Alépítmény. Válogatott fejezetek, esettanulmányok

Átírás

1 Alépítmény Válogatott fejezetek, esettanulmányok

2 A meszes stabilizáció lehetőségei (Útügyi napok)

3 Biztonsággal tervezhető folyamatok és eredmények meszes talajstabilizálással. Útépítés - alépítmény 3

4 Tervezési célok A beruházói igények kielégítése, vagyis: Költség/eredmény mutatók optimalizálása A kivitelezési idő és kockázat minimalizálása A várható karbantartási periódus optimalizálása Ugyanakkor egyre hangsúlyosabban a környezetvédelmi szempontok figyelembe vétele Útépítés - alépítmény 4

5 Thousand Metric tons Nemzetközi tapasztalatok Meszes talajstabilizálás USA Lime sold in USA for Soil stabilization Year Útépítés - alépítmény Sold 5

6 Thousand metric tons Nemzetközi tapasztalatok Meszes talajstabilizálás Csehország Czech Rep Czech Rep Czech Rep Year Útépítés - alépítmény 6

7 Mikor alkalmazható a meszes stabilizáció? Beépítésre - átalakítás nélkül - alkalmatlan kötött talajok előfordulása esetén a helyben maradó talaj alkalmazásával kialakított töltésalapozások, feltöltések és útpályaszerkezetek alaprétegeinek tervezése és kivitelezése esetén. Amennyiben az építési munkák során, többnyire azok megkezdésekor a vártnál nagyobb a feltárt talaj nedvesség tartalma, ami késlelteti a munkák megkezdését. A munkaterület elérése érdekében gazdaságosan megépíthető felvonulási utak tervezése és kivitelezése során. Útépítés - alépítmény 7

8 A talajban végbemenő változások CaO+H 2 O= Ca(OH) 2 Útépítés - alépítmény 8

9 A meszes stabilizáció során végbemenő kémiai reakciók. A kezeletlen agyagoknak a polimerekhez hasonló molekuláris struktúrája van, ami nagyfokú plaszticitással párosul. Ez a struktúra nagymennyiségű vizet képes magába zárni, negatívan befolyásolva az anyag tömöríthetőségét. Flocculation/Agglomeration Kezeletlen agyag szemcsék Flocculation/Agglomeration Agyag szemcsék a meszes kezelés után Útépítés - alépítmény A meszes kezelés hatására nem csak a kötött vízburok mérete változik meg, hanem az agyag szemcsék elrendeződése is. A párhuzamos elrendeződésű agyagszemcsék magas deformitási hajlamot eredményeznek, míg a fejvég elrendeződés, mely a mész hatására jön létre, a deformitási szilárdság növekedésével jár. 9

10 Talajstabilizálás mésszel - a folyamat A végbemenő folyamat: A mész és a talaj szilikát és aluminát részecskéi egymással reakcióba lépve cementes kötést hoznak létre. Ez a PUCCOLÁN REAKCIÓ, melynek során az agyagos talajok jól tömöríthető morzsalékos anyaggá válnak. CA (OH ) 2 Agyag szemcsék A puccolán reakcióból származó cementes anyag [C-S-H and C-A-H] Puccolán Reakció CA (OH ) 2 CA (OH ) 2 CA (OH ) 2 Kálcium hidroxid Útépítés - alépítmény 10

11 % STABILIZÁLÁS - talaj fajták A stabilizálás lehetősége a talaj szemszerkezetének függvényében HOMOK ISZAP AGYAG Mész + pernye/ kohósalak keverékével; hidraulikus kötőanyaggal stabilizálható Mésszel stabilizálható frakció 0 0,5 0,1 0,05 0,02 0,01 0,002 0,0002 Útépítés - alépítmény 11

12 STABILIZÁLÁS - a talaj víztartalma A mésszel való stabilizálás alapanyagai: Őrölt, égetett építési mész (CaO), Porrá oltott mész (Ca(OH) 2 ), Oltott mészpép. Őrölt, égetett mész (CaO), Porrá oltott mész (Ca(OH 2 ), Oltott mészpép w >> w opt w ~ w opt w < w opt Útépítés - alépítmény 12

13 Talajstabilizálás mésszel- plasztikus index Amennyiben a talaj plasztikus indexe I p 15%, a mésszel való kezelés jelentős teherbírás növekedéssel jár Ha ennél alacsonyabb, 8% I p < 15%, a várható teherbírás növekedés kisebb mértékű lesz. Minden egyéb esetben a meszes kezelés szárító hatásával lehet tervezni. Útépítés - alépítmény 13

14 Talajstabilizálás mésszel - szerves anyag tartalom Ha a talaj szerves anyag tartalma 5 % alatti, az eljárás alkalmazható, azonban 2 % és 5 % közötti szerves anyag tartalom esetén az adagolt mész mennyiségét meg kell növelni. 5 % feletti szerves anyag tartalom esetén az eredmények a szerves összetevők bomlása miatt középtávon visszaesnek, tehát a humusz leszedésére figyelmet kell fordítani. Útépítés - alépítmény 14

15 A STABILIZÁLÁS hatása V í Z T A R T A L O M % Égetett mészporral stabilizált kövér agyag MÉSZADAGOLÁS töm. % W l W p I p N Y O M Ó S Z I L Á R D S Á G 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Útépítés - alépítmény 0,0 N/mm MÉSZADAGOLÁS töm. % 28 nap 14 nap 7 nap 4 nap 2 nap 1 óra 15

16 Kövér agyag proctor-görbéi mész nélkül és 3 % égetett mész adagolással S Z Á R A Z 1,90 1,85 1,80 dmax=1,83g/cm 3 dmax=1,81g/cm 3 Mész nélkül T É R F 1,75 S 1,70 Ű R Ű 1,65 S É G 1,60 W opt =15,5% W opt =20,5% g/cm VíZTARTALOM % 3% égetett mésszel Útépítés - alépítmény 16

17 Tömörítési és teherbírási értékek változása Proctor 0% mész 2% mész 3%mész d,max wopt d,max wopt d,max wopt Kg/m 3 % Kg/m 3 % Kg/m 3 % CBR , , ,9 Áztatás előtt Áztatás után Áztatás előtt Áztatás után Áztatás előtt Áztatás után % % % % % % Útépítés - alépítmény 17

18 [N/mm 2 ] Tárcsás vizsgálatok eredményei E2modulus változása; Miskolc Bosch csarnok Teherbírási modulus E Őrölt égetett mésszel kevert talaj teherbírása Az altalaj teherbírása a stabilizálás előtt Vizsgálat sorszáma Útépítés - alépítmény 18

19 A kivitelezés időigénye- szállítási igény meghatározása A. Talajcsere: Kiemelt föld a depóniára: 0,4 m x m² x 1,9 to / m³ = to Új anyag: 0,4 m x m² x 2,0 to / m³ = to Összes anyagszállítás = to Összes szállítási igény ( 15 to/tgk.) = Tgk. B. Talajstabilizálás: Mész hozzáadagolás (kb. 5 %) 0,4 m x m² x 2,0 to / m³ x 0,05 = 400 to Összes szállítási igény ( 15 to/tgk.) = 27 Tgk. 97% -al kisebb szállítási igény Útépítés - alépítmény 19

20 A kivitelezés időigénye- átfutási idő összehasonlítása A. Talajcsere: Talaj kitermelése ( 2 db nagyteljesítményű kotró ) = 5 nap Talaj visszaterítése, tömörítése = 4 nap Összes átfutás = 9 nap B. Talajstabilizálás: Stabilizációs réteg építése komplett (5000 m²/nap) = 2 nap Összes átfutás = 2 nap 77% -al kisebb finanszírozási igény Útépítés - alépítmény 20

21 M0 délnyugati szakasz szélesítése, alépítmény

22 Bevágás építés törőfejes kotróval Útépítés - alépítmény 22

23 Törő és roppantó fejes kotró Útépítés - alépítmény 23

24 Lépcsős kialakítású bevágás fejtés Útépítés - alépítmény 24

25 Bevágás fejtés Útépítés - alépítmény 25

26 Talaj ill. kőzet viszonyok A szakaszok területén miocén korú, partszegélyi keletkezésű (félig sós) durva mészkő található. A kőzet keletkezéséből fakadóan változatos kifejlődésű, melyeket jól reprezentálnak a közbetelepült agyag, riolittufa rétegek is. A feltárásokból vett magminták erőteljesen eltérő tagoltságot mutattak. Az RQD érték, mely azt mutatja meg, hogy egy adott szakaszon belül hány százalék a 10 cm-nél nagyobb magminta nagy szórást mutatott, értéke között változott. A felső magminták erősen tagoltak, míg az alsók ép kőzetet tükröznek. Útépítés - alépítmény 26

27 A kőzetmechanikai vizsgálatokhoz a feltárt minták 13 eltérő kőzetváltozatba kerültek besorolásra. Ez is érzékelteti a nagyfokú heterogenitást. Az eredmények eltérő szilárdsági paramétereket mutattak, a nyomószilárdság és a rugalmassági modulus feltüntetésével Útépítés - alépítmény 27

28 Depónia képzés Útépítés - alépítmény 28

29 Depónia Útépítés - alépítmény 29

30 Töltés építés Útépítés - alépítmény 30

31 Töltésépítés Útépítés - alépítmény 31

32 Elrendezett terep és előkészített rézsű Útépítés - alépítmény 32

33 Talajtömörítés vibrohengerrel és gumihengerrel Útépítés - alépítmény 33

34 Lokális depóniák Útépítés - alépítmény 34

35 A fedőréteg terítése Útépítés - alépítmény 35

36 Ejtősúlyos talajvizsgáló berendezés Útépítés - alépítmény 36

37 Ejtősúlyos talajvizsgáló berendezés Mérési elve az, hogy egy ismert tömegű test adott, előre beállított magasságból történő leejtése során pontosan kiszámítható ütőmunkát fejt ki a szerkezet alsó, talajra merőlegesen feltámaszkodó ütköző felületére. A terhelés jellegét tekintve dinamikus. Erről az ütköző felületről adódik át a talajra a terhelés, amely hatására az benyomódik. A benyomódás pontos mértékét egy mérő regisztráló műszer segítségével tudják meghatározni, amely képes az adott terhelő erőhöz tartozó süllyedés (benyomódás) pontos megmérésére, valamint a mért adatok tárolására. Útépítés - alépítmény 37

38 Statikus terhelésmérés mérőórás benyomódás-mérővel Útépítés - alépítmény 38

39 Statikus terhelésmérés mérőórás benyomódás-mérővel Általában gépjárművek alváza alá állnak be vele, és a csavarorsó segítségével a járművet megemelik. A mérőóra a szerkezeten méri a terhelő tömeg által kifejtett nyomásértéket, amelyet megszorozva a feltámaszkodás felületének nagyságával adódik ki a terhelő erő értéke. A talajt terhelő erő értékének meghatározásakor figyelembe kell venni a szerkezet talajon felfekvő, valamint a terhelő tömeg felfekvési felületének arányát a számítások során. A berendezés statikus terhelés mérésére alkalmas. Útépítés - alépítmény 39

40 Talajminta vétele, és kiértékelése radiometriás méréssel Útépítés - alépítmény 40

41 Izotópos (radiometriás) mérés A szerkezetbe előzőleg a helyszínről vett tömörített talajmintát tesznek, ami megadja a mintavett talaj legfontosabb paramétereit, a nedvesség vagy víztartalmat, valamint a térfogatsűrűséget (ρ n, w tiz, T rρ %). Minden egyes helyszíni mérést laboratóriumi ellenőrző értékelés követ. Útépítés - alépítmény 41

42 A felső rétegek terítése és bedolgozása Útépítés - alépítmény 42

43 Tömörítőgépek alkalmazhatósága, talajtól függően, terítési vastagság és járatszám Útépítés - alépítmény 43

44 M-31-es autóút építése alépítményi munkái

45 Humuszolás, talajcsere A letermelendő humusz rétegvastagsága jellemzően 50 cm, A talajcseréket javasoltan T rp > 90% tömörségi fokig tömörített homokos kavicsból kell építeni, felső síkján mindkét esetben minimálisan E 2 > 30 MN/m 2 értéket kell elérni. A feltöltött területeken a megkívánt tömörség T rp > 85%, az előírt minimális teherbírás E 2 > 30 MN/m 2 Útépítés - alépítmény 45

46 A töltés felhordása, és tömörítése Útépítés - alépítmény 46

47 Pályaszerkezetek alatti minőségi követelmények Beton- és nagymodulusú aszfalt pályaszerkezet esetén ott, ahol az út bevágásban halad a fagyvédőréteg alatti 0.5 m vastag zónában 97%- os (-2% tűrés a mérések 20%-ban) tömörséget kell elérni, ezen zóna felszínén E 2 > 40 MN/m 2 teherbírást kell igazolni. Aszfaltburkolat és bevágás esetén a fagyvédőréteg alatt, a méretezett védőréteg vastagságból adódó tükörszinten 90%-os tömörség és E 2 > 40 MN/m 2 teherbírás igazolandó. Útépítés - alépítmény 47

48 Alépítményi minőségi követelmények Amennyiben az altalaj önmagában alkalmatlan ezen paraméterek előállítására, úgy a megkívánt tömörségi és teherbírási értékeket a réteg cementes, illetve meszes stabilizációjával kell előállítani és megtartani. A tervezett szakasz építésekor a meglévő töltésekhez a felső 0.2 m vastag fedőréteg eltávolítása után lépcsős fogazással lehet csatlakozni. A lépcsők maximális magassága 0.5 m legyen. Útépítés - alépítmény 48

49 Töltésalapozás - magas töltések Ahol az autópálya 12 m-t meghaladó magasságú töltésen vezet, a töltésláb szélessége, több mint 70 m. Itt az altalajra átadódó nagy terhelések következtében a töltés felhordása jelentős alakváltozásokat okozott, cm közötti süllyedés is kialakult. Előzetes számítások szerint a konszolidáció várható ideje 5-6 hónap lett volna. Ezeken a helyszíneken az építés ütemezésének függvényében felmerült a konszolidáció gyorsításának igénye. Az adott körülmények között kavicscölöp alkalmazása tűnt célszerűnek Útépítés - alépítmény 49

50 Az első pályaszerkezeti réteg felhordása Útépítés - alépítmény 50

51 Betonburkolat alatti minőségi követelmények A töltéstest koronaszintjén a pályaszerkezet építési kritérium minimálisan E2 > 80 MN/m 2 teherbírás. Amennyiben a földmű tükörszintjén az előírt teherbírás a felső 15 cm-es réteg konzerválása nélkül is biztosítható, akkor a CTh, illetve a CTt réteg elhagyható. A helyszínen stabilizált 15 cm-es réteg alternatívájaként alkalmazták a telepen kevert (CTt) változatot, ebben az esetben a réteg alatt megkövetelt teherbírás E2 > 60 MN/m 2 volt. Útépítés - alépítmény 51

52 A védőréteg A védőréteget a burkolati alapréteg alatt, a teljes koronaszélességben végig vezették. A védőréteg alsó síkja (tükör) oldalesése megegyezik a kopóréteg oldalesésével. A védőréteg felső 15 cm vastag stabilizált rétege a pályaszerkezettől számított 45 fokos teherátadási sáv szélétől mindkét oldalon cm-rel túlnyúlóan készült. A szélesítés az alapréteget beépítő gép közlekedéséhez kellett. Ezen a szakaszon kívül, oldalesése változó, de csak úgy, hogy az esetlegesen felületére jutó vizet nem vezeti az alapréteg alá. Útépítés - alépítmény 52

53 Bevágási alépítmények Bevágásoknál a pályaszerkezet alatti -50 cm-es tükör kiemelését követően tükörtömörítéssel T rp > 97% tömörség és E 2 > 40 MN/m 2 teherbírást értek el. Azokon a helyeken, ahol a bevágás tükrön agyag talajok jelentkeztek, a földmű felső 50 cm vastag részének építése előtt - elsősorban elválasztási céllal- geotextília került Útépítés - alépítmény 53

54 Védőréteg A védőréteg teherbírás javító, egyben fagyvédőrétegként szolgál. Védőréteg céljára fagyálló szemszerkezetű szemcsés talaj használható fel: legnagyobb száraz térfogatsűrűsége legalább 1800 kg/m3, egyenlőtlenségi mutató: U > 7, a 0,02 mm-nél kisebb szemcsék mennyisége legfeljebb 10 tömeg %, a 0,1 mm-nél kisebb szemcsék mennyisége legfeljebb 25 tömeg %, a legnagyobb szemcseátmérő a tömör rétegvastagság 1/2-énél kisebb legyen. a módosított Proctor vizsgálat (MSZ :1981) vagy a helyszíni próbatömörítés után a 0.1 mm-nél kisebb szemcsék tömegszázaléka nem haladhatja meg a vizsgálat vagy a próba előtti tömegszázalék 1.5-szeresét. Útépítés - alépítmény 54

55 A 10m t meghaladó bevágásokban osztópadkát kellett alkalmazni Útépítés - alépítmény 55