építőanyag: földgát, utak alépítménye (földmű); teherviselő szerkezet: építményeknél.

Átírás

1 TALAJMECHANIKA TALAJOK FIZIKAI TULAJDONSÁGAI A talajmechanika fogalma és tárgya A magas- és mélyépítési létesítmények, - épületek, közlekedési pályák stb. - önsúlyukat és rájuk jutó terheiket az altalajnak adják át. Ezek állékonysága főként attól függ, hogy sikerül-e az építmény és az altalaj közötti kapcsolatot helyesen létrehozni, agyis sikerül-e a szerkezeteket helyesen alapozni. A talajmechanika sajátos szemi empirikus tudomány. A alós helyzet leegyszerűsítéséel, laboratóriumi kísérletekkel, helyszíni megfigyelésekkel azt tudja megmagyarázni, hogy az épület mitől dőlt össze, de azt nem tudja megmondani, hogy mitől áll. A talajmechanika foglalkozik a talajjal mint építőanyag: földgát, utak alépítménye (földmű); teheriselő szerkezet: építményeknél. A mérnöki gyakorlatban felmerülő kérdéseket az alábbiak szerint csoportosíthatjuk: Útépítések talajmechanikája: tömörítés, teherbírás; Földmű építés és tömörítés: rézsűállékonyság; Földnyomások meghatározása: műtárgyaknál; Gátakkal kapcsolatos állékonysági és sziárgási kérdések; Alapozások: a talaj megengedett feszültségének és a árható süllyedés meghatározása. Talajmechanikai kutatások történeti áttekintése: A talajmechanikai kutatások megindulását 1776-tól a Charles Augustin Coulomb ( ) által publikált földnyomás-elmélet megfogalmazásától lehet számítani; Christian Otto Mohr ( ) az anyagok szilárdságáal foglalkozott. A síkbeli feszültségi állapot szemléltetésére grafikus módszert jaasolt (Mohr kör); A modern talajmechanika megindulásában nagy szerepet játszott a Séd Államasutak Geo-technikai Bizottsága (elnöke: Wolmar Fellenius ( ); A talaj tényleges tulajdonságait figyelembe eő kutatásokat Karl Terzaghi professzor ( ) alapozta meg; A hazai talajmechanikai kutatásokat Jáky József ( ), majd Kézdi Árpád ( ) professzorok tették ilághírűé. Talajfizikai jellemzők és csoportosításuk A talaj a földkéreg felső, mállás útján létrejött iszonylag ékony rétege. A talaj keletkezése során nem jön létre a szilárd alkotók homogén rendszere, hanem háromfázisú diszperz rendszer keletkezik, amelyben a szilárd rész mellett megjelenik az ezeket körüleő és a hézagokat kitöltő íz és a leegő is. A háromfázisú rendszerben fellépő fizikai- kémiai erők, ízben keletkező feszültségek kombinációinak nagy száma miatt a talaj nem jellemezhető egyetlen fizikai jellemzőel. Ahhoz, hogy a talaj különböző hatásokkal szemben tanúsított iselkedését meghatározhassuk, a talajfizikai

2 jellemzők sorozatát kell figyelembe enni. Ezen jellemzők alapján köetkeztethetünk a talajok tulajdonságaira, határozhatunk meg alapeleket a terezésekhez és a méretezésekhez. A talajfizikai jellemzők: a talaj összetételét; állapotát: kemény, puha, laza, tömör; külső hatásokkal szemben mutatott tulajdonságát fejezik ki számszerűen. A talajfizikai jellemzők csoportosítása Állandó jellemzők: szemcsenagyság, testsűrűség, ásányi összetétel, szeres anyag tartalom, konzisztencia határok, plasztikus index; Állapotra onatkozó jellemzők: konzisztencia index, tömörség, íztartalom, hézagtérfogat, telítettség; Hidraulikai jellemzők: áteresztőképesség, kapilláris ízemelés; Alakáltozási jellemzők: összenyomódási modulus, duzzadás, zsugorodás, konszolidáció, roskadás; Nyírószilárdság: amellyel a talaj teherbírása jellemezhető. A talaj alkotórészeinek értelmezése és jellemzésük A talaj mint három fázisú diszperz rendszer szilárd, folyékony és légnemű anyagok különböző arányú keeréke: szilárd fázis: 105C-on súlyállandóságig kiszárított talajrész, folyékony fázis: 105C-os szárítás közben a talajból eltáozó rész, légnemű fázis: a teljes térfogatra kiegészítő rész. A szilárd rész jellemzése A testsűrűség a szilárd rész egyik talajfizikai jellemzője. Testsűrűség alatt a hézagmentes tömeg térfogategységnyi mennyiségét értjük: s m V d s ahol: s : testsűrűség (kg/m 3 ), m d : súlyállandóságig szárított talaj tömege (kg), V s : 105 C-on súlyállandóságig szárított talaj hézagmentes térfogata (m 3 ). A hézagmentes térfogatot piknométerrel lehet meghatározni. A talajok testsűrűségét az ásányi összetétel határozza meg. A talajok átlagos testsűrűsége 2,65-2,80 t/m 3 között an. 2

3 A folyékony rész jellemzése A talaj íztartalma a talajban léő íz mennyiségére jellemző iszonyszám, amely kifejezi, hogy a 105C-on történő szárítással eltáolítható ízmennyiség a kiszárított talajtömeg hány százaléka. ahol: w : talaj íztartalma (%), w% m n : talaj nedes tömege (kg), 100 m d : 105 C-on kiszárított talaj tömege (kg). Talajalkotók aránya A szilárd, folyékony és légnemű részek arányainak áltozása a talaj állapotának áltozását onja maga után, amely kihat a talaj építési sajátosságaira. A fázisok jellemzése az egységnyi térfogatú talajrészben jelenléő szilárd (s), folyékony () és légnemű (l) anyag térfogatarányáal történhet. m n m m d d A talaj fázisos összetétele Talaj fázisos összetétele V Vs V Vl /:V 1 V s V V V Vl V 1 s l ( 100 % s% % l% ) A szilárd rész mennyisége: Vs s ; de miel: V V s md s md s V s A folyékony rész mennyisége: V V, de miel: V 3 m m n m d

4 m n V m d A leegő mennyisége: l 1 ( s ) ahol: m d : m n : száraz talajminta tömege (kg), természetes állapotú nedes talajminta tömege (kg), s : szilárd rész testsűrűsége (kg/m 3 ), : folyékony rész (íz) testsűrűsége (kg/m 3 ), V : talajminta térfogata (m 3 ), V s ; V ; V l : egyes fázisok térfogata (m 3 ), Háromszögdiagram A fázisarányok ábrázolására a háromszög-diagram a legalkalmasabb. Ha az egyenlő oldalú háromszögben az oldalakat 0-100% beosztással, az egyes oldalakat pedig s,, l, jelöléssel látjuk el, a rendszerben a három kapcsolatban léő mennyiséget egy pont határoz meg, amely az egyes alkotórészek arányának áltozásakor pontsort fog alkotni. A "P" pont helyzete megadja, hogy a talaj mire alkalmas. Háromszögdiagram Halomsűrűség A háromfázisú rendszert képző talajra jellemző mennyiség a halomsűrűség, amely a teljes tömeg és a teljes térfogat aránya (kg/m 3 ), amelynek értéke általános esetben: V s V s V 0 s Teljesen száraz talaj esetén, miel V =0 illete w%=0% a talaj száraz halomsűrűsége: d s s Telített talaj esetén, agyis amikor a hézagokban leegő nincs (l=0): s 1 t s s s s 1 s 4 s

5 s t s Kísérleti meghatározása úgy történik, hogy a talajminta nedes agy száraz tömegét iszonyítjuk a talajminta térfogatához. Nedes halomsűrűség: Száraz halomsűrűség: m n n V m d d V Bizonyos esetekben egyszerűbb számítást tesz lehetőé, ha a halomsűrűség helyett az egységnyi térfogatban helyet foglaló talajtömegre ható erőel - a súlyerőel - számolunk, amelyet térfogatsúlynak neezünk. ahol: n g n d g d n ; d : nedes, illete száraz térfogatsúly (N/m 3 ), g: nehézségi gyorsulás (9,81 m/s 2 ), n ; d : nedes, illete száraz halomsűrűség (kg/m 3 ). Talajalkotók arányát kifejező talajfizikai jellemzők A talajmechanika különböző területén még nem szokásos általánosságban a szilárd, a íz, a leegő fázisok térfogatarányát az s,, l térfogatarányokkal jelölni, helyettük a régebben beezetett jelölések használatosak ma is. Hézagtérfogat A hézagtérfogat a talajban léő hézagok térfogatának a teljes talajtérfogathoz aló iszonya, százalékban kifejeze: Térfogatszázalékkal kifejeze: n% n% V Vs 100 V 100 s% 5

6 Hézagtérfogat értelmezése Hézagtényező A hézagtényező a talajban léő hézagok térfogatának iszonya a szilárd szemcsék térfogatához, iszonyszám formájában kifejeze: Térfogataránnyal kifejeze: V V e V s s e 1 s s Hézagtényező értelmezése A hézagtérfogat és hézagtényező iszonya A hézagtérfogat és a hézagtényező egymásból átszámítható: e n% 100 illete 1 e n% e 100 n% A hézagtérfogat és hézagtényező iszonya 6

7 Hézagtérfogat és hézagtényező számítása A hézagtérfogat számításához a talajból V térfogatú mintát eszünk, kiszárítjuk és lemérjük a száraz tömegét (m d ). A testsűrűség alapján a szilárd rész térfogata: V s m d s amellyel kifejezhető a hézagtérfogat: V n% 100 és a hézagtényező: md V s m d V s e V md s m d s V s m d 1 Talajok hézagtérfogata A talajok hézagtérfogata tág határok között áltozhat. Egyenlő átmérőjű gömböket feltétélező halmaz leglazább állapotban (mikor egy gömb másik 6 gömbbel érintkezik) a hézagtérfogat 47,6% míg a hasonló halmaz legtömörebb állapota (egy gömb 12 másikkal érintkezik) 25,9%-os hézagtérfogatot jelent. A természetben előforduló talajokra ez csak dura közelítésként fogadható el, de a közel egyenlő átmérőjű szemcsékből álló futóhomok-jellegű talajok esetében jó egyezés tapasztalunk (n max 50%, n min 30%). Vegyes nagyságú szemcsék esetén n 20%. A kötött talajok leülepedésük során koagulálnak és nagy pelyheket alkota rakódhatnak egymásra, ezért hézagtérfogatuk 50-70%-os. A szeres anyagot tartalmazó talajok (pl.: tőzeg) hézagtérfogata 80-90%- os is lehet. Telítettség A ízzel kitöltött hézagok térfogatának a talajban léő összes hézag térfogatához aló iszonyát telítettségnek neezzük. S e e ahol: e': ízzel kitöltött hézagok részaránya. Térfogatarányokkal kifejeze: n d S 1 s s d s 7

8 Telítettség értelmezése Relatí tömörség A relatí tömörség az adott talaj hézagtényezőjének és az adott talaj leglazább és legtömörebb állapotához tartozó hézagtényezőinek iszonyát fejezi ki. T re e e max max e e min ahol: e max : hézagtényező a talaj leglazább állapotában, e min : hézagtényező a talaj legtömörebb állapotában, e: a talaj hézagtényezője a izsgált állapotban. A relatí tömörség ismeretében a talaj: laza, ha: T re 1/3 közepesen tömör, ha: 1/3 T re 2/3 tömör, ha: T re 2/3 A relatí tömörség fogalma Tömörségi fok A tömörségi fok a izsgált talaj száraz halomsűrűsége és a maximális száraz halomsűrűsége iszonyát fejezi ki. T r 100 d d max 8

9 ahol: T r : tömörségi fok (%), d : izsgált állapotú talaj száraz halomsűrűsége (kg/m 3 ), d max : izsgált talaj maximális száraz halomsűrűsége (kg/m 3 ). A maximális száraz halomsűrűséget egy előírt módon égrehajtott tömörítési kísérlettel (Proctor-féle tömörítési kísérlet) lehet meghatározni. A kísérlet lényege, hogy szabányos méretű edénybe, előírt fajlagos tömörítő munkáal, meghatározott számú rétegben a talajt adott íztartalomnál betömörítjük, majd meghatározzuk a pontos íztartalmát és a száraz halomsűrűségét. A kísérletet különböző íztartalmaknál elégeze összefüggő íztartalom, száraz halomsűrűség pontokat kapunk. Az így nyert pontokat koordinátarendszerben ábrázola, majd a pontokat összeköte egy jellegzetes csúcsértékkel bíró görbét kapunk. A görbe legmagasabb pontját jellemző koordináták a maximális halomsűrűség ( d max ) és az optimális tömörítési íztartalom (w opt ). Proctor-görbe Tömörségi előírások A tömörség ismerete főként a földműek építésénél fontos. A kis tömörségű töltések önsúlyuk hatására tömörödnek, amelyet a forgalom által keltett rázás toább fokoz. Ennek hatására a földmű alakáltozást szened, a rajta elhelyezett pályaszerkezet deformálódik. Ezért a hajlékony útpályaszerkezetek alatti 0-50cm-es astagságban az előírt tömörség T r 90%, az 50cm-nél mélyebb rétegekben T r 85%. Mere pályaszerkezetek alatt T r 95%. Talajt alkotó szilárd szemcsék nagysága A talaj szilárd alkotórészét különböző nagyságú szemcsék képezik, amelyek aránya meghatározza a talajok alapető tulajdonságait. A tág határok között mozgó szemcsék halmazából az átmérők alapján közel azonos tulajdonságú csoportokat lehet létrehozni, amelyek elneezése a köetkező: kaics (K) d 2,0 mm 9

10 homok (H) 2,0-0,1 mm homokliszt (HL) 0,1-0,02 mm iszap (I) 0,02-0,002 mm agyag (A) d 0,002 mm A alóságban az ásányi szemcsék szabálytalan alakúak, nagyságuk tehát nem jellemezhető egyetlen átmérőel. A gyakorlatban használt szemcseátmérő tehát néleges átmérőt jelent, amely függ a meghatározás módjától. A 0,1 mm-nél nagyobb átmérőjű szemcséket szitálással álasztjuk szét. Ebben az esetben az átmérő annak a legkisebb kör, agy négyzet alakú nyílásnak az átmérője, ill. oldalhossza, amelyen a szemcse még éppen átesik. A d 0,1 mm szemcsék esetében a szemcse átmérőjét egy olyan azonos anyagú gömb átmérőjéel helyettesítjük, amely alamely folyadékban azonos sebességgel ülepedik le. Meghatározása a Stokestörényen alapuló hidrométeres eljárással történik. (Talajtanban hasonló eljárás a dekantálás.) Szemeloszlás A talajt alkotó szemcsék nagyságát, ezek eloszlását és a kiálasztott átmérők közé eső tömegszázalékát szemeloszlási izsgálattal állapítjuk meg. A kapott adatokat szemeloszlási görbéken ábrázoljuk. A szemeloszlási görbe egy összegező (integráló) görbe, amelynek egy pontja megmutatja, hogy egy bizonyos átmérőjű szemcsénél kisebb szemcsék összesen hány százalékban annak jelen a szemcsehalmazban. A 0,1 mm-nél nagyobb szemcséket tartalmazó talajrész szétálasztását különböző lyukbőségű szitákból álló szitasorozattal égezzük. Legalulra helyezzük a legfinomabb (0,1 mm) lyukbőségű szitát, erre kerülnek a sorozat toábbi tagjai úgy, hogy minden köetkező szita lyukbősége az előzőnek mintegy kétszerese. A súlyállandóságig kiszárított ismert tömegű talajt a szitasorozat legfelső szitájára tesszük, majd addig rázzuk, amíg a szitákon áthullás tapasztalható. Ezután megmére a szitákon fennmaradt anyag súlyát, kiszámítható a szitán átesett talaj tömege. Az átesett tömeget a bemért talaj tömegének százalékában kifejeze és a szitára jellemző átmérő függényében ábrázola megszerkeszthető a szemeloszlási görbe. S i m d m m i1 d n i 100 ahol: S i : i-edik szitán áthullott talaj tömegaránya (%), m i : i-edik szitán fennmaradt talaj tömege (kg), m d : összes bemért talaj tömege (kg). Hidrometrálás A hidrometrálás a folyadékban léő szemcsék ülepedési sebességét kifejező Stokes-törényen alapul. Eszköze a megfelelően kalibrált úszó folyadéksűrűség-mérő, amellyel egy 1000 cm 3 -es mérőhengerben ülepített talajszuszpenziónak a sűrűsége mérhető az úszó súlypontjában. Az időben 10

11 áltozó zagysűrűségből a Stokes-törényt kifejező nomogramokkal agy táblázatokkal a szemcseátmérő és az egyes átmérőkhöz tartozó súlyszázalék számítható. A számításhoz mérni kell a felkeeréstől eltelt időt, az ehhez az időponthoz tartozó hidrométer leolasást, alamint a szuszpenzió pillanatnyi hőmérsékletét, és ismerni kell a izsgált talajminta súlyát és sűrűségét alamint egyéb, a műszerre jellemző korrekciós tényezőt. A szemeloszlási görbe ismeretében értékes köetkeztetéseket onhatunk le a talaj műszaki tulajdonságaial kapcsolatban. A meredek lefutású szemeloszlási görbe közel azonos átmérőjű szemcsékből álló talajra jellemző, amelynek stabilitása ízzel és erőhatásokkal szemben kicsi. Jóal kedezőbb tulajdonságú a lapos, több frakciót átmetsző szemeloszlás, mert a jobb térkitöltés miatt ezek mindig stabilabbak, ízállóságuk pedig nöekszik. Fagyeszélyesség szempontjából azonban az egyenletes szemeloszlás a kedezőbb. Egyenlőtlenségi mutató A szemeloszlási görbe lefutása a talajok fontos tulajdonsága, amelyet az egyenlőtlenségi mutató jellemez: d60 U d ahol: U : egyenlőtlenségi mutató, d 60 : 60 tömegszázalékhoz tartozó átmérő (mm), d 10 : 10 tömegszázalékhoz tartozó átmérő (mm). A kis egyenlőtlenségi mutató meredek lefutású görbét jelöl (U=1, azonos átmérőjű gömbökből álló halmaz) lapos görbék esetén azonban értéke több száz is lehet. Az U=2-5 egyenlőtlenségi együtthatóal jellemezhető homoktalajok megjelenése földmunkánál nagy nehézséget jelent, mert ízzel telíte sűrű folyadékként iselkednek. Ezeket a talajokat miel ízáramlás hatására folyadékhoz hasonló tulajdonságokat mutatnak "folyós homoknak" neezzük. 10 Jellemző szemeloszlási görbék Szemeloszlási görbe felhasználása A szemeloszlási görbe segítségéel lehet a hatékony szemnagyságot meghatározni. A hatékony (agy effektí) szemnagyság (d e ) közelítőleg megegyezik a d 10 átmérőel. Ennek segítségéel a talaj ízáteresztő-képességére köetkeztethetünk. 11

12 A szemeloszlási görbe ismeretében kiszámítható alamely frakcióhoz tartozó talajrész tömegszázaléka a teljes talajban, ha a frakcióhatárokat jelentő átmérőkhöz tartozó tömegszázalékot egymásból kionjuk. A szemeloszlási görbe felhasználása: szemcsés talajok osztályozása, előírt határgörbék közé eső szemeloszlási görbe előállítása két agy több talaj keerékéből, keerési arány megállapítása, sziárgók anyagának kiálasztása, fagyeszélyesség elbírálása, íztelenítési lehetőségek mérlegelése, talaj stabilizálhatóságának izsgálata és az alkalmazott kötőanyag kiálasztása. A talaj folyékony és légnemű alkotórészei A természetben előforduló talaj hézagainak egy részét íz, másik részét leegő tölti ki, amelynek mennyiségét külső és belső körülmények határozzák meg. A talajban előforduló íz részben a hézagokban szabadon áramolhat, másik része a szemcse felületéhez közel helyezkedik el, ahhoz a kialakuló felületi erők miatt erősebben agy gyengébben kapcsolódik. A talajba leütött megfigyelőcsőbe alamilyen mélység elérése után íz áramlik be a szemcsék közül, amely áramlás bizonyos idő múla megszűnik és a ízállás állandósul. Ezt a izet neezzük a izsgált időponthoz tartozó talajízszintnek. A áltozó keresztmetszetű hézagokban a íz nem egyformán emelkedik, ezért egyre több légzárány kerül bele. A talajíz fölött így először zárt, majd e fölött nyílt kapilláris zóna alakul ki. A hézagokba benyomuló íz gömbalakot igyekszik felenni, amely gömböket ízpáráal telített leegő tölt ki. A talaj és a leegő érintkezési felületén meniszkuszok alakulnak ki, amelyekben a kialakuló feszültségek a csapadékból a talajba sziárgó izet a hézagokban függe tartják. Az így kialakuló ízréteg nee a függőíz. Talajban léő íz megjelenési formái A talajban léő íz osztályozása Pórusíz: a hézagokban szabadon áramló íz. Ez képezi a szabad talajizet, a zárt és nyílt kapilláris izet, a függőizet, alamint a szögletekben meghúzódó filmizet; 12

13 Szolátíz: fogja körül ékony rétegben elektrosztatikus és ionos kötőerők hatására a talajszemcséket. Ez a íz még szilárdan nem kötődik, de sűrűsége és iszkozitása a pórusíznél nagyobb; Adszorbeált íz fogja körül a szemcsét 1-10 molekulányi rétegastagságban főként az agyagásányok felületén. A kötőerők nagyok, hidrodinamikus módszerekkel a felületről nem táolítható el. Tulajdonságai lényegen eltérnek a szabad ízétől; Szerkezeti íz a kristályrács része egy hidroxil csoport, amely így már nem is íz. Eltáolítása magas hőmérsékleten lehetséges, de ekkor a kristályszerkezet is tönkremegy. A íztartalom áltozásáal összefüggő fizikai áltozások a pórusíz és szolátíz mennyiségében beköetkező áltozásokkal függ össze. Az adszorbeált íz és szerkezeti íz mennyiségében normális nyomáson és hőmérsékleten áltozás nem köetkezik be, ezért ezek az építési gyakorlat szempontjából jelentéktelenek. Talajban léő íz osztályozása Konzisztencia-határok Valamely talaj konzisztenciáján az anyagi összefüggés állapotát értjük, amelyet puha, gyúrható, kemény stb. szaakkal jellemezhetünk. Kötött talajok konzisztenciáját a íztartalmuk határozza meg. A ízzel fokozatosan telített talajpép bizonyos íztartalom elérése után saját súlya alatt lefolyik a lejtőn. Lassan száríta az anyagot a folyós állapotból képlékeny, majd kemény állapotba kerül. Az a íztartalom, amelynél a különböző talajok egyik konzisztenciából a másikba mennek át sajátosan jellemzőek az egyes talajokra, ezért ezeken a határállapotokon mérhető ízmennyiség a talajok azonosítására és összehasonlítására alkalmas, konzisztenciahatárnak neeze őket. A konzisztencia-határokat úgy állapítjuk meg, hogy szabányos eljárással a talaj íztartalmát beállítjuk, majd ehhez az állapothoz meghatározzuk a íztartalmat. Folyási határ A Casagrande-készülék gömbszelet alakú csészéjébe egyenletes péppé keert talajt helyezünk el simítókéssel úgy, hogy az anyag légbuborékokat ne tartalmazzon. Szabányos kialakítású árkolókéssel trapéz alakú árkot húzunk az anyagba, majd a csészét forgatókar segítségéel 1cm magasságból 13

14 mindaddig ejtegetjük az alaphoz, amíg az árok 1cm hosszan össze nem folyik. A talaj íztartalma akkor an a folyási határon, ha az árok a 25-dik ütésre folyik össze. A folyási határ íztartalmát (w L ) nehéz pontosan beállítani, ezért különböző íztartalmak mellett meghatározzuk az összefolyáshoz szükséges ütésszám (n) és íztartalom (w%) értékeket. A kapott adatokat egy szemilogaritmikus rendszerben ábrázoljuk, ahol a ízszintes tengelyen az ütésszám logaritmusa, a függőleges tengelyen aritmetikusan a íztartalom szerepel. A kapott pontok egy egyenes mentén helyezkednek el, amelyen az n=25 ütéshez tartozó íztartalom a folyási határ. Különböző talajok folyási határai: Homok 15-20%, Homokliszt 20-30%, Iszap 30-40%, Agyag %. Folyási határ meghatározása A nagy folyási határral rendelkező talajok építési szempontból kedezőtlenek, mert erősen összenyomódók és csúszásra hajlamosak. A természetes talaj íztartalma csak átgyúrás hatására juthat a folyási határ közelébe. 14

15 Sodrási határ Sodrási határnak (w p ) neezzük a talajnak azt a íztartalmát, amelynél a talajból kisodort 3-4 mm astagságú szálak töredezni kezdenek. A talaj megmunkálhatósága, fejthetősége a sodrási határ állapotában a leggazdaságosabb, mert ekkor igényli a legkisebb erőt és nem ragad a szerszámhoz sem. Földutak ilyen állapotban jól járhatók, töltések tömörítése a sodrási határ íztartalma környékén a legkönnyebb. Különböző talajok sodrási határai: Homok Homokliszt nincs, Iszap 20-25%, Agyag 25-50% % (nem határozható meg mindig), Plasztikus index A folyási és sodrási határ különbsége a plasztikus index: I p w L w p Ez az érték jellemző a kötöttségre, ezért a talajok osztályozásának alapja. Azoknak a talajoknak, amelyeknek nincs plasztikus határuk, a plasztikus indexük sincs értelmeze. Ezek a szemcsés talajok, mint a kaics és homok. Különböző talajok plasztikus indexei: homok nincs, homokliszt 0-5%, iszapos homokliszt 5-10%, iszap 10-15%, soány agyag 15-20%, közepes agyag 20-30%, köér agyag 30%- Konzisztencia index Azonos talajok tulajdonságai különböző íztartalmak mellett nagyon eltérők lehetnek. Miel a természetes talaj íztartalma áltozó ezért fontos ismernünk, hogy az adott természetes íztartalom mellett milyen a talaj tulajdonsága. Ennek számszerű jellemzésére ezették be a konzisztencia indexet, amely megmutatja, hogy a talaj természetes íztartalma hogyan helyezkedik el a folyási és plasztikus határ között. I c w w L L w w p wl w I p Eszerint a folyási határon léő talaj konzisztencia indexe I c = 0, míg a sodrási határon léő talajoké I c = 1. Teherbírás szempontjából alapozásra alkalmas talajok a még sodorható (I c : 0,75-1,00) és kemény (I c : 1,00-1,50) talajok. 15

16 Talajállapot megneezése a konzisztencia index (I c ) alapján: Talajállapot Igen puha, folyós 0,00-0,25 Puha 0,25-0,50 Képlékeny 0,50-0,75 Még sodorható 0,75-1,00 Kemény 1,00-1,50 Igen kemény 1,50 I c Folyási index A talajok íztartalom áltozására történő folyósódására ad felilágosítást a folyási index, amelyet úgy számítunk ki, hogy a folyási határ megállapítására készített folyási egyenes segítségéel meghatározzuk a 10 és 100 ütésszámhoz tartozó íztartalmak különbségét: I L w 10 w 100 Az alacsony folyási indexű talajok könnyen folyósodnak, íz érzékenyek, ezért az oladási és fagykárra hajlamosak. Zsugorodási határ, telítési határ és a lineáris zsugorodás A zsugorodási határ az a íztartalom, amelynél toább száríta a talajt, térfogatát már nem csökkenti. A telítési határ meghatározásához a talajminta felületére addig csepegtetünk izet, amíg azt magába tudja enni. Ezt a ízmennyiséget a száraz talaj tömegszázalékában kifejeze adja a telítési határ íztartalmát. A telített talajkocka maximális százalékos élröidülése a lineáris zsugorodás. Veszélyesek azok a talajok, amelyek lineáris zsugorodása Zs>5%. A lineáris zsugorodás értéke az iszapos homokliszttől az agyagok felé halada 5-25% is lehet. A zsugorodást a duzzadó agyagásányok okozzák. A talaj szeres anyag tartalma A szeres anyag tartalom jellemzésére az izzítási eszteséget (i) használjuk: i m 60 m m ahol: m 60 : m 600 : a 60C-on kiszárított talaj tömege (kg), a 600C-ra heített talaj tömege (kg). A magyar talajosztályozás szeresnek minősíti a szemcsés talajokat, ha i 3%, a kötött talajokat, ha i 5%. 16

17 Az izzítási eszteség szeres iszapoknál elérheti a 30%-ot, míg tőzegeknél a 60-80%-ot is. A talaj káros együletei A talajban előfordulnak olyan anyagok, amelyek az építőanyagok korrózióját idézik elő. Káros hatásukat ízben olda, az építőanyaggal érintkeze fejtik ki. Mélyépítési szempontból elsősorban a betont támadják meg: kénsa és kénsaas sók (szulfát, szulfit ionok), magnézium sói, ammónium és sói, szénsa és sói. Ahhoz, hogy hatásukat kifejtsék áramló talajízre an szükség. A kénsa és kénsaas sók káros hatása ellen szulfátálló cementtel édekezhetünk. A talajokat a bennük talajízben léő káros anyagok mennyisége (főként SO 3 gyök tartalma) és ph-ja alapján agressziitási fokozatokba soroljuk: I. II. III. IV. nem agresszí, gyengén agresszí, közepesen agresszí, erősen agresszí. Az agressziitás típusai: A B C D cserebomlás, saak, lúgok, térfogatáltozás (átalakulás, átkristályosodás), szeres együletek. Az agressziitási fokozat és agressziitás típusa függényében a édekezés módja és mértéke meghatározható. Talajok szerkezete A talaj keletkezésekor leülepedő szemcsék kapcsolódása különféle erők hatására számtalan kombinációban fordulhat elő. A talaj szerkezetén az egyes szemcsék kölcsönös elrendezését és egymással történő összekötődését értjük. A dura szemcséjű talajok létrejöttében a graitációs erő játszik szerepet, amelynek hatására egyszemcsés szerkezet jön létre. A szemcsék egyensúlyának fenntartását a felületi súrlódás biztosítja. Ebben a szerkezetben a szemcsék egymást kitámasztják, teherbírása tehát jó. Stabilitásukat a kiékelődés adja. Tömörítésük ibrációal a leggazdaságosabb. A finom szemcsék esetében a szerkezet kialakulásában a graitáció mellett a szemcsék felületén működő onzó- és taszítóerők is érényre jutnak. A onzóerő hatására a szemcsék sejtszerű üregeket alkotnak. A szerkezetben a súrlódás már másodrendű szerepet játszik, döntő a kohézió (tapadás) és az ezt létrehozó fizikai és kémiai erők. Ilyen szerkezete an az iszapnak és a soány agyagnak. 17

18 A sejtek láncolata pehelyszerkezetet alkot, amely az előbbinél lényegesen lazább szerkezetet jelent. A talajok kialakulásakor létrejöő elsődleges - egyszemcsés, sejt agy pehely - szerkezet külső hatásokra másodlagos szerkezetekké alakulhatnak. Agyagokban a kiszáradás és elnedesedés áltakozó folyamata miatt fellépő térfogatáltozás finom hajszálrepedéseket hoz létre, amelyek az idők során mindjobban tágulnak, és a cm-es nagyságrendet is elérhetik. Az ilyen repedésekbe hatoló íz a talajt átáztatja, ezáltal annak nyírószilárdsága lecsökken. Kötött talajokra jellemző a mozaikos szerkezet is, amely szorosan illeszkedő, kissé nedes felülettel lehatárolt sokszögletű részecskékből áll. Az ilyen talajban nyitott beágás hatására a leegőel érintkező felületek kiszáradnak és szétnyílnak, amely a rézsű rohamos tönkremenetelét okozza. Jellegzetes másodlagos szerkezete an a lösznek, amelynek iselkedését elsősorban keletkezési iszonyai határozzák meg. A kőzettanilag és szemeloszlási tulajdonságaiban nagyon egyenletes (U egyenlőtlenségi mutatója kicsi), leegőből lerakódó talajban a nöények szára, gyökere, helyén függőleges járatok alakulnak ki, amelyek elmeszesednek. Az ilyen talaj szilárdsága és ízáteresztőképessége függőleges irányba más (általában nagyobb) mint ízszintes irányba, tehát a lösz erősen anizotróp. A meg nem bontott talaj legtöbbször szabad szemmel jól kiehető járatokat tartalmaz, amelyek a szemcseméretnél lényegesen nagyobbak. Az ilyen talajokat makroporózus talajoknak híjuk. A lösz ilágos okkersárga színéről, makroporózus szerkezetéről, magas mésztartalmáról, a benne található csigamaradányokról és löszbabákról ismerhető fel. Jellegzetessége, hogy szárazon és nyirkos állapotban függőleges falban nagy magasságig megáll, sőt alagútszerű járatok is kialakíthatók benne megtámasztás nélkül. Vízzel eláraszta szilárdsága rohamosan csökken, makroporózus szerkezete összeroskad, főként akkor, ha a ízelárasztás mellett a felszínt építmények terhelik. Talajok osztályozása A talajok osztályozásának célja a műszaki felhasználás szempontjából azonos tulajdonságú csoportok kialakítása néhány talajfizikai jellemző alapján. A talaj rendszerben elfoglalt helyéből toábbi tulajdonságokra köetkeztethetünk. A talajosztályozási rendszerek mindegyike önkényesen álasztja meg az osztályozás alapját, ezért csak néhány szempontot tudnak kielégíteni. A sokféle rendszer közül, amely országonként és felhasználási területenként áltozik, mindig a célunknak legmegfelelőbbet lehet kiálasztani. A magyar talajosztályozás alapetően szeres és szeretlen talajokat különböztet meg a szeres anyag tartalom szempontjából. Műszaki szempontból a szeretlen talajok használhatók fel, amelyeknél az izzítási eszteség i < 5%, illete i < 3%. A szeretlen talajok lehetnek szemcsés talajok és kötött talajok. A szemcsés talajok osztályozása a szemeloszlási görbéjük alapján történik. A talaj elneezése agy a halmazban legnagyobb arányban előforduló agy a mértékadó szemnagyságú frakció nee. d 2mm: kaics: dura, közepes, finom kaics, 18

19 0,1mm d 2mm: homok: dura, közepes, finom homok. A kötött talajok osztályozását a plasztikus indexük alapján égezhetjük el. Átmeneti talajoknak neezzük a homokliszt: d = 0,02-0,10, I p = 0-5%, iszapos homokliszt: I p = 5-10%, iszap: I p = 10-15% talajokat. Kötött talajok osztályozása Plasztikus index (I p %) Kötött talajok gyűjtőnee Kötött talaj nee 5 - ig Gyengén kötött talaj Homokliszt 5-10 Iszapos homokliszt Közepesen kötött talaj Iszap Soány agyag Erősen kötött talaj Közepes agyag 30 felett Köér agyag VÍZMOZGÁS A TALAJBAN Vízmozgást előidéző okok, áramlási módok Vízmozgást előidéző okok: graitáció, kapillaritás, hő, elektromos áram, kémiai hatások. Ezek közül a graitáció, kapillaritás és hő által létrejöő ízmozgással foglalkozunk. Vizsgáljuk meg a íz áramlásának törényszerűségeit. Egy csőben balról jobbra íz áramlik. Az egymástól L táolságra léő 1. és 2. megfigyelőcsőben H 1 és H 2 magasságban an a íz szintje. Ez nyomáskülönbséget jelez, amelynek nagysága arányos a h = H 1 - H 2 magasságkülönbséggel. A íz áramlását fenntartó nyomáskülönbség h nagyságú, amely fel is emésztődik a súrlódási ellenállás miatt. Ennek a nyomásmagasság-különbségnek az egységnyi hosszra eső részét hidraulikus esésnek, agy hidraulikus gradiensnek neezik: i Áramlási módok Ábrázoljuk a folyadék sebességét a hidraulikus gradiens függényében. Azt tapasztaljuk, hogy a sebesség és a hidraulikus gradiens közötti összefüggés nem lesz lineáris, hanem három jól elkülöníthető szakaszra bontható. Az a-b szakaszon az egészen kis hidraulikus esések tartománya helyezkedik el, amely olyan csekély, hogy hatására ízáramlás nem indul meg. A köetkező b-c 19 h L

20 szakaszon a hidraulikus gradiens és az áramlás sebessége között egyenes arányosság áll fenn. Ilyenkor a ízrészecskék határozott, simaonalú pályán mozognak, amely áramlást laminárisnak neezzük. A nyomást fokoza a megnöekedett sebesség miatt a ízrészecskék megpördülnek, és örénylő, kaargó mozgású áramlás kezdődik, amelyet turbulens áramlásnak neezünk. Ez a turbulencia felemészti a mozgást fenntartó energia egy részét, ezért a c-d szakaszon a görbe ellaposodik. A talaj pórusai olyan kicsik, hogy bennük a ízáramlás lamináris. A ízáramlás alapető törényszerűségei Graitációs ízmozgás A Darcy-törény értelmében a laminárisan áramló íz sebessége egyenesen arányos a hidraulikus eséssel: k i k ahol a k arányossági tényező, a talaj áteresztőképességi együtthatója. Az így értelmezett áteresztőképességi együttható sebesség dimenziójú, amely a gyakorlatban cm/sec nagyságban fordul elő. Áteresztőképességet befolyásoló tényezők Az áteresztőképességi együttható függ: a szemeloszlástól (a hatékony agy mértékadó szemcseátmérő négyzetéel arányos), a pórusokban mozgó folyadék iszkozitásától és sűrűségétől, a hézagtényezőtől, a szemcsék alakjától és elrendeződésétől, a pórusokban léő oldatlan gázok mennyiségétől, a talaj kémiai szerkezetétől (a szemcsék adszorbciós komplexumától). A sok és nagy áltozékonyságot mutató hatótényező miatt az áteresztőképességi együttható meghatározását helyszíni próbasziattyúzással lehet legpontosabban elégezni. Az áteresztőképességi együttható laboratóriumi meghatározását kétféle módszerrel égezhetjük el, lehetőség szerint természetes állapotú zaartalan talajminta felhasználásáal: állandó íznyomással, h L 20

21 áltozó íznyomással működő készülékkel. Áteresztőképesség mérése állandó íznyomással dolgozó készülékkel Az állandó íznyomással dolgozó készülékkel kizárólag jó ízáteresztő-képességű talajokat izsgálhatunk. A szűrőszöettel, agy szitaszöettel két égén lezárt hengerbe helyezett talajmintát egy olyan ízzel telt edénybe tesszük, amelyben a íz szintjét túlfolyóal lehet állandósítani. A minta felső égére helyezett másik hengerbe léő íz által biztosított túlnyomás nagyságát szintén túlfolyóal biztosítjuk. Megmére az F keresztmetszetű mintán t idő alatt átfolyt Q ízmennyiséget, amely egyenlő lesz az alsó edény túlfolyóján elfolyó íz mennyiségéel, az áteresztőképességi együttható számítható: Q t F k i t F h k t F L amelyből k Q L F t h Állandó íznyomással működő permeabiméter Áteresztőképesség mérése áltozó íznyomással dolgozó készülékkel A kis áteresztőképességű talajokat (k 10-5 cm/sec) áltozó íznyomással működő készülékkel izsgáljuk. Az előbbiekhez hasonlóan előkészített talajmintát ugyanúgy helyezzük el az alsó edényben, mint eddig. A talajhenger szűrőel ellátott felső foglalatára beosztott üegcsöet teszünk, amelyet kísérlet kezdetén ízzel töltünk fel. Ekkor az áramlás megindul, a csőben a ízszint csökken. A kezdeti t 1 időpontban leolasott nyomásmagasság (a csőben léő íz magassága az állandó szint felett) h 1 értéke t 2 időpontban h 2 értékre csökken. Az így nyert adatokból az áteresztőképességi együttható számítható: k f L F t 2 1 t 1 h ln h

22 ahol: f : üegcső keresztmetszetének területe (cm 2 ), L : talajminta hossza (cm), F : talajminta keresztmetszetének területe (cm 2 ). Változó íznyomással működő permeabiméter A köér, gyakorlatilag ízzáró agyagtalajok áteresztőképességi együtthatójára (k 10-8 cm/sec) a telített talaj összenyomódásának időbeli lefolyása alapján köetkeztethetünk, a később ismertetendő kompressziós kísérlet alapján. Áteresztőképesség meghatározása talajfizikai jellemzők alapján A ízáteresztő-képességi együttható közelítő nagyságát talajfizikai jellemzők alapján is megpróbálták meghatározni, amelyek bizonytalan eredményeket adnak. Jáky által ajánlott egyszerű összefüggés: ahol: d m : mértékadó szemnagyság (cm). 2 k 100 dm A befolyásoló tényezők közel teljes körét figyelembe eszi az alábbi képlet: ahol: c : k c d 2 e szemcse alakjától függő tényező, 3 e 1 e d e : effektí átmérő (d 10 ) agy hatékony szemnagyság, : folyadék testsűrűsége, : folyadék iszkozitása, 22

23 e : hézagtényező. Vízáramlás talajtömegekben A talajban áramló íz különböző magas- és mélyépítési szerkezetekre gyakorolt hatását a méretezésnél figyelembe kell enni. Az áramló íz jellemzésére és a felmerülő problémák megoldására az áramképet lehet felhasználni. Áramkép szerkesztése Legyen egy ízszintes felszínnel határolt homokréteg, amely alatt szintén ízszintes felülettel határolt ízzáró réteg helyezkedik el. A homokrétegbe t mélységig ízzáró szádfal nyúlik be, amelynek két oldalán H 1, illete H 2 magasságig íz áll. A h = H 1 - H 2 magasságkülönbség miatt a talajban ízáramlás áll fenn úgy, hogy az egyik oldalon a talajba besziárgó íz megkerüli a szádfalat, majd a másik kisebb nyomású felszínt elére ott kilép a talajból. Egy elemi részecske által befutott pálya az áramlási onal, amely homogén talajban törésmentes. A ízrészecskéket mozgató nyomás az áramonal kezdeténél H 1 értékű, amelynek egy része a sziárgás során felemésztődik, és az áramonalak égénél H 2 értékű lesz. Miel a nyomáscsökkenés az áramonalak mentén fokozatos, ezért a nagyszámban megrajzolható áramonalak mindegyikén kikereshető egy pont, ahol a nyomás a teljes nyomáseszteség (H 1 -H 2 ) = h érték bizonyos hányadát teszi ki. Ezeket a pontokat összeköte az ekipotenciális onalakat kapjuk. Az ekipotenciális onalakhoz illesztett piezométercsőben a ízszint azonos szintig emelkedik. Sziárgás homokrétegbe ert szádfal körül Az áramlási és ekipotenciális onalak együttesen alkotják a sziárgási hálózatot, agy áramképet, amelynek lényeges tulajdonsága, hogy a két görbesereg minden pontban merőleges egymásra. A homogén és izotróp talajban a hálózat "szeme"-it célszerű úgy megrajzolni, hogy négyzethez hasonló idomokat alkossanak, amelynek feltétele az, hogy a hálózat szemeibe olyan köröket lehessen rajzolni, amelyek mind a négy oldalt érintik. 23

24 Az áramképet legegyszerűbben grafikus szerkesztéssel kaphatjuk meg, amely a toábbi felhasználás céljaira elegendő pontosságot ad. Az áramkép szerkesztését a peremfeltételek rögzítéséel kell kezdeni. Ekkor kijelöljük a sziárgási mező határonalait, és meghatározzuk róluk, hogy melyik áramonal, melyik ekipotenciális onal. A peremfeltételek a köetkezők: Peremfeltételek áramképek szerkesztéséhez 1, 2 onal ekipotenciális onal (h ), 2, 3, 4 onal áramonal (a szádfal oldalfelülete a talajban) 4, 5 onal ekipotenciális onal, 5, 6, 7 onal áramonal, 7, 8 onal ekipotenciális onal, 9, 10 onal áramonal (a nagy táolságról érkező ízrészecske útja). A peremfeltételek rögzítése után ehhez igazoda próbálgatással kell a megfelelő áramképet megrajzolni úgy, hogy a nagy potenciálesésű, röidebb áramonalak mentén - ahol a szűkebb "csatornák" miatt nagyobb a ízsebesség - kisebb, míg a kis potenciálesésű szakaszokon nagyobb hálószemeket kell rajzolni. A legnagyobb potenciálesésű pont a szádfal alsó csúcsa, amelynek hatására a szádfal kiüregelődése is ezen a ponton fog elkezdődni. Az így megrajzolt első áramképet leellenőrizzük úgy, hogy a görbe onalú "négyzetekbe" berajzolhatók-e a körök. Az áramonalakat azután addig finomítjuk, amíg a feltételeket a szinguláris pontok kiételéel (pl.: szádfal csúcsa) ki nem elégítettük. Az áramkép ismertetett szerkesztésénél feltételezzük, hogy bármely - a megrajzolt síkkal párhuzamos - síkban ugyanaz a kép adódna. Az így megrajzolt áramkép segítségéel az átsziárgó ízmennyiség, támfalakra ható többletterhelés stb. megizsgálható. Az áramló ízmennyiség meghatározása Az áramkép és az áteresztőképességi együttható ismeretében az átsziárgó ízmennyiség egyszerűen meghatározható, ha feltételezzük, hogy a teljes h nyomáseszteség egy csatornában n 1 négyzeten keresztülhalada emésztődik fel. 24

25 Áramló íz mennyiségének meghatározása Az n-dik a n oldalhosszúságú négyzetnél a hidraulikus gradiens: h h i a n n 1 a n. Az a n oldalú négyzeten t idő alatt átáramló ízmennyiség tehát: Q i F t k i F t A képletbe az i helyébe az: h i n 1 a n értéket, F helyébe az áramlásra merőlegesen elhelyezkedő felületet: helyettesíte a: F 1 (ahol 1 a papír síkjára merőleges kiterjedés) a n Q i h k n a 1 n a n t összefüggéshez jutunk. Végrehajta az egyszerűsítést: Q i k h n 1 t eredményt kapjuk. Miel ez az összefüggés egy csatornában - az i-edik csatornában - áramló íz mennyiségét adja meg és az összefüggés bármely csatornára érényes, ezért az egyszerre átáramló íz mennyisége: n Q n2 Q i k h t n

26 ahol n 2 a csatornák száma. Áramlási nyomás A G súlyerő és az f felhajtóerő a talajminta súlypontjában támad, hatásonaluk függőleges, irányuk ellentétes. A minta két églapját statikus nyomóerők támadják: P H 1 1 F P 2 H 2 F Ezek eredője: R P P 1 2 H H F h F 1 2 Ez az erő az áramlásnak kitett anyag elemi pontjaiban működik, ezért nem jelölhető meg támadáspontjáal, agy egy kiemelt felülettel, amelyet ez az erő nyom. Ezért térfogategységre onatkoztatják és áramlási nyomásnak neezik. á R V h F L F á i h L Erők egyensúlya áramló ízben Elferdült tömegerő Ez az egységnyi térfogatra ható tömegerő a test minden elemi részecskéjére a graitációhoz hasonlóan ható ektormennyiség. Iránya megegyezik az áramlás irányáal, agyis hatásonala az áramonal mindenkori érintője. A három erő: a súlyerő, a felhajtóerő és az áramlási nyomásból számított nyomóerő ektoriálisan összegezhető, amelynek eredménye az R' eredő, az úgyneezett elferdült tömegerő. A ízáramlás hatását is figyelembeeő elferdült tömegerőt a támfalakra ható erők és a rézsűállékonyság izsgálatánál kell számításba enni, mert ennek hatására a biztonság jelentősen lecsökkenhet. Hidraulikus talajtörés A mérnöki gyakorlatban sokszor jelentkező probléma a földtömegben függőlegesen felfelé áramló íz hatására kialakuló egyensúlyi iszony izsgálata. 26

27 A földtömegben lefelé ható erő az önsúly, amelynek nagysága: G F L míg a ele ellentétben, felfelé ható erők a felhajtóerő: tel f F L és az áramlási nyomás: R F L á F L i ezek eredője: G f R F L i 0 tel H 1 értékének nöeléséel h illete i értéke is megnő és egyensúlyi határhelyzet áll elő: F L i 0 Az egyensúlyhoz tartozó kritikus hidraulikus gradiens: tel i krit tel Függőleges ízáramlás hatására kialakuló egyensúlyi iszonyok Hidraulikus talajtörés gyakorlati jelentősége Amennyiben i i krit, akkor felfelé áramlás esetén a terheletlen talajtömeg egyensúlya felborul, a felhajtóerő és az áramlási nyomás együttesen a talajt kiemeli. Ez a jelenség a hidraulikus talajtörés, amely könnyen beköetkezhet akkor, ha a szádfalat nem hajtják le az adott ízmélységhez iszonyíta elég mélyen, és ezért az áramlási hossz leröidül. A jelenség égzetes balesetek okozója lehet. Fel kell híni a figyelmet arra, hogy a jelenség minden talajban felléphet, ha az összes feltétel biztosított, mert a képlet érényessége a talajnemtől független. A nyílt íztartásos alapozásoknál, munkagödrök íztelenítésénél, árízédelmi töltések biztonságának izsgálatakor a jelenséget mindig figyelembe kell enni. 27

28 Buzgárképződés és az ellene aló édekezés Kapilláris ízmozgás A leegőel érintkező folyadék felszínén felületi feszültség uralkodik. A szilárd felületekhez tapadó "rugalmas hártya" homorú felületet meniszkuszt alkot, amelyben a kapilláris feszültég hatására: a ékony csöekben a ízszint felemelkedik, a nedes szemcsék összetapadnak (látszólagos kohézió), a talajban léő légbuborékok gömbalakot esznek fel. A felületi feszültséggel egyensúlyt tartó ízoszlop magasságát az egyensúlyi helyzet izsgálatáal határozhatjuk meg. Az r sugarú kapilláriscső kerületén fellépő erő függőleges komponenséel a ízoszlop súlya tart egyensúlyt. Érdekes köetkeztetés leonására ad alkalmat, ha a h k értéknél magasabb ízoszlopot tartalmazó kapilláris csöet kiemeljük a ízből. Ilyenkor a íz kiszalad a csőből mindaddig, míg a cső két égén kialakuló hártya a h k ízoszlopot egyensúlyba nem tatja. Ez a ízmennyiség lesz az, amelyet már graitációs úton nem tudunk a talajból eltáolítani. Különböző talajok kapilláris ízemelése Kapilláris ízemelés A talajra jellemző kapilláris ízemelés lefolyását a talajtanban megismert kapilláris ízemelési kísérlettel izsgáljuk. A kísérlet alatt mért idő- és hosszadatokat összefüggő rendszerben ábrázola a talajra jellemző onalat kapunk. A kapilláris emelkedés mértéke és sebessége talajonként erős eltérést mutat. Homokok esetében a kezdeti gyors emelkedés hamar lecsökken és a ízszinteshez 28

29 közelít. Homokliszt talajokban ugyancsak röid idő alatt, de nagyobb magasságokba emelkedik a íz. Agyagokban az emelkedés lassú, de hosszú ideig és nagy magasságig emelkedik. 24 órás kapilláris ízemelés A kapilláris ízemelés időbeli lefolyása A 24 órás kapilláris ízemelés és a mértékadó szemnagyság közötti összefüggést izsgála azt tapasztaljuk, hogy az összefüggést jelző görbe maximumát a homokliszt-iszap határán éri el, amely felhíja a figyelmet az átmeneti talajoknak azon kellemetlen tulajdonságára, hogy röid ideig tartó kellő ízutánpótlás hatására a magasabb rétegek is átázhatnak, teherbírásuk pedig lecsökken. 24 órás kapilláris ízemelés a mértékadó szemnagyság függényében Víztelenítés a nehézségi erő útján A kapilláris erők hatását izsgála a íztelenítés szempontjából azt tapasztaljuk, hogy azok: csökkentik az eltáolítható ízmennyiséget, késleltetik a íztelenítés folyamatát. Terzaghi kísérleti adatok alapján a hatékony szemcseátmérő függényében meghatározta a graitációs úton elérhető átlagos telítettséget. Ez alapján megállapítható, hogy agyagos talajok 29

30 esetében graitációs íztelenítést nem alkalmazhatunk, mert mindig számíthatunk 70-80%-os telítettségre. Víztelenítés a nehézségi erő útján Látszólagos kohézió A szemcsés talajok szemcséi közötti szegleteket nyirkos állapotban meniszkusszal határolt ízfilm tölti ki, amely meniszkusznak a felületén uralkodó húzófeszültség reakciója a homokszemcséket egymáshoz szorítja és a kohézióhoz hasonló jelenség, az úgyneezett kapilláris agy látszólagos kohézió lép fel, amelynek hatására a nedes homoktalaj bizonyos magasságig függőleges falban is megáll. Vízzel telítőde, agy kiszárada a húzófeszültség megszűnik, a függőleges fal leomlik, ami súlyos balesetet okozhat. Emiatt a homokbányákban az "aláágás tilos". Vízmozgás hő hatására A hőmérsékletkülönbség hatására meginduló ízmozgást termoozmózisnak neezzük. Kimutatható, hogy hőmérsékletkülönbség hatására a cseppfolyós íz a melegebb, a ízpára a hidegebb részek felé halad. A pára kis íztartalom mellett a pórusokban szabadon áramolhat, és a hidegebb zónát elére ott lecsapódik, nöele annak íztartalmát. Útburkolatok alatt, ahol a párolgás akadályozott, - ezért a ízeszteség csekély - termoozmózis hatására elízesedés állhat elő. A termoozmózis hatása annál nagyobb, minél nagyobb a kezdeti íztartalom és minél hosszabb ideig tart a fagy. A termoozmózis hatására alakul ki az utakon az úgyneezett oladási kár. Hő hatására meginduló ízmozgást idéz elő a talajban megfagyó íz is, amelynek két formája a tömbfagyás és a jéglencse képződés ismert. Tömbfagyás alakjában fagynak meg a kaics- és homoktalajok. A telített talaj teljes egészében átfagy, a szemcséket jég fogja körül, a talaj íztartalma általában nem áltozik, térfogatáltozás nincs. Az ilyen jellegű fagyás útburkolatokra nem jelent eszélyt. Az útburkolatra eszélyes fagyási mód a jéglencse képződés. A talajban különböző fizikai állapotban előforduló íz, különböző hőfokon fagy meg. A szabad íz fagyáspontja 0 C, míg a szolátízé -5 C, 30

31 agyis a pórusok közepében magasabb hőmérsékleten fagy meg a íz, mint a szemcsék közelében elektrosztatikus és ionos onzás alatt álló íz. A fagyás hatására a íz tehát a hézagok közepén jégkristályok formájában fagy meg először. Az így kialakult jégkristály körül elhelyezkedő szolátízre két ellentétes irányú erő hat. Az egyik a nöekő jégkristályok onzóereje, a másik a talajszemcsék molekuláris onzóereje, amelyek közül a kristályosodási erő a nagyobb. A kristályosodás tehát izet on el a szolát rétegből, amely ugyanakkor igyekszik az eredeti rétegastagságot előállítani. A szolátíz pótlása történhet a környezetből, amikor a talajízzel nincs kapcsolat és csak a helyi pórusíz átrendeződésére an lehetőség. Ez számotteő térfogatáltozást nem idéz elő, ellentétben azzal az esettel, amikor a kapcsolat a talajízzel a kapilláris ízemelés réén biztosított, és fennáll a folyamatos ízutánpótlás lehetősége. Ilyenkor a térfogatáltozás és a íztartalom-nöekedés jelentős lehet. A jéglencsés fagyás hatására alakul ki útburkolatok alatt a fagykár jelensége, amely az oladási kárral együtt lép fel leggyakrabban a télégi és taaszi időszakokban. TALAJOK ALAKVÁLTOZÁSA ÉS SZILÁRDSÁGA Talajok alakáltozásának és a szilárdságának törényszerűségei A talajon nyugó építmények a talajban alakáltozásokat és feszültségeket hoznak létre, amelyek isszahata a létesítményre meghatározzák annak használhatóságát, sőt sokszor sorsát is. A talajok alakáltozása a természetben úgy játszódik le, hogy közben a terhelő felület alól gyakorlatilag nem tudnak kitérni. A talajok tönkremenetelekor azonban mindig oldalkitéréssel és térfogatáltozással találkozunk, amelyet a talajok szilárdságának meghatározásánál ugyancsak figyelembe kell enni. A szilárdságot és a külső terhelések hatására oldalkitérés nélkül összenyomódó talajban lejátszódó folyamatokat csak nagyfokú egyszerűsítéssel lehet leírni. A talajt homogénnek és izotrópnak tételezzük fel, amely bizonyos alacsony terhelési szakaszban rugalmas állapotú, tulajdonságait a rugalmassági modulus, alamint a hossz- és keresztirányú alakáltozások iszonyát kifejező Poisson szám jellemzi és érényes rá a Hooke-törény. A terhelést nöele egy átmeneti szakasz után elérkezünk egy jellemző határhoz, amelyen túl a talaj plasztikus tulajdonságokat mutat, amikor az erő és az alakáltozási sebesség a jellemző. Az előző állapotban a talajok a rugalmasságtan, az utóbbi esetben a képlékenységtan törényszerűségei szerint iselkednek. Összenyomódás és talajtörés 31

32 Talajok összenyomódása A természetben előforduló nagy kiterjedésű alaptestek alatt összenyomódó talaj oldalkitérései elhanyagolhatóan kicsik, ezért a talajok összenyomódásának izsgálatát gátolt oldalkitérés mellett kell elégezni. A kísérlethez használt készülék az ödométer. Az ödométer kiszúró-gyűrűjében elhelyezett zaartalan talajmintát a gyűrűbe illő szűrőköek közé helyezzük, és az egészet a talplemezre tesszük, majd a befogó talpas gyűrűel rögzítjük. A terhelést teherelosztó lap segítségéel adjuk át a talajmintára, amelyből a íz zaartalan kinyomódását furatok és csőezeték teszi lehetőé. A terhelést lépcsőkben hordjuk fel általában úgy, hogy értékét mindig megkétszerezzük. Az egyes terhelések időtartama addig tart, amíg az alakáltozást regisztráló mérőóra összenyomódást mutat. Az összenyomódás időbeli lefolyásának jellemzésére a mérőórán kellő sűrűséggel kell leolasásokat égezni. A kísérlet eredményeként meg lehet szerkeszteni a fajlagos összenyomódás és a terhelés függényében a kompressziós görbét. Ödométer eli ázlata Kompressziós görbe Összenyomódási modulus A fajlagos összenyomódáson a mért teljes összenyomódás és az eredeti magasság iszonyát értjük. ahol: : fajlagos összenyomódás (%), h h

33 h : a mért teljes összenyomódás, h : a talajminta eredeti magassága. A kompressziós görbe alapján meg lehet határozni az összenyomódási modulust, amely a rugalmas anyagok rugalmassági modulusához hasonló talajfizikai jellemző. Az összenyomódási modulus a kompressziós görbe érintője és a ízszintes által bezárt szög kotangenseként értelmezhető: M ctg p ahol: M : összenyomódási modulus (MPa), p : terhelésáltozás (MPa), : fajlagos összenyomódás áltozás (%). Miel a kompressziós görbe nem lineáris lefutású, ezért az összenyomódási modulus nagysága pontról pontra áltozik. A terhelés nöekedéséel az egységnyi terhelésáltozás hatására beköetkező alakáltozás csökken, ezért a modulus nő. Az összenyomódási modulust a gyakorlatban olyan terheléshatárok alapján kell megálasztani, amilyen terhelési iszonyok között a kompressziós kísérlet eredményeit használni akarjuk. M p 2 p p p h h ahol: M : összenyomódási modulus (MPa), p 1 : a talaj eredeti helyzetére jellemző önsúlyfeszültség (MPa), p 2 : önsúlyfeszültség és az építmény súlyából adódó terhelésnöekedés összege (MPa), 1 : fajlagos összenyomódás a p 1 terhelés hatására a kompressziós görbéről leolasa (%), 2 : fajlagos összenyomódás a p 2 terhelés hatására a kompressziós görbéről leolasa (%) Tehermentesítés hatása a kompressziós görbére A kompressziós kísérlet során iktassunk be tehermentesítési lépcsőket, amelyek hatását izsgála azt tapasztaljuk, hogy eközben a talaj bizonyos határig rugalmasan kitágul, de eredeti állapotát nem nyeri issza. Az összenyomódás során a szerkezet átrendeződése miatt a rugalmas alakáltozások mellett maradó alakáltozások is fellépnek. A tehermentesítési (expanziós) szakaszban felett görbe általában laposabb, mint a kompressziós szakaszban. A tehermentesítési szakasz után beköetkező újabb kompressziós szakaszban a görbe hiszterézis hurkot alkot az expanziós görbéel, majd az első terhelés értékét elére, futása az eredeti görbe szerint folytatódik. A jelenség alapján megállapíthatjuk, hogy a talajban csak az a többletfeszültség fog összenyomódást okozni, amely meghaladja a talajra addig hatott legnagyobb terhelést (pl. geológiai előterhelést). 33

34 Tehermentesítés hatása a kompressziós görbére Összenyomódás számítása Az összenyomódási modulusra adott képletet átalakíta kiszámíthatjuk az adott astagságú és összenyomódási modulusú talajréteg összenyomódását a terhelésáltozás hatására: ahol: M : összenyomódási modulus (MPa), p : terhelésáltozás (MPa), h : összenyomódás, h : talajréteg eredeti astagsága. p h h M A lösz roskadása Makroporózus talajok külső terhelés hatására égbemenő alakáltozása különlegesen játszódik le. A lösz és löszhöz hasonló talajokban külső terhelések és átázás hatására sokszor komoly károkat előidéző nagymértékű alakáltozások köetkeznek be roskadás szerűen. Ennek a jelenségnek a izsgálatára egy olyan ödométercellát használunk, amelyben a talajminta terhelés közben ízzel elárasztható. A szokányos kompressziós izsgálat során, bizonyos terhelés elérése után árasszuk el ízzel a talajmintát. Azt fogjuk tapasztalni, hogy az addig normális lefutású kompressziós görbén lépcső keletkezik a hirtelen fellépő, erős összenyomódás miatt, majd toábbi terhelés hatására a görbe alamiel meredekebben folytatódik. A fellépő jelenség magyarázata az, hogy terhelés hatására a makropórusokban kialakult látszólagos kohézió megszűnik, ezért a külső nyomás hatására a makropórusok összeomlanak. A mészhártyák kötőereje a roskadást nem tudja megakadályozni, mert az a kezdeti terhelés hatására még a ízelárasztás előtt összerepedezett. 34

35 A lösz roskadása A roskadást a iszonylagos roskadás tényezőjéel, illete az összegezett roskadással jellemezhetjük. A fajlagos roskadás tényezője: i m ahol: i m : fajlagos roskadás tényezője (%), 1 : fajlagos alakáltozás a roskadás kezdetén (%), 2 : fajlagos alakáltozás a roskadás égén (%). Ez alapján roskadó a talaj, ha p = 300 kn/m 2 terhelés mellett eláraszta i m 2%. A hazánkban előforduló lösztalajok fajlagos roskadási tényezője a 10-20%-ot is eléri. Talajok összenyomódásából származó ízmozgás A terhelt talaj (pl. alaptestek alatt) ázszerkezetében kialakuló feszültségek hatására létrejöő alakáltozások a pórusok leszűküléséhez ezetnek. Az összenyomódó pórusokban a íznyomás megnő, a különböző nyomású pontok között pedig ízáramlás alakul ki. Teljesen telített talajok esetében, ha a talaj az erő hatására nem tud kitérni, akkor a ázszerkezet összenyomódása a ízáramlás függénye lesz. A nagy pórusú szemcsés talajokban gyors áramlás alakul ki, ezért a pórusízben keletkező többletnyomás szinte azonnal kiegyenlítődhet és az összenyomódás zaartalanul lejátszódhat. Rossz ízáteresztő-képességű talajoknál (pl. agyagtalaj) a lassú áramlás miatt a jelenség időben elhúzóda játszódik le. A terhelés hatására meginduló ízmozgás - pórusíznyomás kiegyenlítődés - és az összenyomódás időbeli lefolyását konszolidációnak neezzük. A konszolidáció lefolyását csak bonyolult formában lehet leírni. Egyszerűsített modelljét Terzaghi készítette el. A ízzel telt edénybe helyezett, átlyuggatott és rugókkal egymásra helyezett dugattyúsort fokozatosan terhele azt tapasztaljuk, hogy a rugók csak a íz eltáozásának függényében tudnak összenyomódni. A folyamat előrehaladása közben a rugók egyre több terhet esznek fel, a ízáramlás és a folyamat lelassul. 35

36 Modell a konszolidáció magyarázatához Konszolidációs fok A t időpontig beköetkező konszolidáció a konszolidációs fokkal jellemezhetjük: ahol: χ: konszolidációs fok (%), h t h 100 h t : t időpontig beköetkezett összenyomódás, h : teljes összenyomódás. A konszolidációs fok agy konszolidációs idő kiszámítására egy sor felteésből kiinduló differenciál egyenlet használható, amely égtelen sorral fejezhető ki. Gyakorlatunkban elegendő a grafikonban feldolgozott eredmények használata, amelyhez ki kell számítani a legfontosabb tényezőket összefoglaló T időtényezőt: T M k t 2 h ahol: M : talaj összenyomódási modulusa, k : talaj ízáteresztő-képességi együtthatója, h : összenyomódó réteg astagsága, t : izsgált időszak. A konszolidációs fok az időtényező függényében táblázatból agy grafikonról határozható meg. 36

37 A konszolidációs fok és az időtényező összefüggése Talajok nyírószilárdsága A talajmechanika fontos feladata, hogy a talajjal kapcsolatos statikai és szilárdságtani kérdéseket megoldja. Miel a rugalmasságtan tételei a talajra csak bizonyos határig érényesek, ezért a problémákat stabilitási izsgálatokkal oldjuk meg. A stabilitási izsgálatok során a fellépő alakáltozásoktól eltekinte kísérlettel, agy számítással határozzuk meg annak az erőnek a nagyságát, amely a talaj töréséhez agy csúszásához ezet. A talajokra ható külső erők ellensúlyozására belső erők lépnek fel, amelyek közül az anyagra jellemző legnagyobbat szilárdságnak neezzük. A különböző igénybeételek közül a talaj tönkremenetelét a nyíró igénybeételek hatására fellépő nyírófeszültségek () okozzák, mert a deformációk az egyes részecskék közötti elmozdulások réén jönnek létre. A nyírófeszültségekkel szemben fellépő legnagyobb ellenállást nyírószilárdságnak (t) neezzük. A nyírószilárdságot túllépő külső erőhatás esetében a talajban törés köetkezik be, amelynek feltétele kielégített, ha a nyírófeszültség () = nyírószilárdság (t) A feladat ezek után az, hogy a nyírószilárdság nagyságát meghatározzuk. Miel a törés előidézésében az összes feszültségkomponens szerepet játszik, a alóságnak megfelelő helyzetet csak bonyolult, összetett feszültségi állapotok figyelembeételéel lehet izsgálni, amelyek előállítása nehézkes. A talajmechanikában ezért az egyszerűbb igénybeételekből köetkeztetünk az általános feszültségállapotban árható iselkedésre. Mohr-Coulomb törési feltétel A talajok nyírószilárdságát a Mohr-féle törési elmélet Coulomb szerint egyszerűsített alakja szerint értelmezzük, amely szerint alamely felületelemen működő normális (σ) és nyírófeszültség (τ) között lineáris kapcsolat áll fenn: ahol: : a talaj belső súrlódási szöge, c : a talaj kohéziója. tg c 37

38 Azt a felületet, amelynek minden pontjában a fellépő normális és nyírófeszültség kielégíti a fenti egyenletet, csúszólapnak neezzük. A Coulomb-féle felteés erősen leegyszerűsíte a alóságot két részből határozza meg a nyírószilárdságot: súrlódásból: 1 = tg, amely arányos a normálfeszültséggel, és a súrlódási tényezőel (tg) jellemezhető, kohézióból: 2 = c, amely független a normálfeszültségtől. Értelmezése: a terheletlen felületek között fellépő nyírószilárdság, agyis nulla normálfeszültség mellett a nyírószilárdságot adja. A Coulomb-féle felfogás szerint a törési egyenlet - rendszerben ábrázola egyenest ad. Az ábrát ki lehet egészíteni a feszültségállapotot jellemző Mohr-féle körrel. Törés a Coulomb-féle elmélet szerint akkor köetkezik be, amikor a feszültségállapotot jellemző Mohr-féle körök a Coulomb-féle egyenest érintik. A törési feltétel egyetlen felteése ebben az esetben az, hogy a törés csúszás köetkeztében jön létre. A csúszás azon a felületen fog beköetkezni, ahol az eredő feszültség a lehetséges legnagyobb szöget zárja be a felületelem normálisáal. Az elmozduló talajtömeget tehát egy mere testnek tételezzük fel. Mohr-Coulomb törési feltétel Törési feltétel kifejezése a főfeszültségekkel A törés feszültségállapotához tartozó Mohr-kör ismeretében a törési feltétel a főfeszültségekkel is kifejezhető: sinφ σ σ 1 2 σ 1 2 σ 2 2 c ctgφ σ1 σ 2 cosφ σ 1σ 2 2c sinφ σ 1 σ 1 sinφ σ sinφ σ 2 2 sinφ sinφ 2c cosφ sinφ σ sinφ 2c cosφ sinφ σ sinφ σ sinφ σ Egyszerűsíte sinφ -el és átrendeze: 1 sinφ σ 1 sinφ 2c cosφ σ2 1 /:(1 + sin), illete :(1 - sin) Miel: 38

39 1 sin 2 45 tg 1 sin 2 1 sin 2 45 tg 1 sin 2 cos és tg45, illete 1 sin 2 cos és tg45 1 sin 2 ezért: 2 tg c tg45 2 illete: tg c tg45 2 A súrlódás passzí erő, amely csak aktí erő fellépése esetén, annak megfelelő mértékben mobilizálódik. Az aktí mozgást előidéző erő addig nem okoz elmozdulást, amíg nagysága el nem éri a passzí (mozgást gátló, súrlódó) erő lehetséges felső határát. Ezt túllépe, a súrlódás teljes mértékben kihasználttá álik (mobilizálódik) és folyamatos alakáltozás jön létre. A súrlódási ellenállást olyan erő tudja mobilizálni, amelynek a mozgás irányába ható, az elmozdulás síkjában működő összeteője is an. Az egyensúly feltétele a súrlódási törény szerint az, hogy az összes erő eredője a súrlódási kúpon belül maradjon. A súrlódást előidéző fizikai okok közül jelentős szerepe an az egymáson elcsúszó felületek minőségének és az adhéziónak (szilárd felület és egy másik fázis összetapadása). A kötött talajokban fellépő kohézió az elemi részecskék közötti összetartó erő. Nyírószilárdság meghatározása A nyírószilárdság meghatározása úgy történik, hogy alamilyen berendezéssel létrehozzuk a törést okozó egyszerű feszültségállapotot és ennek ismeretében meghatározzuk a Coulomb-féle egyenest. A különböző módon előállított feszültségállapotokban nagyon különböző alakáltozások lépnek fel, de az eredményül kapott és c értékek közel azonosak lesznek. A nyírószilárdságot meghatározhatjuk: közetlen nyírással, egyirányú nyomással, triaxiális nyomással. Közetlen nyírás A közetlen nyírást egy nyíródoboz neű készülékkel égezzük el. A készülék két egymáson elmozduló keretét talajjal töltjük ki, amelyet fogazott szűrőköön keresztül nyomólap segítségéel függőlegesen terhelünk. Ezután fokozatosan nöele a ízszintes terhelést, mérjük a függőleges és ízszintes elmozdulás nagyságát. A kísérletet többször megismételjük különböző függőleges terheléssel. A közetlen nyírókísérlet eredményeként megkapjuk a Coulomb-féle törési egyenest, amelynek segítségéel a és c érték meghatározható. A nyírókísérlet egyszerűen égrehajtható, de eli szempontból kifogások emelhetők ellene. (A feszültségállapot bonyolult, a nyírt és a nyomott felület áltozik stb.) 39

40 Közetlen nyírás Törési egyenes meghatározása közetlen nyírással Egyirányú nyomás A talajok egyirányú nyomószilárdságát h : d = 1,5 : 1 arányú (általában h = 6,0 cm, d = 4,0 cm) hengeres talajmintákon határozzuk meg. A párhuzamos lapokra felhordott központosan ható függőleges terhelés hatására a talajok jellegzetes töréssel eltörnek, miközben térfogatuk csak kismértékben áltozik. A ridegebb kemény anyagok általában egy agy két határozott csúszólap mentén törnek el, míg a nagy íztartalmú puhább anyagok plasztikusan, határozatlanul mennek tönkre. A plasztikus folyással tönkremenő talajok esetében a törőerő - megegyezés alapján a 20% fajlagos összenyomódáshoz tartozó terhelés értéke. Jellegzetes törési képek Egyirányú nyomás Mohr-féle ábrázolásban Az egyirányú nyomás Mohr-féle ábrázolásban érinti a tengelyt, mert a második főfeszültség értéke zérus ( 2 = 3 = 0). Miel ehhez a Mohr-féle körhöz számtalan Coulomb-féle egyenes rajzolható, az egyirányú nyomás a nyírószilárdsági paraméterek ( és c) meghatározására nem alkalmas. Az egyirányú nyomószilárdság és c ismeretében meghatározható. 40

41 ny 2c tg45 2 Az így meghatározott nyomószilárdság nem azonos a talajok alódi szilárdságáal, miel függ a minta geometriai méreteitől, a terhelés felhordásának sebességétől stb. Az egyirányú nyomással kapott ny értéket a talaj konzisztenciájának jellemzésére lehet felhasználni a konzisztencia-indexhez hasonlóan. Az egyirányú nyomás Mohr-köre Triaxiális nyomás A terhelésnek kitett talajok oldalkitérése gátolt, ezért bennük ízszintes irányú feszültségek is keletkeznek. A alós helyzetet jobban meg lehet közelíteni tehát, ha a nyírószilárdság meghatározásakor a talajban keletkező ízszintes feszültségeket is figyelembe esszük. A izsgálatot olyan készülékbe égezzük, amelyben a feszültségek a tér három irányában hatnak, ezért a kísérletet triaxiálisnak, a berendezést triaxiális nyomógépnek neezzük. Triaxiális berendezés Coulomb-féle egyenes meghatározása triaxiális berendezéssel A kísérlethez felhasznált hengeres mintát gumiburokkal körbeée üegcellába helyezzük. A nyomócellát ízzel töltjük meg, az oldalnyomásnak megfelelő túlnyomást beállítjuk, majd a mintát függőlegesen terheljük a tönkremenetelig. A kísérlet során az oldalnyomást állandó értéken tartjuk. Eredményül 1 és 2 = 3 főfeszültségeket kapunk, amelyekre jellemző, hogy 1 > 2 = 3. A kísérletet különböző oldalnyomások mellett elégeze különböző Mohr-köröket kapunk, amelyek burkolója a 41

42 Coulomb-féle törési egyenes. A kísérlet során mérhető a minta alak- és térfogatáltozása mellett a minta hézagait kitöltő ízben ébredő pórusíznyomás is. Coulomb-féle egyenes meghatározása triaxiális berendezéssel Szemcsés talajok nyírószilárdsága A szemcsés talajokon égzett nyírószilárdsági izsgálatok közben regisztrála a nyírt homokminta térfogatáltozását azt tapasztaljuk, hogy a tömör homokok térfogata nő, míg a laza homokok térfogata csökken. A nyírófeszültséget, illete a hézagtérfogatot a ízszintes elmozdulás függényében ábrázola látható, hogy a kezdeti kis hézagtérfogatú (tömör) homok a nyírófeszültség nöekedéséel lazul, míg a kezdeti nagy hézagtérfogatú (laza) homok a nyírófeszültség hatására tömörödik. Az állandó feszültség hatására fellépő folyamatos alakáltozás meghatározott tömörségnél a kritikus tömörségnél köetkezik be, amely a leglazább és a legtömörebb állapot között fekszik. Az állandó normális irányú terhelésnek kitett homok nyíró-igénybeétel hatására folyamatosan tömörödik, miközben a nyírószilárdság mindaddig nöekszik, amíg a kritikus tömörséghez tartozó s nyírófeszültséget el nem éri, amelynek hatására a mozgás állandósul. Tömör homok esetében az állandó normális irányú terhelés mellett lejátszódó nyírás lazulást idéz elő, miközben a nyírófeszültség egy max maximális értéket ér el. Az elmozdulást max után toábbra is fenntarta a nyírófeszültség folyamatosan csökken s értékig, ahonnan az ellenállás már nem áltozik. 42

43 Homokok nyírása Szemcsés talajok nyírószilárdságát befolyásoló tényezők A szemcsés talajokban kialakuló nyírószilárdság két részre bontható: az érintkezési felületen fellépő súrlódásra, a szemcsék egymásba kapaszkodásából származó szerkezeti ellenállásra. A tömör homokok nyírószilárdságát főként a szerkezeti ellenállás képezi, amelyet a fellépő lazulás is bizonyít. Laza állapotú homokban ezzel szemben a felületi súrlódás biztosítja a nyírószilárdságot. A nyírószilárdságra kiható tényezőket figyelembe eő tapasztalati képlettel is meghatározható a homok és kaics belső súrlódási szöge A = 36 az átlagos homok súrlódási szöge, amelyet 1-4 korrekcióal tudunk jaítani a köetkezők szerint: 1 : a szemcsealakot figyelembe eő korrekció: : a szemcsenagyságot figyelembe eő korrekció: : a szemeloszlás egyenletességét figyelembe eő korrekció: : a korrekcióal a tömörség ehető figyelembe: Ezek szerint a szemcsés talajok súrlódási szöge = között áltozhat. Kötött talajok nyírószilárdsága Kötött talajok nyírószilárdságának kialakulásában nagy szerepet játszik a pórusokban elhelyezkedő íz, az abban fellépő pórusíznyomás és a pórusíznyomás kiegyenlítődésének lehetősége. Ezek alapján kétféle módon izsgáljuk a törés kialakulását:

44 zárt rendszerben, amikor a íz eltáozása gátolt, agy olyan gyors a kísérlet, hogy a pórusokban léő íz nem tud eltáozni; nyílt rendszerben, amikor a pórusíz eltáozását nem akadályozzuk és olyan lassú kísérletet égzünk, amelynek során a pórusíznyomás folyamatosan kiegyenlítődhet. Telített talaj nyírószilárdsága zárt rendszerben Zárt rendszerben a normál és nyírófeszültségeket telített talajmintára felhorda csak csekély térfogatáltozást tapasztalunk, a talaj képlékeny anyagként iselkedik, amelynek nyírószilárdsága konstans és nem függ a teljes normálfeszültség nagyságától. A izsgálat során mére a pórusíznyomás nagyságát (u) kiszámítható az a feszültség, amely a talajszemcsék között uralkodik. A kísérlet szerint zárt rendszerben, telített agyagokban mind az első, mind a második feszültség, amely a talajszemcsék között uralkodik független az alkalmazott hidrosztatikus főfeszültségtől, ezért csak egyetlen Mohr-kör rajzolható, amely alapján a és c értékét nem lehet egyértelműen meghatározni. 1 c 2 ; Telített talaj nyírószilárdsága zárt rendszerben Telített talaj nyírószilárdsága nyílt rendszerben Nyílt rendszerben a pórusíz eltáozhat a talajból, benne feszültségek nem halmozódnak fel, térfogatáltozás felléphet, a Mohr-körök felrajzolhatók, ezek burkolója a Coulomb-féle egyenes lesz, amelynek helyzete attól függ, hogy a talaj kapott-e már terhelést agy nem. Abban az esetben, ha a talaj még sohasem kapott terhelést - agyis normálisan konszolidált - a Mohr-kör érintője a kezdőponton megy át, míg az előterhelt - un. túlkonszolidált - talaj esetében az előterheléstől függő kohézió is jelentkezik. Coulomb-féle egyenesek nyílt rendszerben 44

45 Kötött talajok alakáltozása nyírófeszültség hatására A kötött talajok nyírószilárdsága nem anyagállandó, mert a talajfajtán kíül függ az előterheléstől, a pórusíznyomástól, a tömörségtől, a íztartalomtól, az erők felhordásának sebességétől, a pórusíz áramlásának körülményeitől stb. A kötött talajok nyírása során fellépő alakáltozások lejátszódása lényegesen különbözik a szemcsés talajokban lejátszódó alakáltozásoktól. Ahhoz, hogy a nyírási ellenállás mobilizálódjon a felületeknek el kell mozdulni egymáson, amelynek megfelelően kifejlődnek a csúsztatófeszültségek. Szemcsés talajoknál az alakáltozások hamar lejátszódnak, folyamatos alakáltozás, illete törés akkor köetkezik be, ha a nyírófeszültség eléri a nyírószilárdság értékét ( = t). Kötött talajok esetében, ha a talajra ható nyírófeszültség jóal kisebb mint a nyírószilárdság, az elmozdulás lejátszódik, majd nyugalom áll be. A nyírófeszültség nöelése során elérjük a nyírási ellenállás t 0 küszöbértékét, amelyet túllépe a kezdeti elmozdulás nem szűnik meg, állandósul, nyugalom nem alakul ki. A lassú alakáltozás sebessége a - t 0 értékkel arányos. Kötött talajok alakáltozása nyírófeszültség hatására Fundamentális nyírószilárdság A t 0 értéket - Terzaghi után - fundamentális nyírószilárdságnak neezzük, amelynek nagysága a nyírószilárdság 40-50%-a körül mozog, az általánosságban előforduló agyagokban. A fundamentális nyírószilárdság úgy nöelhető meg, hogy a kötött talajt pl.: sziárgó kőbordákkal - kiszárítjuk. Sziárgó kőborda 45

46 FÖLDTÖMEGEK EGYENSÚLYA Földstatikai izsgálatok alapelei A földstatikai izsgálatokat, - mint például a támfalakkal megtámasztott, agy rézsűel határolt földtestek egyensúlyi iszonyainak izsgálatát - a talajtömegben ébredő feszültségek és a talaj anyagi jellemzői segítségéel égezhetjük el. A talajtömeg statikai állapotát: a felszín alakulása, a talajrétegek tulajdonsága, a talajíz helyzete és mozgása határozza meg. Ezek ismeretében a földstatikai feladatok közelítő pontossággal megoldhatók, amely közelítések a talaj inhomogén tulajdonságait figyelembe ée a gyakorlat számára kellő pontosságot biztosítanak. Az egyensúlyi helyzet izsgálatakor azzal a legegyszerűbb esettel foglalkozunk, amikor a talajtömeg homogén ízszintes félteret alkot, agyis olyan rétegződés nélküli talajtömegről lesz szó, amely ízszintes síkkal határolt, kiterjedése ízszintes irányba és a mélységbe égtelen. Féltér önsúlyfeszültségei Az egyensúlyban léő terheletlen talajtömegben az önsúlyból származó feszültségek uralkodnak. Ezek közül izsgálatainkban a függőleges és ízszintes feszültségeknek an jelentősége. A függőleges feszültség kitüntetett fő irány, mert az erőhatás főiránya - a graitáció függőleges, nagysága pedig nem függ a lazulást agy a tömörödést okozó mozgásoktól. A ízszintes feszültségek jelentősége az, hogy ezek eredője okozza a földnyomást. Nagysága attól függ, hogy a talaj nyugalmi, agy plasztikus állapotban an. A plasztikus állapotban léő talajok esetében eltérést tapasztalunk, ha a talajtömegben ízszintes irányú lazulás (expanzió), agy tömörödés (kompresszió) jön létre. A lazulásban léő talajtömegben aktí feszültségállapot uralkodik, a tömörödésben léő talajtömegben passzí feszültségállapot uralkodik. Az önsúlyfeszültségek között kell megizsgálni azt is, hogy a talajtömeg iselkedését mindig erősen befolyásoló áramló agy nyugalomban léő íz felhajtóerejéből és áramlási nyomásából milyen hatások, illete feszültségek keletkeznek a talajtömegben, bár ezek nem kimondottan önsúlyból származó feszültségek. Feszültségek és alakáltozások értelmezése A talaj szilárd és folyékony fázisa a gyakorlatban előforduló feszültségek hatására alakjukat alig áltoztatják, tehát gyakorlatilag összenyomhatatlanok. A iszonylag kis terhelések hatására mégis fellépő térfogatáltozások oka az, hogy mindhárom fázisban feszültségek keletkeznek, amelyek hatására az alkotók egyedi részecskéi mozgásba jönnek, agyis a íz és a leegő eltáozik, a szilárd szemcsék átrendeződnek. A három fázisú diszperz rendszerben a feszültségek nem felületelemeken, hanem az érintkezési pontokban adódnak át. A terhelt talajtömegben felett síkmetszeten tehát a feszültségeloszlás sohasem lesz folytonos, hanem az érintkezési pontokban agy a hézagokban feszültségek lépnek fel. A talajokban fellépő feszültségeket tehát egy nagyobb felületre eső, pontról pontra áltozó feszültségek átlagaként értelmezzük. 46

47 Feszültségek a három fázisú talajban Semleges és hatékony feszültségek A terhelést a háromfázisú talaj minden alkotórésze közösen iseli, tehát mindegyikben feszültségek keletkeznek. A feszültségállapot izsgálatára együnk fel a talajban egy síkmetszetet, amely mindhárom fázison keresztülmegy. A szemcsehalmazt terhelje P erő, a teljes metszett felület, amelyen P erő hat legyen F. Az egyes elemi metszett felületeket ezután egyesítsük, és a halmazt helyettesítsük két szilárd szemcséel, amelyek között szegletíz és leegő foglal helyet. Ekkor az F felület, amelyen a P erő hat három részből teődik össze: F s : a szilárd szemcsék érintkezési felülete, F : a szegletízen áthaladó felületrész, F l : a leegőfázison áthaladó felületrész. Az egyes felületeken ható feszültségek legyenek sorra p s, p, p l. A külső és belső erők egyensúlya alapján ezután felírható, hogy: P F s p s F Eloszta az egyenletet F-el a teljes feszültséget kapjuk: p F p l l P F Fs F p s F F p F l F p l Beezete a: F s F F l s F ; F ; l F arányszámokat: p formában kapjuk a teljes feszültséget. Teljesen telített talajt feltételeze (S = 1) 47 s s p p l l

48 0 és p 0 l l ezért 1 s így p p 1 A gyakorlatban előforduló esetekben a s = F s / F érték nagyon kicsi, ezért: így a ízben ébredő feszültség: s s 1 1 s s p ( 1 ) s p amely felbontható a feszültségek kiegyenlített állapotában a pórusízben fellépő hidrosztatikus nyomásra (u 0 ) és a külső terhelések hatására fellépő kiegyenlítetlen többletnyomásra a pórusíztúlnyomásra (u). Ezt a pórusízben fellépő feszültséget semleges feszültségnek neezzük: p u 0 u h u A p s értéke jelentős nagyságú, - feltehetően a szilárd szemcsék folyási szilárdságáal egyenlő - ezért: p s s 0 hanem éges mennyiséget képez, amelyet a talajmechanikában hatékony feszültségnek neeznek (jele: ) A teljes feszültség tehát: p u u 0 alakban írható fel. A hatékony feszültség, amely a szemcsék érintkezési helyein lép fel, teszi lehetőé azt, hogy a rendszer nyírófeszültségeket egyen fel. A pórusízben fellépő feszültségek hatására súrlódásból származó nyírószilárdság nem keletkezhet, mert íz nyírófeszültségekkel szembeni ellenállása gyakorlatilag zérus. A stabilitási és alakáltozási problémák izsgálatában fontos, ezért ismernünk kell a hatékony és semleges feszültségek nagyságát. Kísérlet a semleges és hatékony feszültségek bemutatására Helyezzünk el egy észlelőcsőel ellátott edény aljában ékony ízzel telített talajréteget úgy, hogy a szabad ízfelszín és a talaj felszíne egybeessen. Az így bekészített talaj felszínét ezután terheljük p terheléssel úgy, hogy közben a minta összenyomódását és a ízáramlást nem akadályozzuk (pl. söréttel). A terhelés felhordásának pillanatában azt tapasztaljuk, hogy a íz nyomása p / 48

49 magasságig felemelkedik, jeleze, hogy az első pillanatban a íz ette fel a terhelést, agyis megnőtt a semleges feszültség (u). A terhelés hatására azonban megindul a minta fokozatos összenyomódása, a kezdeti hézagtényező e 0 értékről e 1 értékre csökken, a íz a talajból kinyomódik, és a konszolidáció lejátszódása után az eredeti ízszintre fog lesüllyedni. A terhelés ezután szemcséről szemcsére adódik át, tehát a csökkenő semleges-feszültségek mellett mindjobban kialakulnak a hatékony feszültségek ( ), amelynek hatására a talaj nyírószilárdsága megnő. A két feszültség összegének azonban állandónak kell maradni, és egyenlőnek kell lenni az állandó külső feszültséggel: u konstan s Terheljük most a kiindulási állapotban léő talajt a p terhelésnek megfelelő ízoszlop súlyáal, amelynek magassága h = p / értékű lesz. A minta belsejében felett a-b metszeten az összes feszültség nöekedése most is p nagyságú lesz, azonban ennek hatására tömörödés és egyéb mechanikai áltozás a talajban nem áll elő, a ízszint hosszabb idő után sem áltozik, kiálasztott mélységben tehát nyomása az időben állandó. A minta nem nyomódik össze, a feszültség tehát nem szemcséről szemcsére átadódó hatékony feszültség formájában, hanem a ízben fellépő hidrosztatikus feszültség formájában jelenik meg, amely feszültség a semleges feszültség. A semleges feszültség nagysága ebben az esetben csak a szabad ízfelszíntől mért függőleges táolságtól, agy a piezométeres nyomásmagasságtól függ, azzal egyenesen arányos: u 0 h Hatékony és semleges feszültségek A teljes, hatékony és semleges feszültségek az alábbiak szerint határozhatók meg: a teljes feszültség () az összes (súlyerőből és egyéb terhelésekből származó) feszültség, amely az állandó nagyságú erő és felület hányadosa. A függőlegesen ható erők közé tartozik minden anyag súlya (talaj, íz, felszíni terhelés stb.), amely a izsgált szint fölött an; semleges feszültség (u), amely felbontható a feszültségek kiegyenlített állapotában a pórusízben fellépő hidrosztatikus nyomásra (u 0 ) és a külső terhelések hatására fellépő kiegyenlítetlen többletnyomásra a pórusíz-túlnyomásra (u). Ezek jelentős terheket képesek fenntartani, de miel a közeg amelyben keletkezik saját nyírási ellenállással nem rendelkezik, ezért csúsztató erőkkel szemben nem ad ellenállást; hatékony feszültség ( ) a szemcséket egymáshoz szorító feszültség, amelynek hatására tömörödés jön létre, nyírási ellenállás alakul ki. Nagysága a teljes és a semleges feszültség különbsége. u 49

50 Függőleges feszültségek a talaj önsúlyából A talaj önsúlyából származó függőleges feszültség nagyságát a nyugalomban léő ízszintes homogén égtelen féltér egyensúlyi állapotából kiindula határozzuk meg. Legyen a ízszintes síkkal határolt égtelen függőleges kiterjedésű földtömeg halomsűrűsége, amelyben kijelölünk egy egyensúlyban léő földprizmát. A z mélységű és F alapterületű földprizma oldallapjain működő ízszintes feszültségek eredői egyensúlyozzák egymást. A függőleges erők egyensúlya alapján felírható, hogy a földprizma súlyát az F felületen egyenletesen megoszló feszültségek egyensúlyozzák. A prizma súlya: amellyel egyensúlyt tart a: tehát: G z g F z F G z F z z A függőleges feszültség tehát a mélységgel lineárisan nő. Változása a mélységgel háromszöggel jellemezhető. Egyenletesen megoszló égtelen kiterjedésű felszíni terhelés hatása Az egyenletesen megoszló égtelen kiterjedésű terhelés hatását az előbbiekhez hasonlóan izsgálhatjuk. A földprizma egyensúlyát itt a függőleges erők egyensúlyaként kell meghatározni úgy, hogy azon a q egyenletesen megoszló terhelés hat. A földprizma súlyának és a rajta léő q egyenletesen megoszló terhelésnek az eredője: Q G F q F z F q Az F felületen fellépő egyensúlyt biztosító feszültségek eredője: ahonnan: Q F F z F z F q z z q z 50

51 Függőleges feszültség egyenletesen megoszló felszíni terhelés hatására Függőleges feszültségek a ízszintesen rétegezett talajban Legyen a ízszintes félterünk rétegezettsége a felszínnel párhuzamos, tehát szintén ízszintes. Vizsgáljuk meg, hogy a H 1 astagságú felső réteg alatt a második rétegben a réteghatártól mére z mélységben mekkora a függőleges feszültség nagysága. A H 1 astagságú réteg alján a feszültség nagysága: H amely az alatta elhelyezkedő rétegen égtelen kiterjedésű egyenletesen megoszló terhelésként jelentkezik. Ezért a második rétegben a réteghatár alatt z mélységben keletkező feszültség: 1 1 z H 1 1 z 2 ahol: 1 : a felső réteg térfogatsúlya, 2 : a második réteg térfogatsúlya. Függőleges feszültség rétegezett talaj esetén Függőleges feszültség két rétegű talajban 51

52 Ha n számú talajréteget tételezünk fel, akkor az n-dik réteg alján fellépő függőleges feszültség. n z H i i1 i Függőleges feszültség rétegezett talaj esetén Függőleges önsúlyfeszültség nyugalomban léő talajízszint esetén A szemcsés anyagú ízszintes és homogén féltérben legyen a talajíz szintje t mélységben. Vizsgáljuk meg a talajízszint alatt z mélységben ébredő feszültségeket és állapítsuk meg azok mélységbeli áltozását. A talajízszint felett helyet foglaló t astagságú rétegben az eddigiekhez képest nincs áltozás. A talajíz szintje alatt kétféle áltozás jelentkezik: a talaj telítetté álik, ezért halomsűrűsége megnő, érényesül a felhajtó erő, agyis a ízfelszín alatti mélységgel arányos pórusíznyomás, azaz semleges feszültség keletkezik. Ezek a hatások abban nyilánulnak meg, hogy a teljes feszültség nagysága megnő, a hatékony feszültségek azonban a fellépő semleges feszültségek miatt lecsökkennek. A t mélységig a talajban keletkező függőleges feszültség t nagyságú, amely feszültség a teljes feszültséggel egyenlő, mert talajíz nincs, semleges feszültségek nem léphetnek fel. A talajízszint alatt z mélységben az összes függőleges feszültség: z t z t ahol: t : a telített talaj térfogatsúlya. A z mélységben fellépő semleges feszültség: u z 52

53 amelynek segítségéel a nyírószilárdságot nöelő hatékony feszültség számítható a: összefüggésbe behelyettesíte: u z t z z t amelyből: z t z( ) t beezete a: ' t t íz alatti térfogatsúly fogalmát, a hatékony feszültségek: z t z ' t Függőleges feszültségek talajízszint jelenlétében Függőleges feszültségek alakulása függőleges ízáramlás hatására Vizsgáljuk meg a ízszintes féltérben létrejöő függőleges ízáramlás hatását a függőleges önsúlyfeszültségekre. A h astagságú ízáteresztő talajt borítsa h ízréteg, amelynek nyomását a réteg felszínén és a réteg alján piezométer csöekkel észleljük. Először azt az esetet izsgáljuk, amikor a íz nyugalomban an, nyomáskülönbség a réteg alsó és felső szintje között nincs, tehát a piezométer csöekben a ízszint azonos magasságban helyezkedik el. A teljes függőleges feszültség a talajréteg felszínén semleges feszültség, mert a ízben ébred, nagysága h. A réteg alján ébredő teljes feszültség nagysága: z h h t amely teljes feszültségeket bontsuk fel újra semleges és hatékony feszültségre. A semleges feszültség: 53

54 54 h ) ( h u a hatékony feszültség: t z z ) h ( h h h u ' t t z h ) ( h Induljon meg ezután a rétegben függőlegesen lefelé áramlás, agyis a réteg alján csökkenjen a nyomás, amelyet úgy érzékelünk, hogy a réteg alján elhelyezett piezométer csőben a ízszint a nyomáskülönbségnek megfelelő h értékkel alacsonyabb szinten lesz, mint a réteg felszínén elhelyezett csőben. A réteg felszínén fellépő összes feszültség újra semleges feszültség, nagysága h. A réteg alján fellépő teljes feszültség az előzőhöz képest áltozatlan t z h h nagyságú. A semleges fezsültséget a réteg alján uralkodó kisebb nyomással kell számításba enni: ) h h ( h u a hatékony feszültség: t z z ) h h ( h h h u ' t z h h Látható, hogy áltozatlan teljes feszültség mellett lefelé áramló ízmozgás esetén a hatékony feszültségek nőnek. A felfelé irányuló áramlást a réteg alján fellépő túlnyomás okozza, amelyet az itt elhelyezett piezométer csőben felemelkedő ízszint jelent. Az alsó és felső szint között fellépő nyomáskülönbség most is arányos lesz a h magasságkülönbséggel, de eredője az előbbiel ellentétes lesz. A hatékony feszültség nagysága: ' t z h h a felfelé áramló ízmozgás esetén csökkenni fog.

55 Függőleges feszültségek áramló íz hatására Függőleges önsúlyfeszültségek nagyságának meghatározása A függőleges önsúlyfeszültségek nagyságát minden kerületi feltételre meg lehet oldani, ha az alábbi szabályok szerint járunk el: a izsgált mélységben kijelölünk egy 1 * 1 m-es négyzetet, a kapott négyzet sarokpontjait feletítjük a szabad leegőig és így egy egységnyi területű hasábot kapunk, kiszámítjuk a hasábban helyet foglaló anyag és az ide jutó felszíni terhelés eredőjét, amely számszerűen a izsgált mélységben működő függőleges feszültséggel lesz egyenlő (az egységnyi alapterület miatt), 55

56 a izsgált mélységben uralkodó teljes feszültségből leona a izsgált mélységben értelmezett piezometrikus nyomásmagasság alapján számított semleges feszültséget, a keresett hatékony feszültséghez jutunk. Homokok folyósódása A pórusíznyomás nöekedésének hatására fellépő semleges feszültség nöekedésének kellemetlen hatása an ízzel telített homokban, amelyet kísérlettel lehet jól szemléltetni. Egy edényben elhelyezett laza homokréteget árasszunk el a felszínig ízzel, majd tegyünk rá egy súlyt. A súlyt a homokréteg ázszerkezete meg fogja tartani. Szúrjunk hirtelen egy botot a homokrétegbe, amelynek hatására a súly hirtelen elsüllyed. A jelenséget azzal magyarázhatjuk, hogy a benyomódó bot hatására kialakuló helyi deformáció lép fel, miközben a rendelkezésre álló röid idő alatt a íz nem tud kinyomódni a talajból, de benne a feszültségek ugrásszerűen megnőnek. Ezek a feszültségek semleges feszültségek, amelyek hatására a szemcsék közé benyomódó íz a talaj ázszerkezetét megbontja, így azok mintegy úsznak a feszültség alatt álló pórusízben. A folyamat gyorsan terjed szét az egész homoktömegben, amelynek eredménye, hogy a homoktömeg eleszti belső ellenállását és sűrű szuszpenzióként iselkedik. Ebben a közegben a homok-íz keerék fajsúlyánál nagyobb fajsúlyú tárgyak elmerülnek, a könnyebbek a felszínre etődnek. A folyási jelenség a folyósódásra hajlamos talajokban főként íz alatti telített homokban különböző, helyi talajtörést okozó hatásokra alakulhat ki, mint például földrengés, cölöperés, hirtelen talajízcsökkenés stb. Homokok folyósodása Vízszintes irányú önsúlyfeszültségek Az egyensúlyban léő talajtömegben a függőleges feszültségek mellett ízszintes feszültségek is működnek, eredője a földnyomás, amely különféle szerkezeteket (támfal, pincefal stb.) terhel, ezért a méretezésnél ezeket számításba kell enni. A ízszintes önsúlyfeszültségek a hatékony függőleges feszültségekkel arányosak, abból kiszámíthatók. A pórusíznyomásból és áramlási nyomásból adódó többletfeszültségeket külön kell kiszámítani, és azt a hatékony feszültségek alapján számított ízszintes feszültségekhez hozzá kell adni. 56

57 A ízszintes feszültségek nagyságának megállapításánál alapetően a köetkező alapeseteket különítjük el: a földtömeg nyugalomban an, a földtömeg plasztikus állapotban an. A plasztikus állapotban kialakuló feszültségek különbözőek aszerint, hogy a mozgást térfogatnöekedés (expanzió) agy térfogatcsökkenés (kompresszió) kíséri. Ennek alapján a talajban aktí, illete passzí feszültségi iszonyok uralkodnak. (A égtelen féltér önsúlyból származó feszültségállapotát William John Macquorn Rankine izsgálta, ezért ezeket aktí, illete passzí Rankine-féle állapotnak is szokták neezni.) Nyugalmi állapot A nyugalmi állapotban fellépő ízszintes feszültség nagyságát az egyensúlyi iszonyok izsgálatáal nem tudjuk megállapítani. A számításra különböző megoldásokból és felteésekből kiinduló elméletek agy kísérleti eredményeken alapuló közelítő összefüggések ismeretesek, amelyek közül legegyszerűbb a: ahol: K K x 0 z 0 K0 1 sin x : ízszintes feszültség z mélységben, K 0 : nyugalmi nyomás tényezője, : talaj belső súrlódási szöge. z A nyugalomban léő földtömegben fellépő ízszintes feszültség nagysága, tehát szintén arányos a mélységgel. A nyugalomban léő talajban fellépő ízszintes feszültségek eredője a nyugalmi földnyomás. Függőleges és ízszintes nyugalmi önsúlyfeszültségek Plasztikus állapot A nyugalmi nyomás állapotában a talaj addig maradhat, míg benne elmozdulások nem lépnek fel. A különböző lazulást, agy tömörödést előidéző elmozdulások hatására mobilizálódik az anyag nyírási ellenállása, majd a képlékeny határállapot elérésekor a kielégített törési feltételek miatt a 57

58 differenciális feszültségnöekedés törést idéz elő. Ekkor a földtömegben mindenütt kielégített a törési feltétel. A főfeszültségek közötti összefüggést síkbeli törési állapotban megadó törési feltételt a Coulomb-Mohr-féle felteés alapján izsgálhatjuk. Aktí feszültségi állapot A nyugalomban léő földtömeg feszültségállapotát jellemző Mohr-féle kör még nem érinti a Coulomb-féle egyenest, tehát a törési feltétel még nincs kielégíte. A feszültségállapot megáltoztatása miatt hozzunk létre a talajban először egyenletes lazulást (expanziót), amely a természetben úgy játszódhat le, hogy a földet megtámasztó fal kissé előre billen a földnyomás hatására. Az előrebillenés nagysága egészen csekély, inkább "moccanásról" lehet beszélni. Az expanzió után egy izsgált sík fölött elhelyezkedő talajréteg astagsága áltozatlan marad, tehát a függőleges feszültség ( 1 = z ) értéke nem áltozik, a ízszintes feszültség azonban csökken, egészen addig, míg a Mohr-féle kör a Coulomb-féle egyenest érinti. Ebben a határhelyzetben K 0 értéke K a határhelyzetet éri el, a törési feltétel a talajtömeg minden pontjában kielégített. A talajtömeg ekkor az aktí Rankine-feszültségi állapotban an. xa tg z 45 2c tg xa K 2c z a K a ahol: 2 K a tg 45 2 az aktí földnyomás tényezője. A csúszólap irányát a Cb' egyenes adja, amely a nagyobbik főfeszültség irányáal (a függőleges feszültség irányáal) 45 - /2 szöget zár be. Aktí feszültségi állapot kialakulása Mohr-féle ábrázolásban Aktí feszültség mélységbeli eloszlása A feszültségeloszlás ábráját izsgála azt tapasztaljuk, hogy a z=0 mélységben a talajban teljes húzás an, mert 58

59 z z xa 2c K a A z 0 mélységben a ízszintes feszültség xa =0, mert a húzó- és nyomófeszültség nagysága egyenlő. ahonnan kifejezhető az a z 0 mélység: miel xa 0 z0 K 2c a K a 1 tg45 2 tg 45 2 z 0 2c tg45 2 A talaj eddig a mélységig húzási állapotban an. A h 0 mélységben a nyomófeszültség eléri azt a húzófeszültségi értéket, amelyet a kohézió kölcsönöz, és ez: 4c h 0 2z 0 tg45 2 Elméletileg a talaj függőleges falban ilyen magasságig megállna, amelyet alapgödör kiemelésénél, közműek árkának készítésénél lényeges ismerni. A gyakorlatban a biztonság miatt ennek 2/3-át ehetjük csak figyelembe. h 0 ' 2 h 3 0 2, 67c tg

60 Aktí feszültség mélységbeli eloszlása kohéziós féltérben Passzí feszültségi állapot Hozzunk létre a talajban tömörödést (kompressziót), agyis most alamilyen szerkezet támaszkodjon a talajra (pl.: kötélpálya tartókötelének kihorgonyzása), amelynek egyensúlyát a ízszintes feszültségek tartják fenn. A felszín mozdulatlansága miatt a függőleges feszültségek most is áltozatlanok maradnak, de a ízszintes feszültség nöekedni fog. A Mohr-féle kör átmérője először csökken, majd ponttá zsugorodik. Ekkor a talajtömegben hidrosztatikus feszültségállapot uralkodik, agyis x = z. A kompressziót toább fokoza a feszültségek iszonya megáltozik, a ízszintes főfeszültség nagyobb lesz mint a függőleges feszültség, a Mohr-kör átmérője tehát nöekedni fog. Ez a nöekedés a törés határállapot eléréséig tart, amely akkor köetkezik be, amikor a Mohr-féle kör érinti a Coulomb-féle egyenest. A talaj ekkor passzí Rankinefeszültségi állapotba kerül. A ízszintes főfeszültség értéke: xp tg z 45 2c tg xp K 2c z p K p ahol: K p tg 45 a passzí földnyomás tényezője. 2 2 A csúszólap hajlása a nagyobbik főfeszültséghez, amely most ízszintes irányú, szintén Passzí feszültségi állapot kialakulása Mohr-féle ábrázolásban 60

61 Passzí feszültség mélységbeli eloszlása kohéziós féltérben Vízszintes feszültségek összehasonlítása A három ízszintes feszültséget a súrlódási szög függényében ábrázola azt tapasztaljuk, hogy az aktí földnyomás a legkisebb, ennél alamiel nagyobb a nyugalmi földnyomás, a passzí földnyomás nagysága pedig a legnagyobb. A három ízszintes feszültség összehasonlítása Földnyomás kialakulása A talajjal érintkező különböző építmények határfelületén, az építmény és a talaj kölcsönös támaszkodása miatt kialakuló erő a földnyomás, amely minden esetben alamilyen földtömeg egyensúlyát biztosítja. Földnyomás nehezedik a földtömegek megtámasztására szolgáló támfalakra, a munkagödröket kibiztosító palló-falakra, alamint a földnyomás tartja egyensúlyban a kötélpályák kihorgonyzását és az íhidak pilléreit. A földnyomás számításához jól felhasználható a korábban izsgált égtelen féltér, amellyel a tényleges talajt helyettesíthetjük. 61

62 Nyugalmi földnyomás A nyugalomban léő ízszintes égtelen félteret osszuk ketté egy rugalmas ékony fallal úgy, hogy a földtömeg toábbra is zaartalanul nyugalomban maradjon. Az A-B falon E 0 nyugalmi földnyomás hat, amely ízszintes térszín és függőleges fal esetén - az egyensúly miatt - mindkét oldalon azonos nagyságú. Gondolatban együk el a földtömeget a fal egyik oldalától úgy, hogy a földtömeg nyugalmi állapotát a falazattal biztosítjuk. Belátható, hogy egy ilyen mozdulatlan szerkezetre a nyugalmi ízszintes feszültségek eredője fog hatni. A korábbiakból ismert, hogy a ízszintes nyugalmi feszültség nagysága a z magasságú falazat alján: K K x 0 z 0 z A feszültség eloszlása háromszög alakú. A hátfalra ható egyenletesen áltozó feszültség eredője - a nyugalmi földnyomás - arányos a háromszög területéel, értéke E0 K0 z z K 2 amely a háromszög magasságának alsó harmadában hat, iránya ízszintes térszín esetén ízszintes, mert feltételezésünk szerint sem a fal, sem a szemcsehalmaz nem mozdulhatott el sem ízszintes sem függőleges irányba. A képletben szereplő K 0 a nyugalmi nyomás tényezője. Értéke homoknál 0,40-0,50 agyagnál 0,60-1,00. Mozdulatlan szerkezetnek tekinthető - tehát nyugalmi nyomásra méretezhető - az épületek mere és mozdulatlan pincefala, agy a földbe sajtolt nagy átmérőjű, ékony falú cső, amelyből a földet eltáolítottuk. 0 z 2 2 Nyugalmi földnyomás értelmezése Aktí földnyomás Aktí földnyomás értelmezése kohézió nélküli talajokban Az aktí földnyomást előidéző aktí feszültségi állapot klasszikus formában akkor alakulhat ki, ha a falazat és a megtámasztott talajtömeg között nincs súrlódás. Ebben az esetben a falra ható aktí 62

63 földnyomás nagysága - a nyugalmi földnyomáshoz hasonlóan - a falazat hátfalán ható feszültségek eredőjeként számítható. Kohézió nélküli (c=0) talajtömegben z mélységben az aktí földnyomás: E a K a z z K 2 a z 2 2 ahol: K a tg 45 az aktí földnyomás tényezője. 2 2 A falra ható aktí földnyomás - E a mint erő - a feszültség mélység szerinti ábrázolását bemutató háromszög magasságának alsó harmadában hat, a falazatra merőlegesen. Aktí földnyomás értelmezése kohézió nélküli talajokban Aktí földnyomás értelmezése kohéziós talajokban Kohéziós talajok esetében (c0) miel az aktí feszültségi állapot feszültségeloszlása a fellépő kohézió miatt módosul, ezért az aktí földnyomás: E a 2 z Ka 2c z 2 K a Az aktí földnyomás nagysága itt is a feszültségeloszlási ábra területéel arányos. A földnyomás tehát, mint a falazatra ható ízszintes erő nem rétegezett talajban úgy nyerhető, hogy a háromszögábra területéből leonjuk a húzószilárdságnak megfelelő tagot. A területek figyelembeételéel az ábra trapéz lesz. Ennek súlyonalában helyezkedik el az E a aktí földnyomás támadáspontja, iránya pedig a falazatra merőleges. 63

64 Aktí földnyomás értelmezése kohéziós talajokban Aktí földnyomás érdes falazattal megtámasztott kohézió nélküli talajban Az eddigiekben feltételeztük, hogy a támasztófal hátfala sima, a talaj és a hátfal között súrlódás nincs, amelyet azonban csak elméletileg lehet elfogadni. A köetkezőkben izsgáljuk azt a alós helyzetet, amikor a száraz homoktömeget egy érdes fal támasztja meg, majd az alsó sarokpontja körül előrebillene az előbbihez hasonló módon kialakul az aktí földnyomás, miközben a talaj nem csak kifelé, hanem kissé lefelé is elmozdul, aminek hatására a talaj és a hátfal között súrlódás alakul ki. A klasszikus Rankine-féle feszültségi állapotban síknak tekintett csúszólapok a fal közelében eltorzulnak, sík szakasszal indulnak, majd görbe felületen folytatódnak, az E a aktí földnyomás pedig a hátfal normálisáal szöget zár be. Aktí földnyomás érdes falazattal megtámasztott kohézió nélküli talajban Aktí földnyomás meghatározása kohézió nélküli háttöltés esetén A Rankine-féle elmélet a falsúrlódást nem eszi figyelembe, ezért az aktí földnyomás meghatározása a természethez közelebb álló Coulomb által kidolgozott és később köetői által toábbfejlesztett elméletet használhatjuk. Ennek hibája az, hogy a csúszólapokat síklapnak tekintik. A közelítésből származó hiba azonban kohézió nélküli földtömegben fellépő aktí földnyomás esetén kisebb, mint amit az egyéb okokból (heterogenitás stb.) fellépő bizonytalanság okoz. A legelső földnyomás elméletek abból indulnak ki, hogy a falnak egy ferde síkon mere testként lecsúszó földprizmát kell egyensúlyban tartani. Jól megfigyelhető a jelenség, ha üegfal mögé színes homokból rétegeket helyezünk el és azt falmodellel tartjuk egyensúlyban. 64

65 A fal előrebillenésekor a homoktömeg nemcsak kifelé, hanem lefelé is mozdul az eredetileg egyenletesen "csíkos" homoktömeg pedig két jól elkülöníthető részre tagolódik: az AC onaltól jobbra eső homoktömeg megőrzi eredeti mozdulatlan helyzetét, a fal és az AC onal között egy háromszög keresztmetszetű "ék" képződik, amely omlásszerűen köeti a fal mozgását, felszíne lesüllyed, miközben súrlóda csúszik az AB és AC felületeken. Az ékelmélet kísérleti bemutatása Coulomb-féle földnyomás-elmélet kiterjesztése Ha a megtámasztó falazat és a lecsúszó homoktömeg között súrlódás an, akkor az AC csúszólap fal melletti szakasza eltorzul, az elmozdulási felület sík és íes szakaszból teődik össze, amely azonban jó közelítéssel síknak tekinthető. Az így kialakult állapot az alsó sarokpont körül előrebillenő súlytámasztófalak helyzetének felel meg. Az előbbiekből kiindula az első földnyomás elméletet Coulomb dolgozta ki az aktí földnyomás meghatározására, az általa felállított súrlódási törény alapján. A klasszikus Coulomb-féle földnyomás ékelméletét a későbbiek során toábbfejlesztették, és azt tetszőleges támfal és térszint esetére általánosították. A kiterjesztett értelmezésű földnyomás-elmélet feltételei a köetkezők: a csúszólap sík, amely felteés csak égtelen féltérben igaz, érdes fallal megtámasztott földtömegben csak közelítés; a szakadólapon a csúszás pillanatában fennáll a Coulomb-féle csúszási feltétel, agyis T N tg amely azt jelenti, hogy a csúszólapon fellépő Q reakció a csúszólap normálisáal szöget zár be; a fal és a talaj között súrlódást tételezünk fel, agyis a földnyomás a támasztófal hátfalának normálisáal szöget zár be, amely szög mindig kisebb, mint a fal és a talaj közötti súrlódási szög, agyis a földnyomás iránya nem léphet ki a súrlódási kúpból, a hátfal és a felszín sík, de általános helyzetű. A támasztófal hátlapja a ízszintessel a felszín szöget zár be. A földnyomás a hátfal normálisáal szöget zár be, a függőlegessel bezárt szöget -nek, a ízszintessel bezárt szöget pedig -nak neezzük. 65

66 Coulomb-féle földnyomás-elmélet kiterjesztése Aktí földnyomás számítása Egyensúly esetén a csúszó földtömeg G súlya, a Q csúszólapreakció, és a E a aktí földnyomás zárt ektorpoligont alkotnak. A csúszólap hajlásszögének () ismeretében meghatározható a lecsúszó talajtömeg súlya (G) és meghatározható a Q csúszólapreakció iránya. Az aktí földnyomás nagyságát a toábbiakban befolyásolja még értéke is. A ektorpoligonból felírható: E a G sin( ) sin( ) ahonnan: E a sin( ) G sin( ) Az aktí földnyomást tehát kétáltozós függény írja le, mégpedig adott talaj, támasztófal és térszín esetén -nak és -nek függénye: E a f (, ) Egyszerűsíthető a helyzet, ha értékét az adott geometriai helyzetnek megfelelően határozzuk meg: miel, ezért ahol a földnyomás hátfal normálisáal bezárt szöge. Nagysága általában: = 2/3, időszakos rezgésnek kitett fal esetében: = 1/3 állandó rezgésnek kitett fal esetében: = 0. értékének ismeretében is ismert, a megoldás tehát az, hogy az E a -ra adott függényből szélsőérték kereséssel meghatározzuk azt a szakadólapot, amelyhez tartozó E a a legnagyobb: 66

67 de a d Az analitikus eljárás eredményeként az aktí földnyomás nagyságára az 0 E a K a z 2 2 K a az aktí földnyomási szorzó, amelyre általános esetben K a sin( ) sin( ) sin( ) sin( ) sin( ) 2 összefüggést kapjuk. A képlet egyszerűsödik, ha függőleges a falazat, ízszintes a térszín és ízszintes hatásonalú a földnyomás: ekkor = 90, = = 0 K a tg agyis az eredeti Rankine-féle összefüggést kapjuk. Az általános esetre érényes képlet bonyolultsága miatt az aktí földnyomási szorzót táblázatból is kiálaszthatjuk. A táblázat megadja a földnyomás normális (K n ) és tangenciális (K t ) komponenseinek aktí földnyomási szorzóit, amelyből a földnyomás hátfal normálisáal bezárt szöge a tg = K t /K n összefüggésből, az eredő a K = K n /cos képletből számítható. Aktí földnyomás meghatározása grafikus eljárásokkal Az analitikus eljárás helyett a szélsőértékszámítás grafikus eljárásokkal is megoldható, amelyek közül az általános esetben jobban használható Engesser-féle szerkesztéssel és a speciális esetben gyors eredményt adó Rebhan-Poncelet-féle szerkesztéssel foglalkozunk. Engesser-féle szerkesztés Az Engesser-féle szerkesztés esetén az = és = határok között egy sorozat csúszólapot eszünk fel és rendre meghatározzuk a hozzájuk tartozó földék egyensúlyi helyzetéből az egyes földnyomásokat. Az így kapott értékeket a csúszólapok égpontjába megfelelő erőléptékben felraka azt tapasztaljuk, hogy az 0 ponttól táoloda egy ideig nőnek, majd csökkennek a kapott földnyomás értékek. Az erők égpontjait összeköte tehát egy maximummal bíró görbét kapunk, amelynek a maximum pontja megadja E a értékét, és a mértékadó csúszólap égpontját a felszínen. 67

68 Engesser-féle szerkesztés Poncelet-féle szerkesztés A Poncelet-féle szerkesztést a köetkező lépésekben kell elégezni: Az AB hátfal alsó A pontjából meghúzzuk a ízszintessel szöget bezáró természetes rézsűt, amely a talajfelszínt F pontban metszi. A hátfal B pontjából azzal + szöget bezáró irányító egyenest húzunk, amelyet a természetes rézsű onaláal metszésre hozunk (J pont). Az AF szakaszra mint átmérőre kört rajzolunk, a J pontot az AF egyenesre merőlegesen a kapott körre etítjük (L pont). Az AL táolságot körzőnyílásba ée az A középponttal átkörözzük L potot az AF egyenesre, kimetsze így D pontot. A D pontból párhuzamost húza az irányító egyenessel (BJ-el) megkapjuk a szakadólap C pontját. A CD táolsággal egyenlőszárú háromszöget rajzola (CDC'), a földnyomással arányos területű C'D = e oldalhosszú és p magasságú háromszöget kapunk, amelyből az aktí földnyomás: p e E a 2 ahol a háttöltés talajának térfogatsúlya. A földnyomás eloszlása a hátfalon háromszög alakú, amelyet felrajzolhatunk, ha a CDC' egyenlőszárú háromszöget azonos területű, falmagasságú derékszögű háromszöggé alakítjuk. Az aktí földnyomás támadáspontja a hátfal magasságú háromszög súlypontjának magasságában an (H/3), iránya a fal normálisáal szöget zár be. 68

69 Poncelet-féle szerkesztés Aktí földnyomás meghatározása kohéziós talajokban Míg a kohézió nélküli talajokban kialakuló aktí földnyomás meghatározása a talajmechanika jól kimunkált területe, addig a kohéziós földtestekben kialakuló földnyomás meghatározásáról ez nem mondható el. Ennek egyik oka, hogy az aktí földnyomás kialakulásában jelentős szerepet játszó nyírószilárdsági paraméterek meghatározása nem teljesen megoldott, másrészt, hogy az aktí földnyomás kialakulásához szükséges alakáltozás nagysága, alamint az alakáltozás és a földnyomás nagysága közti összefüggés nem határozható meg. A kohéziós földtömegben kialakult csúszólapon ugyanis a földnyomás értéke akkor marad csak állandó, ha a nyírószilárdság is állandó marad. A talajban fellépő nyírószilárdság nöekedéséel azonban elérjük a kohéziós talaj fundamentális nyírószilárdságát, amely fölött a nyírószilárdság akkor marad állandó, ha folyamatos, lassú alakáltozás köetkezik be, tehát a támfal állandó lassú kifelé billenéssel mozog. A mozgás megakadályozása esetén a nyírószilárdság lecsökken, mert a nyírási alakáltozás megszűnik, aminek hatására az egyensúly csak az oldalnyomás nöekedéséel tartható fenn. A kohéziós talajt támfallal tehát csak akkor lehet megtámasztani, ha a fal lassú, folyamatos kibillenése káros köetkezmények nélkül beköetkezhet. Amennyiben ez a mozgás nem jöhet létre (pl.: szerkezeti okokból stb.), a támfalat a nyugalmi nyomásra kell méretezni, számításba ée az esetleges duzzadásból származó többletterhelést is. Többek között ezért használnak homokos kaicsot a támasztófalak háttöltésének kialakításához. Passzí földnyomás A égtelen féltérben kialakuló kompresszió hatására a féltér passzí feszültségi állapotba kerül. Ezt az állapotot elméletileg úgy tudjuk megalósítani, hogy a támfalat a földtömeg irányába elbillentjük, tehát a fallal a földet nyomjuk. A természetben tágabb értelemben ez azt jelenti, hogy a talajtömeg alamilyen oldalirányú csúsztatótényezőel szemben ellenáll, amely lehet egy íhíd ellenfala, egy szádfal, agy kötélpálya hordkötelének kihorgonyzása. A passzí földnyomás tehát akkor lép fel, ha egy fal agy egyéb szerkezet a talajnak nyomódik. Nagysága mindig megegyezik a ható erő nagyságáal, s ha ez a külső erő legyőzi a talaj belső ellenállását, akkor egy kialakuló szakadólapon 69

70 csúszás indul meg és a földtömeg elmozdul, a külső erők a folyamatos csúszás miatt toább már nem nöelhetők. Feladatunk tehát - az aktí földnyomás izsgálatáal ellentétben - annak a legkisebb ellenállásnak a meghatározása, amelyet a talaj a rá ható erőel szemben ki tud fejteni. A passzí földnyomási problémák meghatározásakor mindig a köetkezőket kell szem előtt tartani: a földellenállás nagysága megegyezik a terhelőerő nagyságáal, azzal egybeesik, de iránya ellentétes, a síkalapok teherbírása főként földellenállásból származik, ezért a mérnöki létesítmények alamilyen formában hasznosítják, az építmény állékonyságát biztosító földellenállást sohasem szabad a passzí földnyomásig nöelni, ezt mint maximális földellenállást csak egy n=2-3 biztonsági tényezőel csökkente szabad felhasználni. Ez a csökkentett érték jelenti a szerkezet által a talajra maximálisan átadható nyomóerőt. A passzí földnyomás nagyságának meghatározásánál a féltér plasztikus állapotából indulunk ki. A kompresszió hatására kialakuló passzí feszültségi állapotból a passzí földnyomás nagysága meghatározható, ha a határfeltételek kielégítik a Rankine-féle feltételeket, agyis a féltér ízszintes síkkal határolt, a fal függőleges, a talaj és a hátfal között súrlódás nincs, a csúszólapot síknak tételezzük fel. Passzí földnyomási állapot Rankine szerint Passzí földnyomás számítása Az aktí földnyomásnál alkalmazott gondolatmenetet köete arra az eredményre jutunk, hogy: a mértékadó szakadólap hajlása a ízszinteshez 45 2 a passzí földnyomás nagysága a feszültségábra területéel arányos, így kohézió nélküli talajokban (c = 0) E p K p z 2 2 kohéziós talajoknál (c 0) 70

71 E p 2 z K p 2c z 2 K p ahol: K p tg 45 a passzí földnyomási tényező. 2 2 Passzí földnyomás csúszólapja A passzí földnyomás a Rankine-féle feltételek szerinti meghatározása csak erős közelítéssel igaz részben azért, mert a talaj és hátfal közti súrlódás nem hanyagolható el, másrészt a csúszólap alakja nem közelíthető síkkal, miel ez - ellentétben az aktí földnyomással - jelentős eltérést ad a alóságban kialakuló passzí földnyomástól a biztonság kárára. A korábbiaknak megfelelően most is a mere testként elmozduló földtömeg határegyensúlyát keressük, amely mozgás a körből és a hozzá érintőlegesen csatlakozó egyenesből álló csúszólap mentén köetkezik be. Passzí földnyomás csúszólapja Passzí földnyomás meghatározása táblázat felhasználásáal A szerkesztéses eljárással történő passzí földnyomás meghatározás - különösen kohéziós talajokban - nehézkes, amelyet elkerülhetünk, ha a E p 2 z K p 2c z 2 K p képlettel számolunk úgy, hogy a K p passzí földnyomási tényező helyébe olyan értéket helyettesítünk, amely figyelembe eszi azt, hogy a csúszólap alakja összetett felület. Ennek alapján határozták meg és táblázatba foglalták azokat az értékeket, amelyekkel a passzí földnyomás számítható. A táblázat a földnyomás normális és tangenciális komponensének hidrosztatikus szorzóit tartalmazza, amely alapján számítható a földnyomás irányszöge: tg K K t n 71

72 és az eredő földnyomás szorzója: K p K cos. n Szabad rézsűk állékonysága A földműeket alkotó földtömegek határolására sokszor célszerűtlen és gazdaságtalan költséges támasztófalakat használni, helyettük célszerűbb határolásukat ferde felületekkel, rézsűkkel kialakítani. Ezeket a rézsűket a ízszintessel bezárt szögük () és magasságuk (h) jellemzi. Adott talajt jellemző, c és értékek mellett azt tapasztaljuk, hogy állandó hajlás mellett nöele a rézsű h magasságát elérünk egy maximális magasságot, amelyet meghalada a rézsű egy csúszólap mentén lecsúszik. Ugyanezt a jelenséget tapasztaljuk, ha adott h állandó magasság mellett a rézsű meredekségét, értékét nöeljük. Általánosságban tehát kimondhatjuk, hogy minden rézsűmagassághoz egy hajlás, illete minden hajláshoz egy rézsűmagasság tartozik, amely még biztonságosan megáll. A csúszó felület mindkét esetben ott alakul ki, ahol a földtest belsejében a nyírószilárdság kimerül. A lecsúszó földtömeg laposabb rézsűel kerül nyugalomba, a szakadólapon fellépő nyírási ellenállás ekkor már elegendő a külső erők egyensúlyozására. A csúszási felületek ismerete és az állékonyság izsgálata tehát a földműek gazdaságos és biztonságos kialakításának feltétele. A köetkezőkben csak azokról a legegyszerűbb izsgálatokról lesz szó, amelyek homogén talajra onatkozó jó közelítések. Lecsúszott rézsű Csúszólaptípusok A rézsűel határolt földtestekben beköetkező csúszásokat izsgála azt tapasztaljuk, hogy a lecsúszó földtömeg íes csúszólap mentén mozdul el. Az elméleti izsgálatokban a kialakuló csúszólapot kör, kosárí agy logaritmikus spirállal helyettesíthetjük, amelyek közül a toábbi izsgálatainkban a kör csúszólapot fogjuk alkalmazni. A csúszólapokat elhelyezkedésük alapján két csoportba oszthatjuk: talpponti csúszólapról beszélünk, ha a csúszólap a talppontban, agy a fölött metszi a felszínt. A csúszólapnak ez a típusa általában a még sodorható agy annál keményebb talajban (I c > 0,75) kialakított meredek rézsűel határolt földtömegben fordul elő, alámetsző a csúszólap, ha a felszínt a talppont előtt metszi, amely típus a puha talajban kialakított lapos rézsűk esetén léphet fel. 72

73 Csúszólaptípusok Körülményektől függő árható legeszélyesebb csúszólapok A csúszólapok kialakulására a talaj állapotán és a rézsű hajlásán kíül hatással an a rézsű lába alatt elhelyezkedő szilárdabb réteg mélysége is, amelybe a szakadólap nem tud belemetszeni. A szilárdabb réteg helyzetét, a rézsű hajlását, magasságát alamint a talaj kohézióját és halomsűrűségét figyelembe ée hétféle csúszólap alakulhat ki. A csúszólap kialakulását befolyásoló keményebb réteg helyzetét a mélységi tényezőel () jellemezhetjük, amely: ahol: t h h h: t: rézsű magassága, szilárd réteg táolsága a rézsű talppontjától. Körülményektől függő árható legeszélyesebb csúszólapok Rézsűállékonysági izsgálatok A rézsűállékonysági izsgálatok során a probléma kétféle módon merülhet fel: az ismert nyírószilárdsági jellemzőkkel bíró talajban kialakított adott magasságú és hajlású rézsű töréssel szemben milyen biztonsággal rendelkezik, az ismert nyírószilárdsággal rendelkező talajban az adott magasságú (illete hajlású) rézsű előírt biztonság figyelembeételéel milyen hajlással (illete magassággal) építhető meg. 73

74 A kérdésekre a álaszt általában úgy kapjuk meg, hogy a földtömegben önkényesen felett felületeken meghatározzuk a törés létrejöttének feltételét, majd kikeressük azt a legkedezőtlenebb felületet, amely mentén a csúszási eszély a legnagyobb. A tapasztalat szerint a körhenger szakadólap felételének lehetőségei eltérőek a talpponti és az alámetsző csúszólapok esetében. Csúszólapok felétele A körhenger alakú talpponti csúszólapok jó közelítéssel a Jáky-féle szakadólap-felétellel szerkeszthetők meg. A hajlású rézsű A talppontjától a ízszintessel (+)/2 szöget bezáró húr meghúzásáal a felszínen C pontot kijelöljük, ahol - egyirányú húzást feltételeze - a szakadólap érintője és a ízszintes térszín által bezárt szög 45+/2. Az A pontban egyirányú nyomást feltételeze az érintő a rézsűel 45-/2 szöget zár be. Az A és C pontokba fenti szögekkel megrajzolt érintőkre állított merőlegesek kimetszik a szakadólap O középpontját. Talpponti csúszólap felétele Alámetsző csúszólap felétele A körhenger alakú alámetsző csúszólapok árható középponja mindig a rézsűt felező függőlegesen helyezkedik el úgy, hogy az OC sugár a ízszintessel maximálisan szöget zárhat be. Alámetsző csúszólap felétele Száraz homoktalajok állékonysága A száraz homoktalajok állékonyságát a szemcsék közötti súrlódás adja (c=0). Az ilyen talajban kialakított rézsű magasságától függetlenül akkor állékony, ha a rézsű hajlásszöge kisebb, mint a talaj súrlódási szöge. A biztonság tehát: 74

75 tg tg A finom homoktalajban nyitott rézsű a kapilláris (látszólagos) kohézió miatt a súrlódási szögnél jóal meredekebb rézsűel - esetenként függőleges falban - is megáll. Ezt azonban nem szabad figyelembe enni, mert a talaj kiszáradásakor agy átázásakor a jelenség megszűnik és a meredek rézsű hirtelen leszakad, könnyen súlyos balesetet okoza. Kötött talajok állékonysági izsgálata A kötött talajok állékonysági izsgálata során azoknak a gyakorlatban leggyakrabban előforduló talajoknak a izsgálatáal foglalkozunk, amelyek jelentős belső súrlódással bírnak ( = 5-25) és emellett már figyelembe ehető állandó kohézióal is rendelkeznek (c>10 kn/m 2 ). A rézsűk állékonyságának (biztonságának) ellenőrzésére szolgáló módszerek közül egy grafikus szerkesztési eljárással és egy elméleti alapon álló - annak eredményét grafikusan feldolgozó - módszert ismertetünk. Séd nyomatéki módszer A grafikus szerkesztési eljárások azt izsgálják, hogy a csúszólapon lecsúszó földtömeg G súlyát mekkora súrlódás és kohézió ellensúlyozza. Az úgyneezett séd nyomatéki módszer a körhenger csúszólap fölött elhelyezkedő földtestet célszerűen lamellákra bontja, amelyek egyensúlyát izsgálja. Egy-egy s íelemű lamella egyensúlyát a G súlyerőből származó T csúsztatóerő, Ntg súrlódó erő, cs kohéziós erő, alamint az oldallapokon fellépő E-E' földnyomás biztosítja. A számítás és szerkesztés egyszerűsítésére E és E' földnyomásokat egyenlőnek szokták feltételezni, amely elméletileg nem igaz. A gyakorlatban az ebből származó hibát nagyobb biztonsági tényező felételéel lehet ellensúlyozni. Séd nyomatéki módszer 75

76 A biztonság meghatározása A biztonságot úgy kapjuk, hogy a csúszást gátló erők O pontra számított eredő nyomatékát M 1 hasonlítjuk a csúszást előidéző erők O pontra onatkozó eredő nyomatékáal M 2. n M1 r ( c si Ni tg ) r ( c L tg i1 A csúszást előidéző erő a lamella G súlyának T tangenciális komponense, amelynek karja ugyancsak r, így nyomatéka n i1 N i ) M 2 r n T i i1 A biztonsági tényező: M M 1 2 c L tg n T i i1 n i1 N i A legeszélyesebb csúszólapot, - ahol a biztonság a legkisebb - most is különböző csúszólapok felételéel - próbálgatással - kereshetjük meg. Állékonysági tényező A séd nyomatéki módszer jól alkalmazható megléő rézsűk állékonyságának izsgálatára, de gyakran merülnek fel olyan problémák, amelyek megoldásához ismerni kell a rézsű hajlása, magassága és az egyensúly fenntartásához szükséges kohézió közötti összefüggést. A grafikus szerkesztést analitikusan köete a eszélyes csúszólap helyzete szélsőérték számítással határozható meg a geometriai méretek és a talajjellemzők ismeretében. A részletes leezetést mellőze a szükséges kohézió: c h h F( ; ; ; ) N c ahol: h: : : : : : a rézsű magassága, a talaj térfogatsúlya, a csúszólap húrjának hajlása a ízszinteshez, a rézsű hajlása, a csúszólap középponti szöge, a talaj belső súrlódási szöge, N c : az állékonysági tényező. Az állékonysági tényező N c dimenzió nélküli szám, amelynek értékére különböző szerzők különböző szempontokat figyelembe ée adnak meg értékeket. Ezek közül a Taylor-féle áltozatot ismertetjük, 76

77 amely a belső súrlódás () nagyságát is figyelembe eszi. A gyakorlat számára is használható égeredmény grafikon formájában áll rendelkezésre, amelyben a függőleges tengelyen az N c c h állékonysági tényező, a ízszintes tengelyen a rézsűhajlás (), a diagramban pedig paraméterű görbék annak ábrázola. A c, h, alapján kiszámított N c állékonysági tényező és a talajra jellemző paraméterű görbék segítségéel a ízszintes tengelyen a még éppen állékony rézsű hajlásszögét kaphatjuk meg. Fordíta is eljárhatunk, amikor adott és érték mellett meghatározzuk a szükséges N c értéket, amelyből a szükséges kohézió, illete a megengedett magasság meghatározható. Az ábrát egy eredményonal két zónára osztja: jobb oldali I. jelű zónában kizárólag a talpponti csúszólap eszélyes. A bal oldali II. jelű zónában - amely a laposabb rézsűk tartománya - három eset lehetséges: a rézsű és az altalaj homogén, a talpponti csúszólap a eszélyes, amely kissé belemetsz a rézsű altalajába is, a mélységi tényező értéke tehát 1-nél nagyobb; kis érték ( < 5) mellett fordulhat elő. A eszélyes csúszólap alámetsző, amely az A talppont előtt fut ki a terepre; a rézsű talpsíkja alatt olyan keményebb talaj helyezkedik el, amelybe a csúszólap nem tud belemetszeni. Kis súrlódási szögek esetén az A pont fölött a rézsűre kifutó csúszólap keletkezik. Állékonysági tényező értékei a rézsűhajlás függényében Taylor szerint 77

78 A három eset különböző onallal an feltüntete a grafikonban mindig ott, ahol annak előfordulása eszélyes lehet. Az ábrából látható, hogy az A pont alá metsző mélyebben futó csúszólap kialakulása akkor árható, ha 0. Ezért minden esetben, ha homogén talajban alámetsző csúszólapon köetkezik be a csúszás, arra köetkeztethetünk, hogy értéke a csúszás idején zérushoz közel állt. A biztonság meghatározása a Taylor-féle görbék segítségéel A biztonságot a Taylor-féle görbék segítségéel kétféle módon számíthatjuk: A tényleges nyírószilárdsági paramétereket ( és c értékeket) redukáljuk tg c tg és c 1,2 1,5 Az adott magasság (h), térfogatsúly () és redukált kohézió (c') alapján számított N c állékonysági tényező és ' alapján a grafikonból meghatározzuk a biztonságot adó rézsűhajlást. Az adott rézsűhajlás mellett a görbék metszéspontjainál sorra meghatározunk egy-egy N c állékonysági tényezőt, amelyből h és segítségéel kiszámíthatjuk a határegyensúlyhoz tartozó kohéziókat. A kapott összetartozó tg és c értékeket grafikonon ábrázola egy hiperbolához hasonló görbét kapunk, amelyhez = 1 biztonság tartozik. Felraka a diagramban a laboratóriumi mérések által meghatározott összetartozó tg és c értékeket, ezek egy foltban szóródnak. Amennyiben minden pont a = 1 görbe fölé, attól kellően táol esik, kiálasztunk egy A pontot a szórásmezőben és ezt összekötjük a 0 ponttal, amely egyenes az = 1 görbét az A' pontban metszi. Ezután külön súrlódási és külön kohéziós biztonsági tényezőt számolhatunk, ha az A ponthoz tartozó c és tg értékekhez az A' ponthoz tartozó c' és tg' értékeket hasonlítjuk: c tg c illete c tg A rézsű lecsúszással szembeni biztonságának meghatározása Rézsűállékonyság izsgálata nomogrammal Szabályos, külső terhelés nélküli, ízszintes felszínű homogén talajú rézsű biztonságát gyorsan meg lehet határozni numerikus megoldás alapján felállított grafikon segítségéel is. A nomogramban az adott rézsű biztonságát a rézsűhajlás () a súrlódási szög () és a kiszámított állékonysági tényező 78

79 (N c ) alapján egyszerűen megkaphatjuk. A nomogram felhasználható arra is, hogy az adott talajfizikai jellemzők és biztonság értékéből kiindula a rézsű geometriai méretét (agy a magasságot, agy a rézsűhajlást) meghatározzuk. A módszer a kritikus szakadólap helyét és a kör középpontját nem adja meg, tehát alkalmazása akkor jaasolható, ha ezen adatok ismerete a későbbiek során lényegtelen. Rézsűállékonyság izsgálata nomogrammal Víz hatása a rézsűállékonysági izsgálatokra A rézsűállékonysági izsgálatok lefolytatásakor rendkíül lényeges, hogy azokat ne a környezettől elonatkoztata égezzük. Az adott földtömeg belső tulajdonságai és a különböző környezeti tényezők (csapadék, nöényzet stb.) egymásra hatását a áltozási lehetőségekkel együtt kell izsgálni. A környezeti hatások közül a íz hatását és a dinamikus hatásokat kell kiemelni, amelyek közül a íz hatásáal foglalkozunk részletesebben. A talajba lassan besziárgó, agy ott jelenléő íz hatására a talaj nyírószilárdsága lecsökken, amelyet helytelenül a íz "kenőhatásáal" magyaráznak. Ez a felfogás tées, mert a íz legtöbb talajalkotó ásánnyal érintkeze azok súrlódását nöeli. A nyírószilárdság csökkenésének oka részben a íz hatására kialakuló nagyobb hézagtartalom - ott ahol az átázás és fellazulás lehetősége adott -, amely lazább talajtömeg nyírószilárdsága is csökken. Sokkal általánosabb jelenség azonban - és ezért állandóan figyelemmel kísérendő - a semleges feszültségek nöekedése miatt beálló nyírószilárdságcsökkenés az ismert összefüggés szerint. ( u ) tg c Mozaikos, repedezett szerkezetű agyagban a repedésekbe besziárgó íz részben hidrosztatikus terheléséel, részben duzzadásáal többletterhelést okozhat. 79

80 A talajban áramló íz járulékos hatása az áramlási nyomásban jelentkezik, amelynek eredményeként a tömegerő az áramlás irányába elferdül. Ezt a hatást földgátak esetében részben nagyobb záporok után a töltésben meginduló intenzí áramlás, részben a gátudar gyors leürítésekor a gáttestekből kiáramló íz hozhatja létre. A járulékos erő nagyságát az áramkép segítségéel tudjuk meghatározni. TALAJOK TEHERBÍRÁSA, ALAPOZÁSOK TERVEZÉSE Talajok teherbírása A talajok felszínén, agy a felszín alatt bizonyos mélységben elhelyezett alaptest fokozatos terhelésekor azt tapasztaljuk, hogy a terhelés hatására a talaj összenyomódik. A terhelés egy bizonyos határáig ez az alakáltozás az időben csökken, majd t idő múla megszűnik. Ebben a terhelési tartományban az alakáltozás arányos a terheléssel, a süllyedés sebessége a kezdeti maximumról nullára csökken. A terhelő felület alatt a talaj oldalirányú kitérése kicsi, a talaj tömörödik, így nyírószilárdsága és ezzel együtt teherbírása nő. A terhelés toábbi nöelésekor azt tapasztaljuk, hogy az alaptest alatti talajtömegekben plasztikus állapotban léő tartományok alakulnak ki. A süllyedések állandó terhelések mellett nem csökkennek, hanem állandósulnak. Ebben az állapotban a talaj oldalkitérése már jelentős, a nyírószilárdság a talajtömeg egyes részeiben már kihasználttá álik. A terhelés nöelésének hatására kialakuló harmadik fázisban az alakáltozások sebessége nő, az oldalirányú kitérés fokozódik, csúszólapok alakulnak ki, amelyek mentén a talaj törése beköetkezik, a terhelt felület eleszti alátámasztását. A fentiekből látható, hogy az alapozások terezésénél elsőrendű feladat a talaj teherbírásának jellemzésére egy úgyneezett "megengedett feszültséget" meghatározni, amely alatt azt értjük, hogy ilyen feszültséget alkalmaza sem a talajban sem az alapozásban, sem a felszerkezetben nem lép fel olyan alakáltozás, amely a szerkezet biztonságát, állékonyságát, ezzel rendeltetésszerű használatát eszélyezteti. Az alakáltozási feltételt kritériumként tartalmazó meghatározás alapján azonban nem lehet a talajra egy olyan megengedett igénybeételt meghatározni, amelyre bármilyen építmény alapozása megterezhető. Ennek oka, hogy az alakáltozási kritériumot kielégítő megengedett igénybeételt több tényező befolyásolja, amelyek közül a köetkezők a legfontosabbak: A talaj rétegződése, a rétegek minősége, állapota, belső ellenállásai. A terhelő felület nagysága. A törés beköetkezéséhez a csúszólapokon fellépő nyírási ellenállásokat kell legyőzni. Belátható - és elméletileg is alátámasztható -, hogy a terhelőfelület szélességének nöekedéséel arányosan (négyzetes arányban) nőnek a csúszólapok hosszai, amelyek hatására nő a nyírási ellenállás és a csúszólap fölött elhelyezkedő - az elmozdulást gátló - földtömeg nagysága. A terhelő felület alakja. A zárt terhelőfelületek alatt kialakuló csúszólapok a teherbírást nöelik Az alapozás mélysége. A mélyebbre helyezett alapozás teherbírása nagyobb, mert ekkor az alaptest alatti földtömeg elmozdulását az alaptest melletti földtömeg akadályozza. 80

81 Az alaptest anyaga és meresége. Az alaptest anyagára megengedett feszültségeket túllépe az alaptest törését okozhatjuk. Az alaptest meresége az alaptest alsó felületén fellépő feszültségek, a talpfeszültségek kialakulásának módját befolyásolja. A felépítmény szerkezete és rendeltetése. Attól függően, hogy a felszerkezet statikailag határozott agy határozatlan, különböző süllyedések, illete süllyedéskülönbségek engedhetők meg anélkül, hogy az egyes szerkezeti elemekben káros feszültségek keletkeznének. Az építés üteme. Miel a talajok nyírószilárdsága a terhelés felhordásának ütemében alakul ki a hatékony és semleges feszültségek kiegyenlítődése - a konszolidáció - miatt, ezért meg kell izsgálni, hogy az építési ütemnek megfelelően a nyírószilárdság is eléri-e a feltételezett értéket. A fenti összefoglalásból kitűnik, hogy a talajra nem lehet egy olyan jellemző igénybeételt meghatározni, amely a talaj állandó jellemzője lenne, úgy mint például a plasztikus index. Az alaptestek teherbírásának - törésének - meghatározására szolgáló elet a kis mélységbe alapozott, központos, függőleges terheléssel ellátott sáalap törőterhének meghatározására szolgáló sémáal mutatjuk be. Sáalap törőterhelésének meghatározása Kis mélységű alapozásoknál - mikor az alapozás mélysége nem nagyobb az alaptest szélességénél - az alapozás síkja fölötti talaj nyírószilárdságát elhanyagolhatjuk, hatását egy q=t egyenletesen megoszló terheléssel helyettesíthetjük. Erre az esetre a talaj tönkremenetelének elméletét Terzaghi dolgozta ki szemléletesen, amelynek alapja az alaptest alatt kialakuló felületeken fellépő passzí földnyomások meghatározása. Az ábrán bemutatott alaptest 2b=B szélességű t mélységben alapozott, amely fölött tehát a talaj nyírószilárdsága zérus, a réteget q=t egyenletesen megoszló terhelésnek tekintjük. Az érdes alap alatti talaj elmozdulását a súrlódás akadályozza, ezért itt egy rugalmas feszültségi állapotban léő földék alakul ki, amely az alaptesttel együtt nyomódik lefelé. Az elmozdulás feltétele, hogy az ék csúcspontja alatti talaj függőlegesen mozduljon el, amely azt jelenti, hogy a kialakuló csúszólapok érintője az alaptest tengelyébe húzott függőleges. A lefelé mozgó ABD földék AD, illete BD oldalán mint érdes felületen a földtömeg az ék mozgásáal ellentétesen felfelé mozdul el, kialakíta így egy DE csúszólapot. A DE csúszólap az AD csúszólapot D pontban metszi és itt a függőlegeshez érintőlegesen simul. Miel a passzí feszültségi állapotban a csúszólapok által bezárt szög 90+, ezért AD csúszólap a D pontban 90+ szöget zár be DE csúszólap irányáal a függőlegessel, amelynek köetkezménye, hogy AD csúszólap a ízszintessel szöget zár be. A DE csúszólap a felszín felé tart, miközben sugara D ponttól fokozatosan nő, majd E pont után egyenessé áltozik. Az íes DE csúszólap, amely a radiális nyírási tartomány, addig tart, amíg el nem éri a passzí feszültségi állapotnak megfelelő 45-/2 hajlású sík csúszólapot. Az A pontból 45-/2 hajlással indított sík kimetszi tehát E pontot, amely kijelöli az AE passzí feszültségi állapot és radiális nyírási állapot határát. Az AD csúszólapon fellépő súrlódás hatása eddig az AE egyenesig tart. A DE görbéhez E pontban húzott a ízszintessel 45-/2 szöget bezáró érintő a passzí feszültségi állapotban léő tartomány csúszólapját jelöli ki. 81

82 Sáalap törőterhelésének meghatározása Törőterhelés meghatározása A törőterhelés meghatározására leezetett összefüggések - köete a fenti egyszerű elméletet - passzí és aktí feszültségi állapotot, radiális nyírást esznek különböző módon figyelembe. A kapott egyenletek közös alakban a köetkező képletben foglalhatók össze: p t c N c t N q B N 2 b ahol: c: : t: b: talaj kohéziója, talaj térfogatsúlya, alapozás mélysége, alapozás szélességének fele, N c ; N q ; N b : teherbírási tényezők, amelyek táblázatból álaszthatók meg. A teherbírási tényezők nagyságát a legegyszerűbb esetekben, amikor a terhelés központos és függőleges, függényében táblázatból álaszthatjuk ki. Különleges alaptest-elhelyezést a Meyerhof-féle grafikonok (6 féle eset) felhasználásáal ehetjük figyelembe. Az alaptest alakját is figyelembe tudjuk enni, ha a Meischeider kísérletei alapján Schultze összefüggését használjuk. Ferde terhelés esetére Dubro ezetett le összefüggést. A törőterhelés meghatározása után a megengedett feszültség: ahol: meg p t n n: biztonsági tényező (2-4 közötti szám). n értékét az építmény érzékenysége szerint kell megálasztani. Alapozási mód megálasztása Az építmények alapozásának terezésekor mindig törekedni kell arra, hogy nyílt alapgödörben elhelyezett síkalapokat (sáalap, pilléralap, lemezalap) terezzünk, mert ez a módszer általában 82

83 gazdaságos, emellett a legegyszerűbben kiitelezhető is. Síkalapozás minden esetben alkalmazható, ha alamilyen kizáró ok azt nem teszi lehetetlenné, amelyek a köetkezők: a terhelés a talajban nagyobb feszültséget okoz mint a megengedett feszültség, talajcserés alapozásra pedig nincs mód, agy gazdaságtalan, nagy, agy egyenlőtlen süllyedések lépnek fel, eszélyeztete az építmények állékonyságát. (Ez főként akkor fordul elő, ha az alaptest alatt eltérő agy nagy összenyomódású rétegek helyezkednek el, különböző rétegastagságban, agy különböző terhelésnek kitée), a felső talajréteg teherbírása kicsi, összenyomódása nagy, ezért síkalapozást csak gazdaságtalan méretekkel lehetne létesíteni, magas talajízszint esetén, ha az alapgödör íztelenítése a hidraulikus talajtörés árható beköetkezése miatt nyílt íztartással nem ízteleníthető. Szádfalazás szükséges mélysége A hidraulikus talajtörés főként szemcsés talajokban fordulhat elő, ahol a nagy ízáteresztő-képességi együttható miatt fellépő nagy áramlási nyomás a talajszemcséket magáal ragadja. A hidraulikus talajtörés ellen úgy édekezhetünk, hogy az alapgödör alsó szintje alá t mélységig szádfalat erünk, amely egyben a függőleges rézsűben meg nem álló talajt is megtámasztja. A szádfal szükséges t mélysége a kritikus hidraulikus gradiens alapján számítható t h ( 1 i 2 i krit krit ) n ahol: n: biztonsági tényező (3-4 közötti szám). A kizáró okok alamelyikének előfordulása esetén tehát mélyalapozást (cölöp, szekrény, kút) kell terezni. Szádfalazás szükséges mélysége Alapozási sík felétele Az alapozások terezésének első lépése, hogy meghatározzuk azt a mélységet, agy mélységeket, amelyekben az alapozás síkja felehető. Terezéskor mindig a szerkezetileg szükséges minimális alapozási síkból indulunk ki, a köetkezők figyelembeételéel: 83

84 az építmény szerkezeti kialakítása (pince, garázs an-e?); mindig fagyhatár alá alapozunk, amely Dunántúlon: 0,80 m, Budapesten és az Alföldön: 1,00 m, Szeged-környékén: 1,20 m; az alapozást arra a rétegre helyezzük, amely elegendő teherbírású. Kis teherbírású rétegek közötti ékony (0,20-0,40 m astag) nagyobb teherbírású rétegeket ilyenkor nem szabad figyelembe enni. Meg kell izsgálni, hogy a mélyebben léő kis teherbírású rétegekben nem keletkezik-e káros feszültség és alakáltozás; figyelembe kell enni azt, hogy a mélyebben fekő rétegek jobban terhelhetők, összenyomódásuk kisebb; szemcsés talajoknál lehetőleg a talajízszint fölé alapozzunk. Amennyiben ez nem lehetséges, szádfalazást alkalmazzunk; terhelt homokrétegben a ízszintingadozás roskadást idézhet elő; a terhelt és átázott lösz roskad, ezért az alapozás terezésénél körültekintően kell eljárni; ízfolyást áthidaló hidak hídfői és pillérei alapozási síkját úgy kell felenni, hogy kimosás ne keletkezzen. Alaptestek süllyedésének számítása Az alapozások terezéséel kapcsolatban felmerülő toábbi kérdés, hogy a megfelelő teherbírású alap alatt ébredő feszültségek hatására mennyire nyomódik össze a talaj, agyis mekkora lesz az építmény árható süllyedése. Ismert, hogy alakáltozás a talajban akkor lép fel, ha az egyensúlyban léő földtömegben a feszültségek megáltoznak. A megnöekedett feszültségek által létrehozott összenyomódás hatására új egyensúlyi állapot áll elő. Az összenyomódás nagysága a h h M elemi összenyomódások összegezéséel számítható, ahol: h: az összenyomódás, h: : az összenyomódó réteg astagsága, a rétegben keletkező átlagos feszültség, M: összenyomódási modulus. Az összenyomódási modulus értékét a talaj kompressziós görbéje alapján tudjuk meghatározni a alóságban fellépő terhelési iszonyok alapján. A kompressziós jelenségek tárgyalásakor megállapítottuk, hogy a talajban csak az a többletfeszültség okoz összenyomódást, amely meghaladja a talajra addig hatott legnagyobb előterhelést. Ilyen előterhelést jelent a tereprendezés során eltáolított talajréteg, illete a lemélyített alapgödörből eltáolított talaj. Ekkor az alapozás alatti 84

85 talajrétegben csak az a terhelés okoz összenyomódást, amely meghaladja az eredeti felszíntől mért mélységben számított függőleges önsúlyfeszültséget. A süllyedésszámítást addig a rétegig kell általában elégezni, ameddig az összenyomódás az építményre kihat. Amennyiben egy gyakorlatilag összenyomhatatlan réteg jelentkezik az alaptest háromszoros szélességének megfelelő mélység fölött, akkor addig, különben egy határmélységig kell az összenyomódás számítását elégezni. A határmélység ott an, ahol a terhelésből származó feszültég geostatikai előterheléssel csökkentett értéke az eredetileg működő függőleges önsúlyfeszültség 20%-át éri el. Az alaptest mindig rendelkezik bizonyos fokú mereséggel, ezért a áltozó talpfeszültség hatására különböző feszültségek ébrednek az alaptest alatt, amelyek különböző összenyomódásokat okoznak. Kiálasztható az alaptesten egy olyan pont, amely alatt ébredő feszültséggel számított süllyedés az alaptest átlagos süllyedését adja. Ezt a pontot karakterisztikus pontnak neezzük, és az itt ébredő feszültséggel a süllyedések könnyen meghatározhatók. A karakterisztikus pont alatt ébredő feszültségeket táblázat tartalmazza, amelyek segítségéel a feszültségeloszlás felrajzolható. A táblázatban a relatí mélység: B z és L B (sáalapnál nulla) függényében z az ébredő feszültségek fajlagos értéke. p A képletekben: z: B: L: a izsgált mélység, az alaptest kisebbik mérete, az alaptest nagyobbik mérete, p: az alaptest alatt ébredő talpfeszültség, amely csökkente an a geostatikai előterheléssel. A süllyedésszámítás lépései A süllyedések számítását az előbbiek alapján a köetkező lépésekben égezhetjük el: Felázoljuk az alaptest helyzetét, és a talaj alap alatti rétegződését. Az eredeti talajfelszíntől számíta meghatározzuk a függőleges önsúlyfeszültségek nagyságát, és eloszlásukat felrajzoljuk. Kiszámíthatjuk a geostatikai előterhelést, agyis annak a hatékony feszültségnek a nagyságát, amellyel az alap alatti talajrétegek tehermentesülnek a tereprendezés és az alap földkiemelése során. Az alaptestre ható terhelések alapján meghatározzuk a talpfeszültséget, amelyből kionjuk a geostatikai előterhelést és ennek felhasználásáal a karakterisztikus pont alatt ébredő feszültségeket táblázatának segítségéel az alap tengelyében fellépő függőleges feszültségeket meghatározzuk és felrajzoljuk a feszültség-eloszlási ábrát. 85

86 A feszültség-eloszlási ábrába berajzoljuk az eredeti talajfelszíntől mért függőleges önsúlyfeszültségek 0,20-szorosának megfelelő feszültségeloszlást. A két feszültségeloszlás határonalának metszéspontja így kijelöli a határmélységet. A kapott feszültség-eloszlási ábrát célszerűen felett trapézokra bontjuk, agyis a diagram görbe onalát simuló egyenesekre bontjuk. A trapézok párhuzamos oldalait úgy célszerű felenni, hogy azok természetes réteghatárokkal egybeessenek, illete a astag réteget célszerű több trapézra bontani, hogy a simuló egyenesek jól fedjék az eredeti görbét. A teljes talajréteg összenyomódását az egyes elemi rétegek összenyomódásának összegezéséel állapíthatjuk meg. A süllyedés kiszámítása Egy elemi réteg összenyomódása: Süllyedések számítása h i zi hi M i ahol: h i : i-edik elemi réteg összenyomódása, h i : i-edik elemi réteg magassága, zi : i-edik elemi rétegben működő átlagfeszültség (a trapéz középonala), M i : i-edik elemi talajrétegre jellemző összenyomódási modulus. A teljes összenyomódás: 86

87 h n i1 h i ahol: n: elemi rétegek száma. A fenti módszernél annak pontosabb eljárások, azonban a mérnöki gyakorlatban előforduló problémák legnagyobb részének megoldásához ez az eljárás is kellő pontosságot biztosít. ÚTÉPÍTÉSEK TALAJMECHANIKÁJA A földmű és a pályaszerkezeti rétegek teherbíró-képesség mérése Az utak pályaszerkezetének teherbírása nagymértékben függ a földmű teherbírásától. A teherbíró képességi izsgálatoknak az a célja, hogy segítségéel a földmű, az egyes pályaszerkezeti rétegek, illete a teljes pályaszerkezet terheléssel szembeni ellenállását és a deformáció nagyságát, illete ezek áltozását meghatározzuk. A izsgálatokkal kapott értékeket aztán a pályaszerkezet méretezésére, építés közbeni minőség ellenőrzésre és kész burkolat állapota időbeli áltozásának jellemzésére használhatunk fej. A teherbíró-képesség mérésére négyféle eljárást ismertetünk: CBR % meghatározás: földmű jellemzésére; Tárcsás teherbírási izsgálat: földmű, alap, burkolat jellemzésére; Behajlásmérés: burkolat és kötött alapréteg jellemzésére; Könnyűejtősúlyos és nehézejtősúlyos dinamikus teherbírási izsgálat: burkolat és kötött alapréteg jellemzésére. CBR% meghatározása A CBR% (California Bearing Ratio) a talaj teherbírásának jellemzésére Californiában kidolgozott iszonyszám, amelyet a pályaszerkezet terezéséhez, illete építés közbeni ellenőrzéshez használunk fel. A CBR% egy olyan százalékban kifejezett iszonyszám, amely azt mutatja meg, hogy az adott talaj teherbírása hogy iszonyul az összehasonlítási alapul álasztott szabányos felépítésű tömör zúzottkőréteg teherbírásához. A izsgálat 29 mm átmérőnél kisebb szemcséket tartalmazó talajon égezhető el, amelynek lényege a köetkező: CBR edénybe zaart talaj mintát tömörítünk rétegenként a kísérlet céljainak megfelelő tömörségi fokra. Ezután a talajmintát a nyomógépbe tesszük, és egy 50 mm átmérőjű hengert nyomunk a mintába, miközben mérjük a terheléshez tartozó benyomódást. Az így kapott terhelésbehatolás p-s görbét egy szabánygörbéhez hasonlítjuk, amelyet egy előírt tömörségű tömör zúzottkő rétegen állalapítottak meg. Ehhez a 2,5 és 5,0 mm behatoláshoz tartozó fajlagos terheléseket hasonlítjuk össze, 100 %-nak ée a szabányos felépítésű tömör zúzottkő rétegben mért fajlagos terhelés nagyságát. A kapott értéket százalék formájában adjuk meg. CBR% p 2,5 100, 7000 CBR% p 5,

88 ahol: p 2,5 illete p 5,0 : a 2,5, illete 5,0 mm benyomódáshoz tartozó nyomás (kn/m 2 ); 7000, illete 10500: a fenti benyomódásokhoz tartozó nyomás a szabányos zúzottkő rétegen (kn/m 2 ). A 7000, illete kn/m 2 -es nyomás 13,7 illete 20,6 kn benyomó erőnek felel meg. A két érték közül a nagyobb a talajra jellemző CBR %, melynek közelítő értékelése a köetkező: CBR=2-4% gyenge elázott, agy nem tömör földmű, CBR=5-7% közepesen méréskelt teherbírású földmű, CBR=7-15% megfelelő teherbírású földmű, CBR= 16-20% jó és kiáló teherbírású földmű. Nyomógép CBR izsgálat laboratóriumi görbéi 88

89 Teherbíró-képesség meghatározása tárcsás módszerrel Tárcsás berendezéssel az elkészült földműön, agy a kész burkolaton mérhetjük a teherbíróképességet. A burkolaton mért teherbíró-képesség a burkolat és a földmű együttes teherbíróképességére lesz jellemző. A izsgálat során 30 cm átmérőjű tárcsát terhelünk (pl. hidraulikus emelő és tehergépkocsi ellensúly segítségéel). A terhelést lépcsőzetesen adjuk a tárcsára - kiára a konszolidációt - miközben mérjük az egyes terhelési lépcsők hatására beköetkező deformációkat. A p=400 kn/m 2 terhelés elérése után tehermentesítjük a tárcsát, majd másodszor is elégezzük a terhelést. A két terhelés adataiból megszerkesztjük a terhelés-behatolás (p-s) görbéket. Az első terhelés görbéje az origóból indul és meredekebb, a másik görbe - a maradó alakáltozás miatt - az s tengelyből indul és laposabb. Az E 2 (kn/m 2 ) teherbíró-képességi modulust a második görbe alapján számítjuk: E 2 1, 5 p r s ahol: r: tárcsa sugara (0,15 m), p: legnagyobb nyomás (400 kn/m 2 ), s: második göbe elején és égén mért süllyedések különbsége (m). A kapott E 2 modulus értékelése a földműeken a köetkező: E 2 = MN/m 2 gyenge, elázott nem tömör földmű, E 2 = MN/m 2 közepesen gyenge teherbírású földmű, E 2 = MN/m 2 megfelelő teherbírású földmű, E 2 = MN/m 2 jó és kiáló teherbírású földmű. Tárcsás terhelőberendezés 89

90 Tömörségi tényező Tárcsás teherbírás izsgálat erő-alakáltozás görbéi A izsgálatnál kapott két göbéből egy toábbi jellemző értéket a tömörségi tényezőz is meg tudjuk határozni. Ez az érték a teherbírásra is és a tömörségre is jellemző szám, amely az alábbi összefüggéssel számítható: T t E E 2 1 s s 3, 3 s s 2, 2 ahol E 2 : második görbe alapján számított teherbíró-képességi modulus (MN/m 2 ), E 1 : első görbe alapján számított teherbíró-képességi modulus (MN/m 2 ), s 2, s 3 : 200, illete 300 kn/m 2 nyomásnál leolasott süllyedés az első görbéről (mm), s 2, s 3 : 200, illete 300 kn/m 2 nyomásnál leolasott süllyedés a második görbe alapján (mm). Amennyiben T t =1 (E 1 =E 2 ) akkor a földmű, szerkezeti réteg tömörsége jó, miel a terhelés hatására tömörödés nem jött létre. A 2,0-nál nagyobb értékű teherbírási tényező a földmű agy szerkezeti réteg nagyfokú teherbíró-képesség csökkenésére utal, amelynek oka a tömörítetlen földmű, szerkezeti réteg, illete a földmű elázása. Az ilyen nagy értéket mutató helyeken a teherbírás csökkenés okát gondosan meg kell izsgálni. Behajlásmérés A pályaszerkezet teherbírása jellemezhető a terhelés hatására beköetkező rugalmas alakáltozással a behajlással. A méréseket a pályaszerkezeti rétegek agy a kész burkolat felületén égezzük el tehergépkocsi terhelést alkalmaza. A behajlásmérés alapele az, hogy a terhelt tehergépkocsi ikerabroncsa közé a maximális behajlás helyén a kerék felfekési középpontjába elhelyezett 1:1 90

91 arányú mérőkarokkal rendelkező behajlásmérőről leolasott és 50 kn keréksúlyra lineáris összefüggést feltételeze átszámított alakáltozást neezzük behajlásnak. Behajlásmérés eszközei A billenőkaros behajlás mérhető: automatikus mérőkocsial, kézi behajlásmérőel. Behajlásmérés alapele Az automata mérőkocsi a méréseket haladás közben folyamatosan méri. A mérőkocsi a berendezés mérőcsúcsát a kerék elé helyezi el és ehhez, mint kiindulási állapothoz iszonyítja a benyomódás nagyságát, ami bizonyos eltérést ad az eredeti behajlásméréshez iszonyíta. Az automatikus mérőkocsi 2 fő (gépkocsiezető és mérőtechnikus) személyzettel mintegy 4 m-enként méri a pályaszerkezet alakáltozását, miközben rögzíti a szelényezési értékeket is. Mód an arra is, hogy mérés közben az út egyes elemeinek (útcsatlakozás, asúti átjáró, híd stb.) szelényezési értékeit is rögzítsék. Az adatok adathordozóra kerülnek, amelyeket számítógép megadott program szerint értékel. A mérőkocsi teljesítménye óránként 2,5 km, egy műszakban mintegy 20 km. A méréseket a közúti minőségellenőrző laboratóriumok tudják elégezni. Az egy forgalmi sáos erdészeti utakon a mérés idejére a forgalmat le kell zárni, mert a mintegy 16 t tömegű, az alázra függesztett mérőberendezés miatt alacsony szabad magasságú nagy értékű tehergépkocsi a keskeny és puha padkára, agy terepre a meghibásodás komoly eszélye nélkül nem tud lemenni. A kézi behajlásmérő (Benkelmann-tartó) egy állányra elhelyezett kétkarú emelő, amelynek egyik karja tapogatócsúcsban égződik, másik karjának égén pedig egy mérőóra található. A mérőóra segítségéel a kar elmozdulása mérhető. Vékony pályaszerkezeteken az 1:1 arányú mérőkarokkal bíró kézi behajlásmérőel égzett behajlásméréseknél az a probléma, hogy a berendezés állányának lábai a pályaszerkezet deformálódó szakaszára eshetnek. A hazai iszonylatban is megerősített tapasztalatok alapján ékony pályaszerkezetnél az ebből származó hiba jelentős lehet. Azért, hogy a behajlásmérő talpai a tehergépkocsitól táolabb kerüljenek, a tapogatócsúcs felé eső mérőkart 2- szeresére kellett megnyújtani, tehát a mérőkarok aránya így 2:1 lett. Ez a túlnyújtás általában elég ahhoz, hogy a lábak deformációmentes helyre kerüljenek, a műszer hossza pedig még ne befolyásolja 91

92 a kezelhetőséget. Kedezőtlen ennél az elrendezésnél az, hogy a leolasott értékből a alódi értéket kettőel aló szorzás után nyerjük, ami az esetleges hiba nagyságát is ugyanígy nöeli. Gondos méréssel azonban ez a hiba minimálisra csökkenthető és a árható égeredményt nem befolyásolja. Módosított behajlásmérő Kézi behajlásmérés A kézi behajlásméréshez 1 db rakott tehergépkocsi ezetőel, 2 db kézi behajlásmérő és 3 fő mérőszemélyzet szükséges. Miel az ikerabroncsok alatti maximális behajlás helyének pontos megítélése bizonytalan, az automata behajlásméréshez hasonlóan, az érzékelő csúcsot a kerékfelfekés elé helyezzük. Méréskor az egyik behajlásmérőt a jobb, a másikat a bal ikerabroncs közé toljuk be hátulról úgy, hogy az érzékelő csúcs a kerékfelfekés elé kerüljön. Ezután a tehergépkocsi legalább 3 m-t előre gördül, miközben a mérendő hajlékony pályaszerkezet benyomódik, amelyet mérőóráal regisztrálunk. A behajlás értékét a mérőóra kétirányú kitérésének összege adja. A mért behajlásokat az összehasonlíthatóság miatt 50kN kerékterhelésre kell átszámítani lineáris összefüggést feltételeze a terhelés és a behajlás között: s b s, b 50, 0 S ahol: s b : behajlás az 50,0 kn kerékterhelés alatt (mm), s b : behajlás az S kerékterhelés alatt (mm), S: kerékterhelés (kn). A kapott behajlás értékek a teherbírással fordítottan arányosak. A behajlásmérést mindig a taaszi időszakban kell elégezni, mert ekkor legkeésbé teherbíró az altalaj, tehát ezek tekinthetők a mértékadó behajlásoknak. A behajlásmérés előnye az, hogy sok mérést gyorsan tudunk égrehajtani. A behajlásméréseket 50, 100 m táolságokban szokták elégezni, és az egyes szakaszok teherbírását hossz-szelényszerűen ábrázolni. (100 m-enként mére naponta kb. 20 km utat lehet égigmérni.) A hibás szakaszok az ilyen ábrázolásban erősen kiugranak. A behajlásmérés eredményei ezért felhasználhatók építés közbeni ellenőrzésre és a pályaszerkezet megerősítésének terezésére. Módosított behajlásmérés 92

93 Könnyűejtősúlyos dinamikus teherbírás izsgálat A izsgálat lényege, hogy meghatározott tömeget adott magasságból ezetőrúd közbeiktatásáal ejtegetünk egy 300 mm (150 mm) átmérőjű tárcsára. Az ejtősúly a peremfeltételek ismeretében számítható terhelést ad át a tárcsának. Az eszköz a tárcsa dinamikus terhelésének köetkeztében létrejött süllyedést méri, amelyből a dinamikus teherbírási modulus számíthatóá álik. A izsgálati eljárás legfeljebb 63 mm legnagyobb szemnagyságú, legfeljebb a tárcsaátmérő mintegy kétszeresének megfelelő astagságú friss anyagréteg, agy földműréteg izsgálatára alkalmas. A kapott eredmények statikus tárcsás méréssel aló összeetése az eltérő modellalkotásnak köszönhetően nem minden talaj esetében oldható meg. Könnyűejtősúlyos dinamikus teherbírásmérés Nehézejtősúlyos teherbírásmérő berendezés A berendezés egy adott magasságból leejtett súllyal szimulálja a mozgó kerék által okozott terhelést és így sokkal alkalmasabb a forgalom okozta ismétlődő, dinamikus terhelések szimulálására, mint a statikus, félig-statikus agy a ibrációs terhelések. A terhelési idő csupán ms, ami körülbelül egy km/h sebességgel közlekedő tehergépkocsi igénybeételeiel egyenlő. A készülékkel égzett mérési sorozat lehetőé teszi a izsgálatot égző mérnök számára a behajlási teknő meghatározását ellenőrzött terhelés mellett, amely megbízhatóbb és részletesebb minden más, jelenleg létező izsgálati eljárásnál. A készüléket a pályaszerkezet függényében (szerkezeti rétegek meresége, felépítése) széles határok között áltoztatható terhelőerő (7 120 kn) jellemzi, ami így szinte bármilyen típusú burkolat esetében alkalmazható (makadám, hajlékony, illete félmere). A mérés megbízható és gyors, akár 60 mérési pont/óra. A behajlási teknő lényegesen több információt szolgáltat a pályaszerkezet pillanatnyi állapotáról mint a központi behajlás, így pontosabban határozható meg annak teherbírása, hátraléő élettartalma és a szükséges erősítőréteg astagsága. 93

94 Nehézejtősúlyos teherbírásmérő mérés elének ázlatos bemutatása Útépítés köetelményei a földműel szemben A pályaszerkezetet alátámasztó földmű állapota és teherbíró-képessége nagymértékben befolyásolja a pályaszerkezet élettartamát. A földműek állékonysága akkor biztosított, ha azokat megfelelően tömöríte építjük. Az út pályaszerkezetét alátámasztó földműel szemben toábbi köetelmény, hogy teherbíró legyen, tehát a ráhelyezett rétegeket úgy támassza alá, hogy megengedhetetlenül nagy, agy maradó alakáltozások a forgalom terhelésének hatására ne alakulhasson ki. Ezt a feltételt csak úgy lehet kielégíteni, hogy a tömörítést célszerűen a talajhoz legjobban alkalmazkodó tömörítő eszközzel, optimális tömörítési íztartalom mellett égezzük el. Az így égzett tömörítés egyben a leggazdaságosabb is. Tömörség jellemzése A talaj tömörségének jellemzésére a talaj száraz halomsűrűségét használhatjuk fel. Ez lehetőé teszi, hogy a áltozó íztartalmú földből ett mintákat össze lehessen hasonlítani, kikapcsola így a íz hatását. A száraz halomsűrűséget az alábbi összefüggéssel számíthatjuk: ahol: m d d V m d : kiszárított zaartalan minta tömege (kg), V: minta eredeti térfogata (m 3 ) A minta nedes halomsűrűsége (ρ n ) és a íztartalom (w%) ismeretében a száraz halomsűrűség közetlenül is számítható: d n w% A száraz halomsűrűség a háromfázisú talaj w% íztartalma, l% leegőtartalma és ρ s testsűrűsége alapján is számítható: 94

95 d l% s s w% összefüggéssel. Ez a képlet jól szemlélteti, hogy a tömörített talaj száraz halomsűrűségét főként három tényező befolyásolja: a íztartalom nagysága (w%), a talajfajta (ρ s ), a tömörítési munka (l%). A talajok tömörsége tehát nem írható elő egyetlen (ρ dmin ) minimális száraz halomsűrűséggel, hanem mindig meg kell állapítani laboratóriumban, hogy mekkora a talaj legnagyobb száraz halomsűrűsége, amelyet a tömörítő gépek hatásának megfelelő tömörítési munkáal, egy adott kedező íztartalomnál állítunk elő. A földmű építése során a betömörített földműből kiett talajminta száraz halomsűrűségét (ρ d ) hasonlítjuk ezután a fent értelmezett legnagyobb száraz halomsűrűséghez (ρ dmax ) amelyet százalékban kifejeze tömörségi foknak, agy relatí Proctor tömörségnek neezünk: T r d d max A ρ dmax legnagyobb száraz halomsűrűséget, amelyet 100%-os tömörségnek fogadunk el, Proctorizsgálattal határozhatjuk meg. A hazai előírás a tömörség izsgálatát módosított Proctor-izsgálattal írja elő, amely abban tér el az eredeti standard Proctor-izsgálattól, hogy 4,5-ször nagyobb fajlagos tömörítő munkáal tömöríti be a talajt, ezért nagyobb száraz halomsűrűséget (iszonyítási alapot) kapunk, kisebb optimális tömörítési íztartalom mellett. A Proctor-görbék mellé felrajzolhatók a különböző telítettségnek megfelelő onalak az alábbi képlet felhasználásáal: 100 d s w s 1 S A Proctor-görbét így elemeze a köetkezőket tapasztaljuk: a íztartalom nöekedéséel egy ideig a száraz halomsűrűség is nő egy maximumig, dmax maximális száraz halomsűrűség eléréséig, amelyhez tartozó íztartalom az optimális tömörítési íztartalom (w opt ). Eddig a pontig tart a görbe száraz oldala, amelyen túl nöele a íztartalmat a száraz halomsűrűség folyamatosan csökkenni kezd. A nedes oldalon a görbe leszálló ága az S=1,00 (l=0%) telítettségi onalhoz közelít, de azt sohasem éri el. Ennek oka, hogy a talaj S=0,90 telítettség után már nem mutatja a háromfázisú rendszer tulajdonságait a leegő szabad áramlásának nagyfokú akadályoztatása miatt, hanem ún. látszólagos kétfázisú rendszert alkot. A talajba szorult néhány százalék leegő ilyenkor már csak jelentős többletmunkáal űzhető ki. 95

96 Víztartalom-áltozás hatása a száraz halomsűrűségre Tömörség ellenőrzése A tömörségi előírások betartása és betartatása rendszeres tömörség-ellenőrzéssel hajtható égre. A tömörített rétegből legalább három helyen (felül, középen, alul) kelt mintát enni, hogy a réteg tömörségéről kellő képet alkothassunk. A tömörség ellenőrzési módjai a köetkezők: Kötött talajok esetében, kiszúróhengerrel ismert térfogatú zaartalan talajmintát kell enni, melynek kiszárítása után a - száraz halomsűrűséget közetlenül meghatározhatjuk. Homokszórásos térfogatmérést főként szemcsés talajok esetében alkalmazhatunk. Ennek Lényege az, hogy a talajból kiett cm mély gödör térfogatát a töltőrekeszes homokszóró berendezés segítségéel határozzuk meg. A gödör térfogatát a homokszóróból kiengedett finom homok tömegéből és a kalibráláskor meghatározott halomsűrűség segítségéel tömegmérésekkel tudjuk meghatározni. Ennek és a minta száraz tömegének ismeretében a száraz halomsűrűség számítható. A szabálytalan alakú gödör térfogatát gumimembrános készülékkel is meghatározhatjuk. A cm mély gödörből kiett talaj száraz tömegét itt is gondosan meghatározzuk. Ez után a készülék gumimembrános részét a gödörre állítjuk, és egy dugattyú nyomásáal a gödröt ízzel töltjük ki. A dugattyú két szélső helyzetének leolasásából a térfogat megállapítható, tehát ρ d számítható. A tömörséget radioizotópos készülékkel is meg lehet határozni. Ennek nagy előnye, hogy az eredményeket a helyszínen szolgáltatják, így azonnali beaatkozásokra nyílik lehetőség. Homokszórásos térfogatmérés 96