Geotechnikai feltárások, mintavételek és eszközök

Átírás

1 Geotechnikai feltárások, mintavételek és eszközök Dr. Horváth Tibor GEOVIL Kft. Canterbury Engineering Association (UK) December 02. GEOVIL KFT. GEOVIL Kft. GEOTECHNIKAI IRODA 2000 Szentendre, Pf

2 Geotechnikai célú fúrások, mintavételezések A fúráshoz szükséges: - feltárási terv, hely, mintavételi terv - geotechnikai fúrógép - mintavevő szerszámzat - szakember, min. technikusi végzettséggel és geotechnikai ismeretekkel Mintavételezés hely szerint lehet mintát venni: - kutatógödörből - aknából ( 5 m-nél mélyebb) - táróból, vágatból ( pl. alagútépítés ) - fúrásból szondázásból (pl.spt)

3 Geotechnikai feltárási - vizsgálati mélységek

4 A Geotechnikai feltárások célja (MSZ ISO ): 1. olyan minőségű talaj- és kőzetminták vétele, vízminták vétele,amelyek vizsgálata megítélhető a terület geotechnikai alkalmassága a tervezett létesítmény megépítésére és amelyek lehetővé teszik a tervezéshez szükséges tervezési paraméterek (talaj- és kőzetfizikai, hidrogeológiai) jellemzők laboratóriumi meghatározását; 2. a mérnökgeológiai modell alkotáshoz, információszerzés az egyes rétegek, tagoltsági rendszerek és vetők szerkezetéről, vastagságáról és irányáról, hidrogeológiai modell alkotásához; 3. a rétegek típusának, összetételének ( pl. ásványi) és állapotának megállapítása; 4. információszerzés a talajvízviszonyokról, vízmintavétel a talajvíz, talaj, kőzet és szerkezeti anyagok közötti kölcsönhatás megítéléséhez;

5 Fúrási módok

6 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

7 Fúrógép sekély mélységű (10-15 m) spirálfúráshoz nyomatékigény: Nm

8 Fúrógép közepes mélységű fúráshoz (50 m), Hollow Stem Auger fúrógép, száraz szakaszos mintavételhez nyomatékigény: Nm

9 Rotary Wire Line magfúráshoz (500 m) fúrógép, nyomaték Nm

10 Munkaképek

11 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 * magfúrás - 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

12 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

13 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

14 Minták minőségi osztályai és a mintavételi kategóriák MSZ EN Laboratóriumi vizsgálat céljára vett talajminták minőségi osztályai Mintavételi kategóriák A B C - 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

15 Mintavételi fúrásmódok, eszközök

16 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

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

18 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

19 Egyfalú mintavevővel szembeni követelmény Területi arányszám, kiszorított talaj terület aránya a minta területéhez, a minta zavartsága utal, legyen nagyobb 15 %-nál C o D2 D D 100 Belső bővülési arány, a falsúrlódás, mintavonszolás, legyen nagyobb, ne legyen nagyobb mint 0,5 % 4 4 C i D3 D1 D Külső bővülési arány D2 D C o D Vágóél kúpszöge max. 5 fok

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

21 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

22 Wire Line triplafalú magcső, alkalmazhatóság korlátlan 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 Liner és magkivétel Geobor S

24

25 Wire Line fúrókoronák

26 Geotechnikai szondázások eszközök Dr. Horváth Tibor GEOVIL Kft. Canterbury Enginnering Association (UK) november 26. GEOVIL KFT. GEOVIL Kft. GEOTECHNIKAI IRODA 2000 Szentendre, Pf

27 Geotechnikai szondázások Dinamikus szondázás SPT ( Standard Penetrometer Test) Statikus szondázás CPTU (Cone Penetrometer Test) Presszióméterek Dilatomérer Nyírószondázás

28 Szondázási eljárások

29 Dinamikus szondázások

30 Dinamikus szondázás szondacsúcs és szondázó berendezés

31 Dinamikus szonda eredmények, felhasználásuk A szondázási eredményekből jól meghatározható: - talajrétegződés - szemcsés talajok relatív tömörsége A szondázás jól alkalmazható: homokban A szondázás közepes megbízhatósággal alkalmazható: - kavics - iszap - agyag - tőzeg rétegekben Lunne T., Robertson P.K., Powell, J.J.M Cone penetration testing in geotechnical practice

32

33 Dinamikus szonda alapján belső súrlódási szög becslése

34 Dinamikus szonda alapján összenyomódási modulus becslése

35 SPT - szondázás Standard Penetrometer Test

36 SPT szondateszt készítése

37 SPT szondázás és eszközei Az SPT vizsgálatot eredetileg kohézió nélküli talajok vizsgálatára fejlesztették ki, - 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.

38 SPT talajvizsgálat, példa a feldolgozásra

39

40 CPTU statikus szondázás

41 CPTU, statikus szondázás

42 CPTU Statikus szondázási adatok

43

44 CPTU szondázási eredmények felhasználása

45 Talajazonosítás CPTU alapján

46 CPTU szondázásból származtatható mechanikai jellemzők

47

48 Megbízhatóan meghatározható a: talajtípus, talajrétegződés, pórusvíznyomás, cölöpteherbírás; Közepes megbízhatóság galszámítható az: (ideálisan) szemcsés talajok belső súrlódási szöge, kötött talajok drénezetlen nyírószilárdsága, a talajok (relatív) tömörsége, összenyomódási modulus, konszolidációs együttható, áteresztőképességi együttható, előterheltség (OCR) mértéke, cölöpsüllyedés e T., Robertson P.K., Powell, J.J.M A szondázás jól alkalmazható: homokban iszapban agyagban tőzegben A szondázás nem alkalmazható: kavicsban

49 CPTU szondázás célja- előnye - hátránya Célja : - talajréteződés és talaj fajta ( kötött- kötetlen )meghatározása - talajfizikai paraméterek meghatározása ( F, C, rug. modulus ) - geotechnikai tervezési paraméterek megadása ( in situ víztartalom, pórusvíznyomás, nyírási modulus és nyíró szilárdság, konszolidációs tényező, disszipációs test) Előnye : - 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 Hátránya:???

50 Presszióméterek Ménard típusú presszióméter, PBP Önbefúró, Self Boring Presszióméter, SBP Lapdilatométer PIP

51 Menárd Presszióméter Test

52 Presszióméteres mérés jelleggörbe

53 Menárd presszóméter- szonda

54 Presszióméter beépítése

55 Digitális Ménárd presszióméter

56 Presszióméter vezérlő egység

57 Presszióméter mérőszonda

58 Menárd presszióméter munkahelyen

59 Menárd presszióméter mérési eredmények

60 Menárd presszióméter felhasználási területei

61 Önbefúró presszióméter Self Boring Pressiometer

62 Önbefúró pressióméter ( Self Boring Pressiometer, SBP )

63 GEOVIL KFT. Önbefúró presszióméter, SBP

64 Self Boring Pressziometer beépítés (Bp. 4,metróvonal, Kelenföld állomás )

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

66 Önbefúró presszióméter (SBP) mérési görbe KE-F1 Test Metres KE-F3 Test metres Teljes nyomás a furatfalon (kpa) ,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

67 Önbefúró presszióméteres talajvizsgálat Self Boring Pressuremeter

68 Súrlódási szög max. és nyírószilárdság értékei vs. mélység

69 Insitu vízszintes feszültség és normalizált Young féle modulus

70 K 0 és túlkonszolidáltság OCR

71 Drénezetlen nyírószilárdság és törési feszültség a mélység függvényében

72 Nyírószondázás Shear Vane Test

73 Nyíró szondázás eszköze

74

75 Geonor Nyírószonda mérés közben

76 Nyírószondázási diagram F1 nyírószilárdság vizsgálat nyírószilárdság 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0, fok ,3 m 2,6 m 3,6 m 4,5 m 5,5 m 6,6 m 7,6 m 8,6 m 9,6 m 10, 6 11,6 m 12,6 m

77 Terepi nyírószondázás felhasználhatósága

78 Dilatométer

79 Lapdilatométer eszközei

80 Lapdilatométeres szondázás, PIP

81 Lapdilatométer mérési eredmények

82 Lapdilatométer felhasználási terület

83 GEOFIZIKAI MÉRÉSEK Cross hole Down hole

84 Downhole mérések elvi vázlata 0.00 m é lysé g [m ] Vs Vp s e b e s s é g [ m / s ]

85 16.00 Crosshole mérés elvi vázlata Regisztráló se b e ss é g [m /s ] Jelmagyarázat 4.00 Vp [m/s] Vs [m/s] lyukbéli szeizmikus forrás sugárút lyukbéli vevőszondák 2. réteg m é lysé g [m ]

86 A szeizmikus mérésekkel meghatározható dinamikus paraméterek

87 Altalaj típus A B C D E S 1 S 2 EUROCODE 8 talajosztályozási rendszere Leírás V s,30 (m/s) N SPT (ütés/30cm) c u (kpa) (undrained shear strength) Olyan kőzet, vagy egyéb képződmény, amelynek legfeljebb 5 m vastagságú lazább fedője van. > 800 Olyan nagy tömörségű homokból, kavicsból vagy erősen konszolidált agyagból álló szilárd üledék, amely néhányszor 10 m vastag, a mélységgel fokozatosan egyre kedvezőbb mechanikai paraméterekkel jellemezhető. Vastag, tömör, közepesen tömör homokból, kavicsból, vagy közepesen szilárd agyagból álló üledék, amelynek vastagsága néhányszor 10 m-től több száz méterig terjedhet. Közepes és laza állapotú kohéziómentes anyagból álló (esetleg néhány gyengén kohéziós réteget tartalmazó) üledék, vagy döntően lágy, illetve közepesen szilárd kohéziós talajokból álló üledékek. Olyan rétegsor, amely 5-20 m közötti vastagságú C vagy D típusba tartozóhoz hasonló V s sebességgel jellemezhető fedőből és az A kategóriába tartozó feküből áll Nagy plaszticitású (PI>40), legalább 10 m vastag réteget tartalmazó, vagy teljesen abból álló nagy víztartalmú üledék Folyásra hajlamos talajok, agyagok, és bármely a fentiekbe nem sorolható egyéb rétegsor < < 100 _ 10-20

88 Köszönöm a figyelmüket. GEOTECHNIKAI IRODA 2000 Szentendre, Pf geovil@geovil.hu Irodalom : 1. Burt Look: Handbook of Geotechnical Investigation, Taylor & Francis, G. Sanglerat : The Penetrometer and soil Exploration, Elsevier, Institute of Civil Enginner of London : Advances in Site Investigation Practice, March, 1995, London Uk ISSFE: Report of the sub-comittee on the penetratio tast use in Europe 5. B.G. Clarke : Pressiometers in Geotechnical Design, Blackie Academik&Professional..