszárszó projekt több szakaszán lehetséges volt a kölönböző mérési módszerek összehasonlítása. A kivitelező STRABAG laboratóriuma a H-TPA Kft volt. Párhuzamos mérésekben részt vett az Andreas Kft Laboratóriuma és kontroll méréseket végzett egy kijelölt független minőségellenőrző laboratórium, az ÁKMI is. Előzetes geotechnikai szakvéleményt adott a szakaszra a Budapesti Műszaki Egyetem Geotechnika 6

7 Tanszéke (Dr Farkas József professzor úr), elemző laboratóriumi vizsgálatokat végzett a Budapesti Műszaki Egyetem Építőanyagok laboratóriuma (mésztartalom vizsgálat). Kiszúróhengeres és homokkitöltéses méréseket a Mélyépítő Laboratórium végezte, a CEMKUT Kutató Intézet mikroszkópos felvételekkel segített a kutatást. A KTMF Győri Egyetem Geotechnikai laboratóriuma (Dr Szepesházi Róbert úr) a párhuzamos talajazonosító vizsgálatok elvégzésében segített és szakértői segítséget nyújtott. A csapatmunka során létrehozott igen jelentős adatbázist a METROBER független Mérnök minőségellenőrzése foglalta össze. A víztartalmat laboratóriumi szárításos és T-90 Trident (USA) műszerrel történő helyszíni víztartalom méréssel is meghatároztuk. A mért dinamikus tömörségi fok átlaga 94,1%+/-2,7%, míg az izotópos mérések átlaga ezzel jól egyezően 94,4%+/-2,5% volt. Az izotópos mérésekből számított relatív tömörség átlaga 96,8%, öt esetben 100% körüli, vagy magasabb értéket mutat, ami a véletlenszerűen megjelenő izotópos mérési hibák felső szekciójára utal (a táblázatban ezeket dőlt számokkal jelöltük). A dinamikus mérések relatív tömörségének átlaga 96,4% volt. Jellemző, hogy amíg az izotópos mérés eredménye véletlen ingadozást mutat, a dinamikus tömörség-mérés reális tömörödési görbéje miatt mindig meggyőzőbbnek bizonyult. Tömörségmérés pernyetöltésen, kohósalak anyagokon A hulladékanyagok, másod-nyersanyagok újrafelhasználása a mélyépítésben is terjed. Közismert, hogy a tömörségi fok meghatározása pernyetöltésen annak igen alacsony sűrűsége miatt nagy nehézségekbe ütközik. A dinamikus tömörségmérési módszer eddig minden gyakorlati próbát kiállt, így olyan helyeken is, ahol a tömörséget az izotópos mérési módszer egyáltalán nem volt képes meghatározni. Ilyen volt a pernyetöltés és esetenként a meszes stabilizációkon való tömörségmérés is. Példaként említjük a H-TPA Laboratóriumának mérését a 35-ös gyorsforgalmi út építésén, pernyetöltésen, ahol kiszúró hengerrel és dinamikus tömörség méréssel lett a tömörségi fok meghatározva. Az izotópos mérést elvetették, mert 135% körüli értéke miatt a labor jegyzőkönyvet sem tudott kiadni. Ezzel szemben a kiszúró-hengerrel meghatározott tömörségi fok 98,3+/-3,2%(?!), a B&C berendezéssel mért dinamikus tömörségi fok pedig jóval jellemzőbb 91,7+/-1,2% volt. A kohósalakos beépítések szintén ellenőrizhetetlenek a tömörség szempontjából, mert sűrűségi inhomogenitásuk olyan nagy. A kiszúró-hengeres vizsgálat itt nem jöhet szóba a nagy méretű zúzott anyagszemcsék miatt. A homokkitöltéses, vagy víztérfogatos módszer nehézkes (négykézlábas), és nagyban függ a viszonyítási sűrűségtől. Az ilyen anyagokból nehéz a viszonyítási sűrűséghez szükséges Proctor-vizsgálat elvégzése is és a nedves ágon nem is pontos, mert a víz a mintából mindig kifolyik. A telítési vonalak meghatározása, vagy az ezeken felvett virtuális pontok segíthetnek a Proctor-görbe valóságos alakjának jobb megközelítésében. Statikus és dinamikus teherbírási modulusok összefüggése Az utóbbi időben számos publikáció foglalkozott a p=0,1 MPa terhelésű LFWD mérések dinamikus modulusainak és a statikus terheléssel mért modulusok összehasonlításával. Jelen szakaszokon 300mm-es tárcsával nem mértünk LFWD-vel, csak 163mm-es, úgynevezett kistárcsás B&C tipusú SP-LFWD-vel (Small-Plate Light Falling Weight Deflectometer). Ez utóbbi összehasonlítása a statikus modulussal azért is érdekes volt, mert a p=0,35 MPa tárcsa alatti terhelése a statikushoz hasonló. 7

8 A 3. táblázatban az E v2 statikus modulusok és az E vds dinamikus teherbírási értékeit foglaltuk össze. Korábban is feltűnő volt, hogy a p=0,35 MPa tárcsa alatti terhelésű kistárcsás dinamikus teherbírás mérés sokkal jobb egyezőséget mutat a statikus E v2 modulus értékével, mint a nagytárcsás (p=0,1 MPa tárcsaterhelésű) E vd értéke. Itt kell megjegyezzük, hogy minden dinamikus mérésnél a helyszíni víztartalmat is mérni kellene, mert S=0,9 telítettség felett a 18 ms-os terhelésű ejtés elől a víz nem tud kitérni. Azaz, amikor a rendszerben nincs elég eltávolítható levegő, akkor az ütés hatására a víz nem fog eltávozni és ezért a műszer kisebb alakváltozást, azaz nagyobb és emiatt hamis dinamikus modulust mér. Emiatt szükségesnek tartjuk a mérési specifikáció szigorú betartását és a helyszíni víztartalom mérését. A B&C dinamikus berendezéssel történő mérést szabályozó 2005 évi módosításban további újdonság, hogy bevezettük a dinamikus végmodulus (Ed-end), és a mértékadó dinamikus végmodulus fogalmát, mely a dinamikus tömörség meghatározásához szükséges 18 ejtés utolsó három ejtésének átlagát veszi figyelembe, mint a betömörödött állapotra jellemző dinamikus modulust. Ezzel összehasonlítva a hagyományosan ejtésből képzett Ed dinamikus modulussal következtethetünk a teherbírás pillanatnyi és kialakítható értékére, illetve az E2 statikus modulussal való összehasonlítás feltételeinek fennállására. Az eddigi mérések során ugyanis ismeretlen volt előttünk, hogy a második ejtési sorozatból meghatározott süllyedési amplitúdó a tömörödési görbe elején, közepén, vagy végén helyezkedik-e el és csak feltételeztük, hogy az előterheléssel a kellő tömörödés létrejött. Megjegyezzük, hogy a Ev2 statikus teherbírás mérés is azért alkalmaz két felterhelést, hogy biztosítsa a tömörödést az első terheléssel. 8

9 Izotópos- és dinamikus tömörségmérés H-TPA labor Kontroll ÁKMI Andreas No Réteg Talaj cm Dátum CrE%iz és Trρ%iz Trd % TrE CrE%iz és Trρ%iz Trd % TrE TrE Trd % 1 altalaj iszapos homok ,6 87,5-85,0-94,0 85,9 85,0-97,0-98,0 2 töltésalap Homokoskavics ,2 92,3 ± 1,9 88,8 ± 4,1 90,8 93,0 93,0-91,0-91,0 92,2 90,0 ± 1,6 3 altalaj iszapos homok ,4 96,2 ± 3,3 97,5 ± 0,5 97,5 97,0 96,0 ± 0,8 96,0 ± 2,3 98,7 97,8 97,2 ± 0,6 7 altalaj iszapos homok ,1 100,4 ± 1,5 96,3 ± 4,2 98,2 98,2 96,8 ± 2,6 8 altalaj iszapos homok ,9 94,5 ± 1,9 95,7 ± 1,7 97,2 97,2 95,7 ± 1,7 9 töltés iszapos homokliszt ,3 94,5 ± 3,4 97,8 ± 1,2 99,0 98,0 97,2 ± 1,3 10 védőréteg hajmáskéri M ,5 90,5 ± 1,1 91,0 ± 1,5 92,7 92,4 90,3 ± 1,3 11 védőréteg hajmáskéri M50 + töm ,9 92,7 ± 1,0 94,3 ± 1,0 98,1 96,7 92,5 ± 0,1 12 védőréteg hajmáskéri M ,6 92,0 ± 1,7 96,5 ± 0,7 96,9 95,9 95,1 ± 0,8 13 védőréteg hajmáskéri M ,2 93,0 ± 1,7 87,0-96,0 97,4 93,8 ± 0,8 14 védőréteg hajmáskéri M50 újramér ,6 92,0 ± 1,7 95,5 ± 1,2 96,1 97,1 96,5 ±2,4 15 védőréteg hajmáskéri M50 + töm ,6 96,2 ± 0,6 94,5 ± 0,9 96,9 97,4 95,0 ±0,7 16 védőréteg hajmáskéri M ,0 96,0-94,0-94,0 17 védőréteg hajmáskéri M50 + töm ,7 96,3 ± 0,7 96,2 ± 0,8 96,7 18 védőréteg hajmáskéri M ,0 95,0-95,0-96,7 19 védőréteg hajmáskéri M50 + töm ,2 97,2 ± 0,6 95,7 ± 1,0 97,5 20 védőréteg hkéri0/50+talaj keverék ,3 98,0 ± 1,0 93,0 ± 1,0 97,2 97,2 93,1 ±1,0 21 védőréteg hkéri0/50+talaj keverék ,4 98,5 ± 0,9 95,2 ± 1,1 97,7 97,9 95,1 ± 0,9 22 töltéstest bevágási anyag ,7 91,8 ± 2,2 97,1 ± 0,9 98,1 23 töltéstest bevágási anyag ,4 92,8 ± 1,4 96,7 ± 0,5 97,5 97,0 96,0 ± 0,8 Átlag: 96,8 94,4 94,1 96,4 92,0 91,3 94,7 95,9 96,6 94,6 szórás: 3,3 3,1 3,5 2,1 5,6 5,7 3,2 4,3 1,9 2,4 min: 92,5 87,5 85,0 90,8 85,9 85,0 91,0 91,0 92,2 90,0 max: 102,3 100,4 97,8 99,0 97,0 96,0 97,0 98,7 98,2 97,2 Db.: M90±: 2,7 2,5 2,9 4,6 4,7 2,6 3,5 1,6 1,9 Új módszer a tömörségmérésre dinamikus könnyű-ejtősúlyos berendezéssel

10 2.sz táblázat Víztartalmak mérési eredményei H-TPA labor Kontroll ÁKMI Andreas No Réteg Anyag Dátum wiz wsz wtr Wopt dmax Wiz wsz wtr wsz wtr 1 altalaj iszapos homok ,9 2,03 13,2 9,7 2 töltésalap homokoskavics THK 0/ ,5 4,5 6,6 2,11 3,2 4,0 3 altalaj iszapos homok ,7 8,9 7,6 11,4 1,99 8,9 7,4 8,6 7,6 4 töltés iszapos homokliszt ,4 8,2 5,9 10,0 1,90 7,8 10,1 8,5 9,2 5 töltés iszapos homokliszt ,6 10,8 8,5 10,0 1,90 8,4 8,8 7,7 6 töltés iszapos homokliszt+vizez ,4 9,3 5,9 10,0 1,90 7 altalaj iszapos homok ,8 11,9 2,00 10,8 10,0 8 altalaj iszapos homok ,2 9 töltés iszapos homokliszt ,8 10,1 11,9 1,89 10,8 10,4 10 védőréteg hajmáskéri M ,1 5,2 2,32 4,1 3,1 11 védőréteg hajmáskéri M50 + töm ,5 5,2 2,32 3,5 3,5 12 védőréteg hajmáskéri M ,4 5,2 2,32 4,4 3,5 13 védőréteg hajmáskéri M ,6 5,2 2,32 1,6 1,2 14 védőréteg hajmáskéri M50 újramér ,2 3,2 0,8 5,2 2,32 3,2 2,9 15 védőréteg hajmáskéri M50 + töm ,9 5,2 2,32 1,9 3,2 16 védőréteg hajmáskéri M ,5 4,6 2,24 17 védőréteg hajmáskéri M50 + töm ,2 3,9 4,2 2,24 18 védőréteg hajmáskéri M ,3 4,6 2,24 19 védőréteg hajmáskéri M50 + töm ,3 2,1 4,6 2,24 20 védőréteg hkéri0/50+talaj keverék ,1 5,3 2,27 3,1 4,1 21 védőréteg hkéri0/50+talaj keverék ,5 5,3 2,27 3,5 4,6 22 töltéstest bevágási anyag ,7 9,3 10,3 1,91 23 töltéstest bevágási anyag ,9 9,5 10,3 1,91 9,3 11,3 átlag: 7,8 6,3 7,2 8,3 8,8 6,3 6,4 szórás: 3,5 3,7 3,9 3,6 1,9 3,7 3,6 min: 3,2 1,6 0,8 3,2 7,4 1,6 1,2 max: 14,0 13,0 14,0 13,2 10,1 13,0 13,2 10 Új módszer a tömörségmérésre dinamikus könnyű-ejtősúlyos berendezéssel

11 db.: Új módszer a tömörségmérésre dinamikus könnyű-ejtősúlyos berendezéssel

12 A Proctor-vizsgálat reprezentativitása A Proctor-vizsgálat során meghatározott, száraz sűrűség víztartalom pontokat általában egyszerűen összekötik. Többnyire 4-5 pont meghatározása szokásos. Bemutatunk egy általunk vizsgált iszapos homok anyagot, melynek szemeloszlása egyenletes és azonosnak mondható, mégis igen nagy szórást mutat e szempontból. Több laborral meghatároztattuk a dmax legnagyobb száraz sűrűséget. A mellékelt ábrán mutatjuk be a kapott Proctor-pont halmazt, a dmax ismételhetőségét. Megállapítható, hogy a Proctor-pontok szórása teljesen természetes vizsgálati jelenség. Nem a laboráns, vagy labor hibája, hanem a vizsgálati módszer és legfőképpen az anyag jellemzője, ezért további vizsgálatra mindenképpen érdemes. Iszapos homokliszt y = -0,0019x 2 + 0,0407x + 1,6405 R 2 = 0, ,95 1,9 1,85 ró dmax 1,8 1,75 1,7 1,65 1,6 1,55 1, összes HTPA w% ÁKMI INNOTESZT SZMF Polinom. (összes) 12

13 Teherbírás eredmények értékelése H-TPA labor Kontroll ÁKMI Andreas No Réteg Anyag Dátum E1 E2 Tt EdM E1 E2 Tt EdM EdM 1 Altalaj iszapos homok , , Töltésalap homokoskavics THK 0/ ,6-74 ± , ± 26 3 Altalaj iszapos homok ± 2,6 42 ± 1,0 1,5 ± 0,2 59 ± 3, ,8 53 ± 15,2 48 ± 4,9 4 Töltés iszapos homokliszt ± 2,6 32 ± 3,4 1,8 ± 0,4 37 ± 4,8 25 ± 7,8 40 ± 9,3 1,6 ± 0,2 38 ± 6,8 35 ± 3,2 5 Töltés iszapos homokliszt ± 10,1 34 ± 7,0 1,4 ± 0,3 28 ± 13, ,5 31 ± 7,0 33 ± 3,4 6 Töltés iszapos homokliszt+vizez ,3 ± 3,5 32 ± 6,1 1,8 ± 0,4 38 ± 3,6 7 Altalaj iszapos homok ± 8,7 61 ± 12,1 1,7 ± 0,1 76 ± 30,8 77 ± 30,5 8 Altalaj iszapos homok ± 3,8 49 ± 4,8 1,7 ± 0,1 60 ± ± 21 9 Töltés iszapos homokliszt ± 4,5 63 ±13,4 2,5 ± 0,1 110 ± 8,7 93 ± 17,7 10 Védőréteg hajmáskéri M ± 1,0 77 ± 8,7 3,8 ± 0,5 72 ± 4,6 71 ± 7,2 11 Védőréteg hajmáskéri M50 + töm ±17 80 ± 20 2,9 ± 1,4 102 ± ± Védőréteg hajmáskéri M ± 6,1 83 ± 7,2 3,0 ± 0,6 92 ± 6,1 79 ± 5,8 13 Védőréteg hajmáskéri M ± 7,1 14 Védőréteg hajmáskéri M50 újramér ± ± 7,8 2,8 ± 0,9 120 ± 24,6 94 ± 19,8 15 Védőréteg hajmáskéri M50 + töm ± 3,0 90 ± 5,1 3,2 ± 0,3 82 ± 6,3 84 ± 5,7 16 Védőréteg hajmáskéri M , Védőréteg hajmáskéri M50 + töm ± 8,9 94 ± 6,0 2,5 ± 0,6 92 ± 3,8 18 Védőréteg hajmáskéri M Védőréteg hajmáskéri M50 + töm ± 3,2 88 ± 4,9 2,9 ± 0,2 75 ± 5,5 20 Védőréteg hkéri0/50+talaj keverék ± 4,5 82 ± 9,0 2,6 ± 0,5 97 ± 16,7 108 ± 29,2 21 Védőréteg hkéri0/50+talaj keverék ,7 ± 4,3 96 ± 6,0 2,5 ± 0,3 116 ± 11,9 116 ± 11,9 22 Töltéstest Bevágási anyag ± 14,5 46 ± 24,9 1,6 ± 0,1 44 ± 3,3 23 Töltéstest Bevágási anyag ,5 ± 7,1 46 ± 10,3 1,7 ± 0,2 38 ± 4,9 45 ± 5,3 átlag: 65,6 78,3 83,7 szórás: 22,0 29,6 43,0 min: 32,0 28,0 33,0 max: 96,7 143,5 219,0 13

14 Ugyanennek a mintának a szemeloszlását is meghatároztuk a többszöri Proctor-vizsgálat során. Az azonos víztartalmú mintából ötször egymás után, ugyan azon a mintán elvégezték a módosított Proctor-tömörítést a Proctor-edényben, majd ezután egyenként meghatározták a minták szemeloszlását. A <0,02mm részbe leaprózódott anyag 25,6%-os szignifikáns növekedést mutatott az eredeti szemeloszláshoz képest. A viszonyítási sűrűség egyes anyagoknál tehát erősen ingadozó lehet, mert maga a tömöríthetőségi vizsgálat úgy változtatja meg a mintát, hogy annak tömöríthetősége is emiatt megváltozik. Ez jellemző például a pikkelyes-lemezes szemcsékre, muszkovitos homokra, vagy ami hasonló, lapos szemcsék töredezését feltételezi. A hatásra jellemző, hogy az öt vizsgálat alatt a tömörségi fok csak a viszonyítási sűrűség miatt (1,90 1,97) 4 tömörségi fok%-kal csökkent. Iszapos homokliszt M7 Zamárdi kmsz (Proctor-v izsgálat előtt és után) Előtte 1 Előtte 2 átesett tömeg% Előtte 3 Előtte átlag Utána 1 Utána 2 Utána 3 0 1,000 0,100 0,010 0,001 Utána átlag szemcseméret mm Mikroszkópos vizsgálatokkal kimutathatók a lemezes szemcsék, míg az azonos anyagon ismételt tömöríthetőségi vizsgálat és a hidrometrálás a leaprózódási hajlamot mutatja jól ki. Az ugyan azon a mintán ismételten elvégzett Proctor-vizsgálatok görbéi jól bemutatják a 14

15 végbement folyamatot, mert egyre magasabbra nyomulnak. A tényleges viszonyítási sűrűséget e görbék alapján úgy lehetne meghatározni, hogy az első leaprózódás alá kellene egy görbét számítani, a többi emelkedésének átlagában. 1,98 1,96 1,94 1,92 rd g/cm3 1,90 1,88 1,86 1,84 1,82 1, w% 1xbetüve 2xbeütve 3xbeütve 4xbeütve 5xbeütve Összefoglalás Az új dinamikus könnyű-ejtősúlyos tömörség- és teherbírás mérő berendezés és a most kidolgozott dinamikus tömörségi fok számításának elmélete lehetővé teszi, hogy a tömörödési görbe meghatározásával a tömörséget végre a süllyedéssel jellemzett tömörödéssel mérjük. A dinamikus modulust a statikus teherbíráshoz hasonló tárcsa alatti terheléssel méri, ezért annak eredményei a statikus teherbírás méréssel az S=0,9 telítettség alatt jól egyeznek. A mérési módszer pontossága +/-2% belüli, mely az eddigi tömörségmérési módszerekhez képest kiemelkedő. A mérés nem érzékeny a sűrűségingadozásra, ezért minden olyan anyagnál alkalmazható, amelyik a tömörítés hatására még alakváltozással reagál. A dinamikus tömörségmérési módszer alkalmazása jelentősen megnöveli a földművek és más szemcsés anyagrétegek minőségellenőrzésének hatékonyságát, megbízhatóságát. Lehetővé teszi a valós állapothoz közelebb álló mérési eredmények megismerését, egy pontosabb és megbízhatóbb minősítési mód alkalmazását. A B&C mérőeszközzel két mérés végezhető, míg a berendezés ára nem éri el az izotópos berendezés beszerzési és fenntartási költségét sem. Egészséget, valamint a környezetet feleslegesen szennyező izotópos műszer kiváltására alkalmazható. A módszer európai szabadalommal védett és 2003-ban a Genfi Találmányi kiállításon aranyérmet kapott. Szakirodalmi Jegyzék ÚT ÚT MSZ MSZ MSZ EN MSZ EN

16 MSZ EN MSZ EN MSZ EN FGSV