A Miskolci Egyetem Közleménye, A sorozat, Bányászat, 81. kötet (2011) KÖNNYŰ EJTŐSÚLYOS DINAMIKUS TERHELŐTÁRCSÁVAL VÉGZETT MÉRÉSEK KÜLÖNBÖZŐ EJTÉSI MAGASSÁGOKBÓL Makó Ágnes PhD. Hallgató, I. évfolyam Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar, Hidrogeológiai-Mérnökgeológiai Intézeti Tanszék, 3515 Miskolc, Miskolc-Egyetemváros, hgmako@uni-miskolc.hu Kivonat A Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kara által beszerzett ZORN, ZFG 3000 GPS típusú, könnyű ejtősúlyos dinamikus terhelőtárcsás terepi mérőberendezés a talajkutatások egyik fontos eszköze. Az eszközt a gyakorlati használatban különböző földművek (gátak, út- és épületalapok) tömörödöttségi állapotainak vizsgálatára szolgál. Ez a dinamikus ejtősúlyos teherbírásmérő berendezés fokozatosan terjed nem csak a világon, hanem hazánkban is, ezért fontosnak tartjuk az eszköz minél pontosabb megismerését. Abstract The University of Miskolc, Faculty of Earth Science, obtained by Zorn, ZFG 3000 GPS-type, Light Falling Weight Deflectometer is an important tool of the soil researches. This tools are used for examination of the compaction state of various earthworks (embankments, roads and building base). We use the dynamic falling weight equipment gradually spread not only in the world, but also in Hungary. 1. Bevezetés Minden mérnöki létesítmény alapja a földmű. Feladatát akkor teljesíti, ha a ráható erőket át tudja venni törés, ill. káros mozgások nélkül. A földműnek tehát kis alakváltozást adónak és teherbírónak kell lenni, hogy feladatát teljesíteni tudja. A földmű ezt a követelményt csak tömör állapotban képes teljesíteni (Böröczky- Holczer, 2005). 2. A ZORN, ZFG 3000 GPS könnyű ejtősúlyos dinamikus terhelőtárcsa bemutatása 2.1. Műszaki leírás Az eszköz GPS vevővel van ellátva a terepi mérések adatainak koordinátához rendelésének megkönnyítése érdekében. A mérőberendezés főbb tulajdonságai: 337
Makó Ágnes ejtősúly tömege: m = 10 kg eredeti ejtési magasság: h = 705 mm terhelőtárcsa átmérője: d = 300 mm teherátadási idő: t=18±2 ms 2.2. Az eszköz által rögzített adatok s behajlás [mm] v sebesség [mm/s] s/v behajlás / sebesség [ms] dinamikus alakváltozási tényező. 3. Mérés elméleti áttekintése Lényeges különbség a statikus és a dinamikus mérés között, hogy a statikus mérés során a tárcsára közvetlenül adjuk a terhelést, míg a dinamikus teherbírásmérés során az m tömegű súly ejtése során a helyzeti energia közvetítőelemeken keresztül alakul át dinamikus, rövid ideig tartó terheléssé (I., Szabó, 1980). A teherátadás elméleti modellje szerint az ejtésből származó F max terhelést egy Kelvin-Voight-féle, K tényezőjű rugóból és egy c tényezőjű csillapítóelemből álló rendszer közvetíti a tárcsára majd azon keresztül a talajra (1. ábra). 1. ábra. A teherátadás elméleti modellje. Ennek a komplex csillapításnak a megfelelő beállítása szükséges ahhoz, hogy a talajra kb. 18-20 ms időtartamban hasson a terhelés. Korábbi vizsgálatok szerint ez az az időtartam, amely alatt egy 60 km/h-val haladó nehézgépjármű kereke elhalad és terhelést ébreszt a földműben és a pályaszerkezetben (Z., Tompai, 2008). 338
Könnyű ejtősúlyos dinamikus terhelőtárcsával végzett mérések különböző ejtési magasságokból 4. Ejtési magasság változtatása Szakemberek segítségével megoldottuk, hogy a ZFG 3000 GPS típusú könnyű ejtősúlyos teherbírásmérő ejtési magassága változtatható legyen egy úgynevezett szekunder ejtéskapcsolóval. Az eszköz által szolgáltatott adatok korrigálása szükségessé vált, ugyanis az eszközben található szoftverben az ejtési magasság nem változtatható, 705 mm-es magasságból számítja a dinamikus alakváltozási modulust. A Boussinesq által felállított összefüggés alkalmazhatósága érvényben maradt, de ehhez a rugóállandót (1) meg kell határozni, mely a következő képlet alapján történt: 2 Edin s A 2 c ( 1 ν ) R K = (1) 2 m g h ahol - E din dinamikus alakváltozási modulus, - s tárcsaközép elmozdulás [m], - A tárcsa felülete [m 2 ], - c tárcsaszorzó (c = 2 hajlékony tárcsa esetén, c = π/2 merev tárcsa esetén) [ ] - Poisson-tényező [-], - R a tárcsa sugara [m], - m tárcsa tömege [kg], - g a nehézségi gyorsulás [m/s 2 ], - h ejtési magasság [m]. Az elmúlt egy évben közel 600 mérést végeztünk az eszközzel, ezekből az eredményekből kapott K értékek adatfeldolgozásra kerültek és a továbbiakban K=5,27*10-6 N/m értékkel számoltam tovább. Kollégáim a Miskolci Egyetem műhelycsarnoka előtt öt különböző ejtési magassággal végeztek próbaméréseket. Az eszköz által mért eredmények, és a számított értékeket a következő táblázat tartalmazza, illetve a 2. ábrán látható. A számított értékekre egy lineáris közelítő egyenes jól illeszkedik, ez homogenitásra enged következtetni, helytálló kijelentésekhez azonban további mérések elvégzése szükséges. A Miskolci Egyetem Geotechnikai Talajvizsgáló Laboratóriumában három különböző talajmintával dolgozunk, melyeknek az agyagásványtani összetételét már korábban megállapítottuk. 339
Makó Ágnes A fent említett okok miatt a talajok származási helyét felkerestük és in situ méréseket folytattunk, valamint víztartalmat határoztunk meg a helyszínen vett mintákból laboratóriumi körülmények között, melyek eredményeit a 2. táblázat tartalmazza. 1. táblázat. Az eszköz által mért és a valós értékek. h (m) Mért,átl (MN/m 2 ) Számított, átl (MN/m 2 ) 0,05 12,877 3,393 0,1 9,543 3,557 0,2 7,537 3,973 0,4 4,7333 3,530 0,705 3,753 3,713 2. ábra. Műhelycsarnok közelében végzett mérések. Az első terület Nyírtelek-Ferenctanya mellett található, a Nyíregyházi Főiskola tangazdaságához tartozik. A talaj a genetikai osztályozási rendszer besorolása szerint humuszos homoktalaj, fizikai féleségét tekintve homok, melyet a mérési nap előtt alapos esőzés áztatott. Először egy ponton mértünk öt különböző magasságból, majd egymás mellett lévő pontokon mértünk különböző magasságokból. A második terület a Szerencsi Mezőgazdasági Zrt. kezelésében van. Megyaszó mellett, az Újvilágtanyán levő baromfiteleptől 500 méterre található. A 340
Könnyű ejtősúlyos dinamikus terhelőtárcsával végzett mérések különböző ejtési magasságokból talaj genetikai osztályozási rendszer besorolása szerint réti csernozjom, fizikai féleségét tekintve vályog. Itt öt egymás mellett lévő ponton mértünk, mindegyik ponton más-más ejtési magasságból. 2. táblázat. Mérési eredmények. Ejt. mag. [m] NYT, lucerna NYT, kukorica MA, búza TH, letaposott TH, kny.mellett Víztart Víztart Víztart Víztart. Víztart. 0,29 12,51 19,07 12,44 20,74 5,53 32,54 13,44 34,00 12,19 0,49 14,49 14,91 18,00 19,00 7,59 32,85 12,58 38,50 12,81 0,58 19, 58 13,86 16,57 15,75 20,22 6,03 31,82 12,90 34,76 14,87 0,63 14,66 17,20 16,00 20,50 6,50 32,66 12,95 34,31 12,89 0,71 14,21 17,36 16,30 20,05 7,06 31,27 12,02 37,81 11,92 A harmadik terület Taktaharkány és Taktakenéz között található, jelenleg nem művelés alatt álló parcella, ahol mértünk mezőgazdasági gépek által letaposott területen, illetve a keréknyomoktól két méter távolságban. Ez a talaj fizikai féleségét tekintve agyagos (I, Szőllősi). A mért értékek a 3. ábrán láthatóak. Az azonos területen végzett mérési sorozatokra jól illeszthetők lineáris trendvonalak. 3. ábra. Terepi mérések eredményei. A víztartalom nagyon befolyásolja a talaj dinamikus alakváltozási modulusát. Ez jól látható a NYT, kukorica adatsor esetén, a második mérési 341
Makó Ágnes ponton 4 %-kal alacsonyabb volt a víztartalom. Az esőzés miatt tervezzük a terep újbóli bejárását és újabb mérések elvégzését. 5. Összefoglalás A mérési eredmények alapján megállapítható, hogy egy adott talajtípus esetén a különböző ejtési magasságokból történő mérések hasonló értékeket eredményeztek, ezt jól mutatják a trendvonalak. A továbbiakban az időjáráshoz igazodva, esőmentes időszak után tervezzük a nyírteleki mérés megismétlését, ugyanis az ÚT 2-2.124 ÚME előírása alapján megváltozott víztartalmú rétegek meghatározására nem alkalmas az eszköz. 6. Köszönetnyilvánítás A kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. Irodalomjegyzék Böröczky Szilárd, Holczer Róbert: A dinamikus tömörség- és teherbírásmérés alkalmazásának lehetőségei és korlátai, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi EgyetemGeotechnikai Tanszék TDK dolgozat, 2005 Dr. Szabó Imre: Alapozás, Nehézipari Műszaki Egyetem, Budapest, 1980 Dr. Szőllősi István: Talajok tömörödöttségi állapotának jellemzése penetrométeres vizsgálatokkal, Ph.D értekezés, Debrecen, 2003 Tompai Zoltán: Földművek és kötőanyag nélküli alaprétegek teherbírásának és tömörségének ellenőrzése könnyű ejtősúlyos módszerekkel, Ph.D értekezés, Bp. 2008 342