KÖZÚTI FORGALOM IGÉNYBEVÉTELÉNEK MODELLEZÉSE ÚJ, DINAMIKUS TÖMÖRSÉG- ÉS TEHERBÍRÁSMÉRÉSSEL

Átírás

1 KÖZÚTI FORGALOM IGÉNYBEVÉTELÉNEK MODELLEZÉSE ÚJ, DINAMIKUS TÖMÖRSÉG- ÉS TEHERBÍRÁSMÉRÉSSEL FÁY MIKLÓS KIRÁLY ÁKOS SUBERT ISTVÁN Egyre nyilvánvalóbb, hogy a közlekedés, városi pályaszerkezetre gyakorolt dinamikus hatása nem jellemezhető a hagyományos tömörség- és statikus teherbírás mérésekkel. Bizonyítottan jobb egyezést mutat a várható viselkedésre a 2005 évben megjelent ÚT ÚME szerinti mérési módszer, mely egy könnyű-ejtősúlyos mérőberendezés típus, a B&C új európai generációját képviseli. A városi közlekedés dinamikus igénybevételei különösen kritikusak a közműbontások miatti helyreállítások közismert problémái miatt, melyek a bizonytalanságot még tovább fokozzák. A Városmajor utca süllyedéseinek felülvizsgálata után a BFFH-ellenőrzésként elrendelte a dinamikus tömörségmérést. Az M7 autópályán tapasztalt tömörségmérési anomáliák szintén igazolták a dinamikus tömörség- és teherbírás mérés elkerülhetetlen szükségességét. - mellőzni kívánja az izotópos mérést, előírásaiban már nem szerepelteti. Ennek oka az egészségügyi vonatkozásokon túl rossz mérési megbízhatósága is. - A dinamikus tömörségmérés-módszer levezethető a Proctor-vizsgálat elméletéből, ezért a tömörségi fokra vonatkozó eddigi előírásokat változtatás nélkül lehet alkalmazni. - A dinamikus tömörségmérést a magyar mérnöki társadalom és mérési gyakorlat jól fogadta, ma már 17 (!) laboratórium rendelkezik ilyen berendezéssel és alkalmazására feljogosító KTI-ÁKMI vizsgával. A B&C berendezést a KTI kalibrációs laboratóriuma a terhelőerőn kívül három behajlási tartományban tételesen vizsgálja és hitelesíti. (3. ábra.) A Városmajor utcában a közműcserék utáni helyreállítások minősítő mérései többnyire a hagyományos ÚT szerinti izotópos méréssel történtek a csőzónában, töltéstestben és tükörszinten, kivéve az általunk végzett ÚT szerinti dinamikus tömörség- és teherbírás A Városmajor utca süllyedései A budapesti Városmajor utca igen szűkre szabott kivitelezési határidővel vállalt felújítása után bekövetkezett burkolat-süllyedések híre bejárta a hazai sajtót, de a gyors süllyedéseket senki nem tudta indokolni. Az izotópos tömörségmérések ugyanis mind megfelelő eredményeket mutattak, csak a visszatöltés tömörítetlen anyaga nem tudott erről és megsüllyedt. A helyreállításokon több szabványos mérési módszerrel mérték a tömörséget a laboratóriumok. Ilyen volt az ismert izotópos tömörségmérés, másrészt azonban az új dinamikus tömörségmérést is alkalmazta cégünk. Tekintettel a süllyedések miatt kialakult médiaviharra, megvártuk az események lecsillapodását, hogy reális képet alkothassunk az esetről. Elvégeztük saját ellenőrzésünket, melyet szakvélemény keretében újabb helyszíni szemlével és képekkel is dokumentáltunk. (1. és 2. ábra.) A réteges visszatöltést az ÚT szerinti B&C dinamikus tömörségmérő berendezéssel mértük, melynek előnyei röviden: - pontossága 1-2% mely lényegesen kedvezőbb, mint a hazánkban elterjedten alkalmazott izotópos tömörségmérés elképesztően rossz ±5-6%-os pontossága - nem a sűrűséget (azaz nem közvetetett értéket) mér, hanem egy tíz kilós súly 18 leejtése során létrejött alakváltozási görbéből, magából a tömörödési alakváltozásból számítja a dinamikus tömörségi fokot. Nyilvánvaló, hogy ha ilyen igénybevétel során nem jön létre a rétegen tömörödés, akkor a tömörítési munka megfelelő volt, ellenkező esetben pedig nem! - a mérési módszer környezetbarát, mert nem alkalmaz izotópforrást, mint a korábbi módszerek. Európa már 1. ábra. Városmajor u. Csaba u. sarok B&C mérés helye jobboldali útpálya üzlet előtt jegyzőkönyv_a_2005_ b szelvény 2. ábra. Városmajor u., Csaba u. után buszmegálló B&C mérés helye: jobb oldali útpálya, megálló előtt Jegyzőkönyv: A/2005/ b szelvény

2 ellenőrizték. Ott, ahol az ÚT Útügyi Műszaki Előírásban szabályozott új, dinamikus tömörség-mérési módszert alkalmazták, szakvéleményben rögzített utóvizsgálatok szerint bizonyítottan sem észleltek sem süllyedést, sem deformációt. M7 autópálya építésén szerzett tapasztalatok 3. ábra. Mérés B&C készülékkel méréseket. Sajnálatos tény, hogy ha a tömörödés mérése helyett az anyag sűrűségét, mint közvetítő értékét mérjük és ezt egy újabb hibát tartalmazó viszonyítási sűrűséghez hasonlítjuk százalékosan, akkor minden átalakítás a pontosság kárára történik. Eddig nem volt más mérési módszer, csak az izotópos tömörségmérés, melynek mérési hibája véletlenszerűen jelentkezik az eredményben és egyes elemzések szerint elérheti a ±6%-ot is, ami ma már tarthatatlan pontatlanság. Ez azonban azt is jelenti, hogy az izotópos tömörségmérés magában hordozza a pályaszerkezet meghibásodásának lehetőségét is, mert a rossz mérési pontosságnak a mérési eredményre tett hatása véletlenszerű, azaz a valójában Trg=95%-os tömörségi fokot éppúgy mérhetjük 101%-nak, mint 89%-nak (bármelyik laboratórium bármelyik műszerével). Az eltérés és az egyezés a valósággal tehát kizárólag a véletlen műve. Ezek felismerésével egyedül a megrendelő felelőssége az, hogy az izotópos mérési módszert a jövőben ne engedje használni. Ez éppúgy igaz az ÚT ÚME szerinti, mint az MSZ Földművek tömörségének meghatározása radioizotópos módszerrel c szerinti vizsgálatra is, melyben a mérési pontosságot nem sikerült növelni. A Városmajor utcában tapasztalt süllyedéseket a nem megfelelő tömörségű és teherbírású rétegek okozták. Ezeket a burkolás előtt izotópos tömörségméréssel A Zamárdi és Balatonszárszó közötti M7 autópályaszakasz a Völgyhíd Konzorcium (STRABAG-Hídépítő Zrt) kivitelezésében épül 15 km hosszúságban. A vállalkozói laboratórium feladatát a H-TPA Kft Autópálya Laboratóriuma, a mérnöki feladatokat a METROBER Kft látja el. A hagyományos útépítési teherbírási-tömörségi követelményeket jóval meghaladó (NA Zrt által kiadott 3.2/2004 ÉME előírásai) nehéz feladat elé állították Kivitelezőt. A földműtestre előírt tömörségi követelmény a tender szerint Trg>90%, a javított földműre és a védőrétegre a felső egy méterén Trg>97%, a híd-háttöltésekre (1m alatti rétegekre) egységesen Trg>95% volt. A Mérnöki feladatot a Metróber Kft látja el, ellenőrző laborként az MK Kht Veszprémi MVO munkatársai segítségével. Ezen a szakaszon 5 km hosszúságú bevágásból 2,5 millió m 3 kitermelhető a tervek szerint beépíthetőnek minősített - töltésanyagra lehetett számítani. Az előzetes geotechnikai szakvéleményt a BMGE Geotechnika Tanszékének tapasztalt munkatársai készítették. Azokból a bevágásokból, ahonnan jelentősebb mennyiségű anyagot lehetett kitermelni, további vizsgálatokat végzett a H-TPA Kft. Autópálya Laboratóriuma. Ezek a vizsgálatok jól feltárták a földmű építésére tervezett homoklisztes iszapos homok, lösztalaj változatosságát. Az ÚT hatályos földmunka-szabvány szerint ez jó földműanyagnak minősül, de ugyanakkor már az előzetes talajmechanikai szakvélemény is jelezte, hogy ilyen anyagnál a tapasztalatok szerint a tömörség minősítési problémáival kell számolni. Az autópálya építésekor a Völgyhíd Konzorcium - Mérnök általános próba-beépítési szabályozása szerint és irányítása mellett - minden bevágási anyagból próbatömörítést tartott. Ezek lehetőséget adtak jó néhány összehasonlításra, például a két különböző tömörségvizsgálati mód között. Nagyban emeli az összefüggések megbízhatóságának értékét, hogy a próbabeépítéseken igen nagy számú mérés történt és ezek átlagait hasonlították össze. A Zamárdi Balatonszárszó szakaszon 23 próbabeépítésen 3-3 mérési szelvényben, szelvényenként 3-3 ponton végezték a több száz mérést. Egy-egy ponton a teherbírást a következő mérési módszerekkel határoztuk meg: - a statikus teherbírás E 1, E 2 és T t jellemzőit p=0,3 MPa végterheléssel, - a dinamikus teherbírás E d, E dvég és T td =E d /E dvég jellemzőit p=0,35 MPa tárcsa alatti terheléssel, kistárcsás B&C mérőberendezéssel - a tömörségi fokot a száraz sűrűség meghatározásával és Proctor-vizsgálattal meghatározott optimumhoz való viszonyítással, - a nedvességtartalmat Trident T-90 dielektromos állandóval mérő helyszíni méréssel, laboratóriumi viszszaszárítással, valamint az izotópos mérőműszerrel mértük. - a száraz sűrűséget homokkitöltéses, kiszúróhengeres és izotópos tömörségméréssel is meghatároztuk. A 23 próbabeépítésre meghatározott 9-9 mérési

3 I. táblázat Próba-beépítések izotópos és dinamikus tömörségvizsgálati eredményei Az izotópos tömörségmérés H-TPA labor Andreas és dinamikus tömörségmérés eredményei Izotópos B&C B&C N o Réteg helye Anyaga Trρ% TrEiz% Trd % TrE% Trd % TrE% 1 Altalaj iszapos homok 87,5 97,6 85,0 94,0 98,0 99,0 2 Töltésalap Homokoskavics THK 0/32 92,3 95,2 88,8 90,8 90,0 92,2 7 Altalaj iszapos homok 100,4 102,1 96,3 98,2 96,8 98,2 8 Altalaj iszapos homok 94,5 95,9 95,7 97,2 95,7 97,2 9 Töltés iszapos homokliszt 94,5 95,3 97,8 99,0 97,2 98,0 10 Védőréteg hajmáskéri M50 90,5 92,5 91,0 92,7 90,3 92,4 11 Védőréteg hajmáskéri M50 + tömörítés 92,7 96,9 94,3 98,1 92,5 96,7 12 Védőréteg hajmáskéri M50 92,0 92,6 96,5 96,9 95,1 95,9 13 Védőréteg hajmáskéri M50 93,0 102,2 87,0 96,0 93,8 97,4 14 Védőréteg hajmáskéri M50 újramérés 92,0 92,6 95,5 96,1 96,5 97,1 15 Védőréteg hajmáskéri M50 + tömörítés 96,2 98,6 94,5 96,9 95,0 97,4 16 Védőréteg hajmáskéri M50 96,0 96,0 94,0 94,0 17 Védőréteg hajmáskéri M50 + tömörítés 96,3 96,7 96,2 96,7 18 Védőréteg hajmáskéri M50 95,0 96,0 95,0 96,7 19 Védőréteg hajmáskéri M50 + tömörítés 97,2 99,2 95,7 97,5 20 Védőréteg Hajmáskéri 0/50+talaj keverék 98,0 102,3 93,0 97,2 93,1 97,2 21 Védőréteg Hajmáskéri 0/50+talaj keverék 98,5 101,4 95,2 97,7 95,1 97,9 22 Töltéstest bevágási anyag 91,8 92,7 97,1 98,1 23 Töltéstest bevágási anyag 92,8 93,4 96,7 97,5 96,0 97,0 Tömörségi fok átlag 94,3 96,8 94,0 96,4 94,7 96,7 Szórás 3,1 3,4 3,5 2,1 2,4 2,0 Minimum 87,5 92,5 85,0 90,8 90,0 92,2 Maximum 100,4 102,3 97,8 99,0 98,0 99,0 Minta db eredményből (méréstípusonként) a jellemző átlagot, szórást. Ezeket összehasonlítva, kellő megbízhatóságúnak tartjuk a levont következtetéseket. Az izotópos és a dinamikus tömörségmérések általában jó összefüggést mutattak. Ezen információk a későbbiekben nagyon hasznosnak bizonyultak. Az I. táblázat ezen eredményekből ismerteti az izotópos (ÚT ) és dinamikus tömörség mérési (ÚT ) eredménypárokat. Négy próbatömörítést a Proctor viszonyítási sűrűség meghatározásánál tapasztalt anyagleaprózódás miatt ebből az értékelésből kihagytunk. Tömörségi anomália függősége az alkalmazott mérési módszertől A tömörségi anomália olyan jelenség, melyről eddig nem szívesen beszélt a szakma. Egyes anyagoknál és szemeloszlásnál a minta Proctor-vizsgálata során bekövetkezett aprózódása oly mértékben kihat a szemeloszlásra, 4. ábra.helyszíni mérések

4 hogy annak tömöríthetősége is megváltozik. A baj az, hogy a jellemzett talajban a szemcsék letörése ugyanakkor nem következik be (a hengerek hatása nem ugyanaz, mint a Proctor tömörítő kalapácsé), ezért annak maximális sűrűsége jelentősen eltérő lesz. A következő ISSMGE világkonferencia Kairóban éppen ezt a fontos témakört tűzte napirendjére, ez nem lehet véletlen. Az ilyen problémák ugyanis súlyosan lerontják a viszonyítási sűrűséget alkalmazó minősítési módszerek megbízhatóságát. Ezért különösen fontos hangsúlyozni, hogy a B&C dinamikus könnyűejtősúlyos berendezés nem használja a viszonyítási sűrűséget, hanem újszerű módon, a tömörödési görbe alakjából számítja a relatív tömörségi fokot, majd a víztartalmat is figyelembevéve, a dinamikus tömörségi fokot. A H-TPA összes mérési módszerre felszerelt vizsgáló laboratóriumán kívül mért az ellenőrző labor ÁKMI Veszprémi Minőségellenőrzési Osztálya is, a Mélyépítő Laboratórium homokszórásos méréssel, továbbá az Andreas Kft laboratóriuma a B&C dinamikus tömörségmérővel. (4. ábra.) Iszapos homokliszt 2 1,95 1,9 1,85 1,8 ρd max 1,75 1,7 1,65 y = -0,002x 2 + 0,0439x + 1,6086 R 2 = 0,5257 Vizsgálati módszerek előzetes elemzése Ahhoz, hogy következtetéseink megbízhatóságát növeljük, áttekintettük azt is, hogy az egyes mérések, műszerek milyen hibákkal lehetnek még terheltek. Megvizsgáltuk, hogy az izotópos műszerek mérései egymással összevethetőek-e. Ennek eredményeként két gyártótól három műszert alkalmaztunk. % mérésiρa műszerek - bár jelentős szórással - de mind egyforma átlagú Tr eredményeket adtak, amikor ugyanazt a viszonyítási sűrűséget alkalmaztuk. A műszereket a mérések során egymástól mindig gondosan megválasztott távolságban helyeztük el, hogy kiküszöböljük azok egymásra gyakorolt sugárzó hatását és az ebből eredő esetleges mérési hibát. A dinamikus könnyűejtősúlyos méréseket is több műszerrel ellenőriztük, mind a H-TPA, mind a Magyar Közút Kht, mind az AndreaS Kft. mérései egymással igen szoros egyezőséget mutattak. Kiszúróhengerrel, mind a jövesztés helyén, mind a próbatömörítés helyén végzett vizsgálatoknál a más módszerrel meghatározott száraz sűrűségekhez közelálló értékek adódnak. Ezek vezettek többek közt a viszonyítási sűrűség esetleges hibájának, ezen belül pedig a Proctor-vizsgálat közelebbi és gondosabb elemzésének szükségességéhez. Homokszórásos módszerrel is végeztünk sűrűségvizsgálatokat, melyek a kiszúróhengerrel mért értékeket jól alátámasztották. A Proctor viszonyítási sűrűség változékonysága, a leaprózódás ellenőrzése Az MSZ-EN szerinti (módosított Proctorvizsgálattól eltérő) új tömöríthetőségi módszereket nem tudtunk kipróbálni, mivel ezekre még a magyar laboratóriumok sem szerelkeztek fel. Emiatt csak a módosított Proctor-féle vizsgálatot alkalmaztuk a viszonyítási sűrűség meghatározásához. Vizsgálódásunk szakaszában már kizárhattuk, hogy meghibásodott volna bármelyik műszer, vagy hogy a víztartalom mérések befolyásolták volna 1,6 1,55 1, összes ÁKMI w% HTPA INNOTESZT SZMF ML-CBR Polinom. (összes) 5. ábra. Egy mintavételből származó Proctor-pontok halmaza oly mértékben a kapott tömörségeket, hogy ez magyarázat legyen a tapasztalt nagymértékű különbségekre. (5. ábra.) Magyarázatot találtunk arra, hogy miért különbözhet igen jelentős mértékben a Proctor-viszonyítási sűrűség, ρ d (g/cm 3 ) 1,98 1,96 1,94 1,92 1,90 1,88 1,86 1,84 1,82 1, w% 1x döngölés 2x döngölés 3x döngölés 4x döngölés 5x döngölés val.eredeti 6. ábra. Proctor-minta többszöri tömörítésre során bekövetkezett aprózódás

5 mely a tömörségi fok pontosságát is alapvetően befolyásolja. A talajminta leaprózódását ugyanazon a mintán egymás után öt Proctor vizsgálat elvégzésével igazoltuk. A vizsgálat eredményét a 6. ábrán mutatjuk be. A tömöríthetőségi vizsgálatot egymás után elvégezve a száraz sűrűségek és a dρ max értékének folyamatos és jelentős emelkedését tapasztaltuk három különböző víztartalomnál, ötször egymás után elvégezve a tömörítést. A Proctor-görbék közötti növekményt átlagolva, bejelöltük a tömöríthetőségi vizsgálat aprózódás nélküli, vélhető eredeti értékeit és alakját (lásd szaggatott vonal). E szerint a tömöríthetőségi vizsgálat bizonyos szemeloszlási feltételek fennállása esetén a minta tömörödési viselkedését jelentősen megváltoztathatja, egyre magasabb értékek felé tolódik a viszonyítási sűrűség. Ezt egyes lösztalajokra jellemzőnek találtuk. Tanulságok és ajánlatok A dinamikus tömörség- és teherbírás mérés mint új módszer jól kimutatja a pályaszerkezet dinamikus hatásokra való viselkedését. A hagyományos mérésekkel összehasonlítva nemcsak kiváló alkalmazhatóságát igazoltuk, hanem olyan anomáliákra is fényt derült, melyek nem lettek volna felismerhetők, ha az új mérést nem alkalmazzuk. A Városmajor utcában a dinamikus módszerrel mért helyeken nem történt süllyedés, míg a többi helyen igen. A BFFH ezért elrendelte a mérés alkalmazását valamennyi lebonyolító számára. Az M-7 autópálya szakaszon 2,5 millió m 3 töltésanyagot kellett volna alkalmatlannak minősíteni a hagyományos mérések hibái és a Proctor-vizsgálat szemcséket letörő hajlama miatt. Végül is egy valótlan problémának a gazdasági kihatásai komolyan veszélyeztették mind a projekt költségét, mind a megvalósulás határidejét. Az NA Zrt elfogadta a dinamikus mérési mód alkalmazását. A problémák megoldása tanulságos továbbá abban a tekintetben is, hogy az izotópos tömörségméréssel mért alacsony tömörségi értékek esetén mindig fel kell vetni a viszonyítási sűrűség esetleges hibájának vizsgálatát, feltételezni kell annak hibáját. A radiometriás tömörségmérési eredményeket ellenőrizni lehet a tárcsás teherbírások tömörségi tényezőjével, vagy egyszerűbben egy új módszer, a B&C dinamikus tömörség- és teherbírásmérés alkalmazásával, mely alkalmas pernye, salak, vagy bármilyen anyag tömörségének szabatos meghatározására, melynek beépítése nemzetgazdasági szempontból igen fontos, de ugyanakkor hagyományos tömörségméréssel ezeket megbízhatóan minősíteni nem lehetséges. Az ÚT ÚME szerinti dinamikus tömörség- és teherbírás mérés nagy mintaszámban bizonyította alkalmazhatóságát, pontosságát. Nincs ma más olyan mérési módszer, mellyel a közmű-helyreállítások, töltések valós tömörségére a viszonyítási sűrűség alkalmazásától függetlenül, kellően megbízható következtetést lehetne tenni. IRODALOMJEGYZÉK (1) MSZ Földművek tömörségének meghatározása radioizotópos módszerrel (2) MSZ EN Kötőanyag nélküli és hidraulikus kötőanyagú keverékek 2. Vizsgálati módszerek a laboratóriumi viszonyítási térfogatsűrűség és víztartalom meghatározására. Proctor-tömörítés. (3) MSZ EN Kötőanyag nélküli és hidraulikus kötőanyagú keverékek 3. A laboratóriumi viszonyítási térfogatsűrűség és víztartalom vizsgálati módszerei. Vibrosajtolás szabályozott paraméterekkel. (4) MSZ EN Kötőanyag nélküli és hidraulikus kötőanyagú keverékek 4. A laboratóriumi viszonyítási térfogatsűrűség és víztartalom vizsgálati módszerei. Vibrokalapács. (5) MSZ EN Kötőanyag nélküli és hidraulikus kötőanyagú keverékek 3. A laboratóriumi viszonyítási térfogatsűrűség és víztartalom vizsgálati módszerei. Vibroasztal. (6) ÚT Radiometriás tömörségmérés. Földművek, kötőanyag nélküli alaprétegek, hidraulikus kötésű útalapok térfogatsűrűségének és víztartalmának meghatározása (7) ÚT Dinamikus tömörség és teherbírás mérés kistárcsás könnyűejtősúlyos berendezéssel (8) METRÓBER: ER-TRG01 Ellenőrzési rendszer próbatömörítések végrehajtására és értékelésére az M7 Zamárdi Balatonszárszó szakszán. Mérnöki Eljárási Utasítás. p.:10 Tf.: (9) METRÓBER Dinamikus és izotópos tömörségmérés összehasonlítása próba-tömörítéssel az ER-TRG01 szerint 2005 M7 Zamárdi Balatonszárszó autópálya szakasz. p.:23 Tf.: (10) A 3.1/2004 ÉME szerinti földmű tömörségi előírások értékelése és módosítási javaslat Metróber Kft p.:11. Tf.: (11) SUBERT: Dinamikus tömörségmérés aktuális kérdései. A dinamikus tömörség mérés újabb tapasztalatai. Geotechnika Konferencia 2005 Ráckeve október (12) SUBERT: Method for Measuring Compactness-rate with New Dynamic Light Falling Weight Deflectometer. Geotechnic Conference (V4) 2005 (13) SUBERT I.: A dinamikus tömörség- és teherbírásmérés újabb paraméterei és a modulusok átszámíthatósági kérdései. Mélyépítéstudományi Szemle 55. évf. 2005/1 p.:28-32 (14) Tömörség- és teherbírásmérés könnyűejtősúlyos berendezéssel. K+F Jelentés MixControll Kft Témaszám ÁKMI Kht /2002 Tf.: (15) Tanulmány Budapest, XII. kerület Városmajor utcai burkolat megsüllyedések okairól Andreas Kft 2005/SPS/ p.:12 f:8. Tf.: (16) SUBERT: Method for measuring Compactness-rate with New Dynamic LFWD. XIII. Danube-Europeon Conferance on Geotechnical Engineering Ljubljana, Slovenia, 2006 (17) ALMÁSSY K. SUBERT I.: Dinamikus teherbírási és tömörségmérések az M7-esen Springer kiadó. Mélyépítés 2006 április-július p.:10-13, t.:7, R.:20